热处理工艺对40CrNiMoA合金组织及力学性能的影响

为了提高矿用链轮耐磨性,延长其使用寿命,选取电渣离心铸造40CrNiMoA合金链轮件作为母材,研究热处理工艺对40CrNiMoA合金组织和力学性能的影响。采用正交试验法,研究不同热处理工艺对合金显微硬度、摩擦磨损及拉伸强度等力学性能的影响,并将测试结果进行极差分析和综合加权评分计算,得出最优热处理工艺参数,最后进行试验验证。结果表明,正交试验法得到的最优热处理工艺为880℃淬火0.5 h,600℃高温回火2 h,样品热处理后的组织主要为回火索氏体,维氏硬度为364 HV,抗拉强度为1166 MPa,磨损率为0.427×10^(-4)mm^(3)/(N·m);验证试验结果与正交试验分析结果相近,且热处理后的样品性能可达到使用要求。研究结果可为矿用链轮件热处理工艺提供理论依据,对有效解决链轮耐磨性和使用寿命问题具有参考价值。

新型耐磨板在刮板输送机中的应用

为延长刮板输送机中部槽的使用寿命,研究了在不增加硬度的前提下提高材料耐磨性的方法。通过在常规耐磨钢板材料中添加一定量的钛、碳等元素,经冶炼、轧制、热处理等工艺后,在常规马氏体基体中弥散大量微米级的TiC硬质颗粒,该颗粒改变了钢板的抗磨机理,在煤矸石、石英砂等磨料磨损钢板时,TiC颗粒阻碍了磨削犁沟的形成或变