20SiMn铝镇静钢夹杂物演变及探伤缺陷分析

20SiMn材质常用于水电水轮机、发电机轴锻件上,钢水纯净度的提升是提高轴类锻件使用寿命的关键所在。通过采用Al镇静钢工艺生产下注20SiMn钢锭的试验,分析了各个节点炉渣成分、夹杂物形貌及成分变化。研究表明:精炼结束炉渣碱度为6.3,VD后炉渣中CaO含量降低、SiO_(2)含量升高,炉渣碱度降低至4.9。整个精炼过程夹杂物主要为CaO-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-MgO、SiO_(2)-MnO-Al_(2)O_(3)两类,不同节点夹杂物类型单一。精炼结束、软吹后钢水中夹杂物以CaO-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-MgO为主,软吹后夹杂物中SiO_(2)、Al_(2)O_(3)含量有所增加。VD后钢水中夹杂物以SiO_(2)-MnO-Al_(2)O_(3)为主,Al_(2)O_(3)含量较低,该类夹杂物在软吹后大量去除。通过对锻件无损检测缺陷处进行取样分析,缺陷处形貌为微裂纹,缺陷区域未发现夹杂物和元素偏析,说明缺陷是由于锻造或锻后热处理过程内应力过大导致开裂造成的。

清水和含沙水中20SiMn和0Cr13Ni5Mo钢的空蚀行为

利用超声振荡空蚀实验机对两种主要的水轮机用金属材料进行了清水和含沙水条件下的空蚀行为研究．结果表明，高 硬度的０Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ不锈钢抗清水和含沙水的空蚀性能均显著高于低硬度的２０ＳｉＭｎ低合金钢．在清水空蚀中０Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ 不锈钢均匀脱落，而 ２０ＳｉＭｎ低合金钢不均匀脱落，表面出现明显的空蚀坑.空蚀和沙子冲蚀磨损的联合作用使得两种材料在含 沙水中的空蚀失重显著高于清水空蚀． ０Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ不锈钢在含沙水中的空蚀孕育期显著缩短．

20SiMn在单相液流和液固双相流中的空蚀行为

利用超声振动空蚀实验机研究了 2 0SiMn在蒸馏水、3%NaCl单相液流和含有 3kg/m3石英砂液固双相流中的空蚀行为 ,探讨了腐蚀因素对单相液流和液固双相流中金属材料空蚀的影响 .结果表明 :在液固双相流空蚀中 ,存在电化学腐蚀、固相颗粒的冲蚀磨损以及空蚀力学破坏三者的交互作用 .受到固相颗粒的冲蚀磨损后 ,金属材料表面平缓 .腐蚀因素促进在单相液流和液固双相流中金属材料的空蚀破坏 ,但腐蚀因素引起液固双相流中空蚀失重相对增加量小于其引起单相液流中空蚀失重相对增加量 .

20SiMn低合金钢和0Cr13Ni5Mo不锈钢的多相流损伤行为

对水轮机用金属材料20SiMn低合金钢和0Cr13Ni5Mo不锈钢进行了旋转圆盘仪空蚀和冲刷磨损单元和组合多相流损伤实验.结果表明, 20SiMn低合金钢和0Cr13Ni5Mo不锈钢的冲刷磨损及空蚀和冲刷磨损联合作用损伤累积质量损失-时间曲线均呈线性关系,空蚀和冲刷磨损联合作用对材料所造成的损伤显著高于空蚀和冲刷磨损单独作用,空蚀和冲刷磨损的交互作用在空蚀和冲刷磨损联合作用中起重要的作用;在空蚀和冲刷磨损联合作用中,液体空化及随后的空泡溃灭改变了流体中固相颗粒的运动方向,引起固相颗粒的流速增加和攻角改变,从而加剧了固相颗粒对材料表面的损伤.

20SiMn钢锻造过程动态再结晶行为研究

研究了水轮机主轴主要用钢20SiMn的动态再结晶行为和模型,通过高温热力学模拟实验得到了20SiMn钢在大型锻造件生产条件下的流动应力曲线,研究了20SiMn钢满足动态再结晶细化晶粒要求的合理锻造工艺区间。通过对实验数据进行拟合回归分析,建立了20SiMn钢的动态再结晶模型,并提出了基于金属材料流动应力曲线的动态再结晶体积比例测量方法。对比实验结果表明,所建立的模型和实验实测结果吻合较好,验证了所建立模型和提出方法的正确性。

空蚀对20SiMn在3%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为的影响

利用带电化学测试系统的磁致伸缩空蚀试验机研究了 2 0SiMn低合金钢在 3 %NaCl水溶液中的电化学腐蚀行为 ,通过空蚀和静态条件下的自腐蚀电位变化以及交流阻抗谱和动电位极化曲线的比较 ,分析了空蚀加速2 0SiMn低合金钢电化学腐蚀的机理 .结果表明 ,空蚀使 2 0SiMn低合金钢的自腐蚀电位正移 2 0 0mV ,并显著降低电荷转移电阻和线性极化电阻 ,使电化学腐蚀速率增大约 54倍 ;随着空蚀的进行 ,电荷转移电阻和线性极化电阻减小 ,空蚀

20SiMn钢冲蚀和空蚀的失效行为研究

用CMS 12 0旋臂式真空冲蚀试验机和KS 6 0振动空蚀磁致伸缩仪对 2 0SiMn钢 90°攻角冲蚀和空蚀进行了试验研究 .结果表明 :2 0SiMn钢冲蚀分为孕育期、增重期和稳定期 3个阶段 ;空蚀由孕育期、急剧上升期、衰减期和稳定期 4个阶段组成 ;冲蚀、空蚀裂纹主要沿晶界萌生和扩展 ,失效机制是因局部微区机械力作用造成沿晶断裂和晶内蚀坑 ;晶粒脱落是空蚀的重要失效方式之一 .

20SiMn在蒸馏水和3%NaCl溶液中的空蚀行为

利用磁致伸缩空蚀实验机研究了 2 0SiMn低合金钢在蒸馏水和 3%NaCl溶液中的空蚀行为。利用扫描电镜(SEM)跟踪观察了试样表面的空蚀形貌 ,测量了静态和空蚀条件下的极化曲线和腐蚀电位变化 ,分析了腐蚀因素的影响。结果表明 :空蚀使 2 0SiMn的自腐蚀电位正移近 2 0 0mV ,使电化学腐蚀速率增大 5 4倍 ;3%NaCl溶液中最大失重率约为蒸馏水中的 3倍。两种介质中的空蚀形貌相似 ,空蚀破坏首先在铁素体相以及相界和晶界发生 ,在空蚀初期 ,材料的失重主要来源于铁素体相区的小片剥落 ,随着空蚀的进行 ,由于裂纹的扩展和连接导致材料大块脱落。

20SiMn低合金钢在不同砂粒粒径的多相流中的损伤行为

利用旋转圆盘仪对20SiMn低合金钢在6种砂粒粒径下的多相流损伤进行了研究。结果表明,失重随粒径变化有明显的转折点;大粒径下空蚀的存在对失重有显著的影响,而小粒径影响很小,小粒径和大粒径下材料的损伤形貌差别很大,分析表明,粒径的变化引起了材料损伤机制的变化,小粒径时为选择性冲蚀破坏机制,大粒径时为犁削破坏机制。

20SiMn2MoV合金结构钢的低温冲击性能

针对石油钻采设备的服役条件，考察了20SiMn2MoV合金结构钢在-60℃-20℃内的冲击性能以及热处理工艺、毛坯尺寸等因素的影响。试验结果表明，20SiMn2MoV钢的冲击性能在试验温度范围内随温度降低而逐渐下降。在低温（略高于Ac3）淬火＋高温回火时，毛坯尺寸对冲击性能的温度依赖性有显著影响，毛坯尺寸越大，冲击性能随温度下降而降低的变化率越高。在高温淬火＋低温回火时，20SiMn2MoV钢表现出较低的冲击性能，但温度对冲击性能的影响相对较小。适当降低淬火温度，提高回火温度有利于改善20SiMn2MoV钢的冲击性能。冲击断口分析表明，断口上存在着团簇状的碳化物和氧化物颗粒及其脱落后而形成的孔洞，对于钢的冲击性能产生不利影响。

“零保温”淬火对20SiMn2MoV钢冲击性能的影响

研究了＂零保温＂淬火对20SiMn2MoV钢冲击性能的影响。实验表明,常规热处理制度下,20SiMn2MoV钢的低温冲击韧度不满足API-8C标准,而＂零保温＂淬火温度为910~950℃时,其冲击韧度及拉伸性能均满足标准要求。＂零保温＂淬火温度为870～950℃时,随淬火温度的升高,20SiMn2MoV钢试样的冲击韧度逐渐升高;与常规的热处理工艺相比,＂零保温＂淬火试样的晶粒度要高出一个等级,这是材料具有优良强韧性的主要原因。

16MnDR与ZG20SiMn铸钢焊接接头的微观组织与低温性能

采用药芯焊丝气保焊方法焊接了压力容器用低温钢16MnDR和塑性、低温冲击韧性良好的ZG20SiMn铸钢。试验了焊接接头的低温拉伸、弯曲和冲击性能,结果为:焊缝和ZG20SiMn铸钢的低温强度都大于16MnDR,-40℃拉伸试验都断于16MnDR母材;-40℃侧弯试验弯曲角为90°时,在ZG20SiMn铸钢侧出现了大于3mm的裂缝;-40℃焊缝、16MnDR侧和ZG20SiMn侧热影响区的冲击值都大于标准要求的34J,-50℃时ZG20SiMn侧热影响区的冲击韧性已不足。焊缝金属中C、Si和Mn含量合适,并含有对提高低温性能有益的Ni和微量V,微观组织细小,有大量针状铁素体,故焊缝区域有很好的低温塑性和韧性。ZG20SiMn过热区的组织以贝氏体为主,有细小的缩松缺陷,故有较高的强度,弯曲试验在ZG20SiMn侧出现裂纹。

ZG20SiMn铸钢的高周疲劳行为

针对不同应力比下ZG20SiMn铸钢的高周疲劳行为进行了研究,确定了应力比对ZG20SiMn铸钢的高周疲劳寿命和疲劳极限等的影响。研究结果表明,在R=0.5的高应力比下,ZG20SiMn铸钢的疲劳极限明显高于R=0.1下的疲劳极限;在相同的外加应力幅下,当R=0.1时,ZG20SiMn铸钢的疲劳寿命明显高于R=0.5时的疲劳寿命。疲劳断口形貌的扫描电子显微分析结果表明,在不同的疲劳加载条件下,裂纹均以穿晶方式萌生于ZG20SiMn铸钢试样表面,并以穿晶方式扩展。此外,钢中的鱼骨状硫化物夹杂或者呈链状分布的含钼和锰的球状化合物相会显著降低ZG20SiMn铸钢的疲劳寿命。

亚温淬火对20SiMn2MoV钢低温韧度的影响

采用常规热处理工艺和亚温淬火工艺对20SiMn2MoV钢进行热处理,以研究亚温淬火对20SiMn2MoV钢低温韧度的影响。研究结果表明,亚温淬火工艺可使20SiMn2MoV钢获得板条马氏体+针状铁素体的组织,能有效地提高其低温韧度;亚温淬火温度在800～840℃时,随着淬火温度的升高,铁素体的形态由块状变为针状,材料的低温韧度得到提高;常规热处理工艺试样的低温韧度不满足API 8C标准要求,而采用预备热处理为900℃淬火、最终热处理为840℃淬火+200℃回火的亚温淬火工艺,可使材料的低温冲击韧度和拉伸性能均满足API 8C标准要求。

ZG20SiMn高温流变性能研究

在Gleeble-15000热力模拟实验机上测定了ZG20SiMn从300℃到固相线温度区间的流变性能,辨识出其符合流变学[H]-[NIS]模型以及流变参数。将流变学模型和拉伸实验得到的弹塑性模型进行了比较分析,结果表明流变学模型更适合描述铸件的高温力学行为。

ZG20SiMn铸钢的应变疲劳行为研究

为了深入理解ZG20SiMn铸钢在应变疲劳期间的循环变形及断裂行为,在应变控制模式下针对ZG20SiMn铸钢的疲劳行为进行了研究.结果表明,在应变控制的加载模式下,ZG20SiMn铸钢可表现为循环硬化和循环稳定特征,主要取决于外加总应变幅的高低,且其弹性应变幅、塑性应变幅与疲劳断裂时的载荷反向周次之间表现为单斜率线性行为.透射电镜分析结果表明,ZG20SiMn的疲劳变形机制主要为波状滑移机制.扫描电镜分析结果表明,在不同的外加总应变幅下,疲劳裂纹均以穿晶方式萌生于ZG20SiMn铸钢试样表面,并以穿晶方式扩展.

20SiMn2MoVA钢冲击性能偏低的原因

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和电子探针等分析了20SiMn2MoVA钢冲击性能明显偏低的原因,并提出了改进措施。结果表明:该钢经淬火、低温回火后钢中化学成分出现偏析,继而产生较多非马氏体组织及析出碳化物是造成该钢冲击性能偏低的主要原因;适当提高其淬火温度和冷却速率可以降低钢中非马氏体的含量,改善冲击性能,对不合格产品进行修复。

20SiMn2MoVA钢氢脆断口的分析及消除

针对 2 0SiMn2MoVA高强钢拉伸试验中断面收缩率低的情况 ,利用扫描电镜和能谱仪等手段对拉伸试样断口进行了分析。试验结果表明 ,出现在 2 0SiMn2MoVA高强钢拉伸试样断口表面上的圆形白亮斑点是一种氢致缺陷。它是在氢和拉伸应力共同作用下 ,在应变过程中形成的一种独特断裂面 ,也是引起钢材断面收缩率低的主要原因。通过采用低温去氢处理后 ,钢材的断面收缩率得到明显恢复 。

20SiMn水轮机顶盖铸钢件断裂原因分析

对重约 10t的水轮机顶盖铸钢件的断裂事故进行分析 ,从铸钢件本体断裂部位取料制样 ,通过成分分析、拉伸和冲击试验、脆性转变温度测定、显微组织观察和扫描电子显微镜微观断口分析 ,确定了裂纹萌生的位置、扩展过程和微观断裂机制 ,评定了顶盖铸钢件的冶金质量、铸造及热处理工艺 ,解释了断面的各种特征。指出 :在高的内应力作用下 ,由冒口缺陷处萌生裂纹 ,导致顶盖发生冷脆断裂。提出了改进措施保证了新顶盖的浇铸成功。

回火对20SiMn3NiA钢组织和力学性能的影响

研究了20SiMn3NiA钢860℃正火,900℃40 min油淬,180～650℃90～150 min回火的组织和力学性能。结果表明,该钢较佳的回火温度为200～250℃,230℃回火后得到板条马氏体、细棒状碳化物析出相和残余奥氏体,在250℃回火时该钢的抗拉强度(R_m)超过1 500 MPa,冲击韧性(A_(KY))超过80 J,有较好的强韧性匹配。20SiMn3NiA钢在320℃中温回火时,碳化物析出相呈连续的片状分布,使得该钢的冲击韧性值很低,当在320～600℃区间回火时,20SiMn3NiA钢具有明显的回火脆性。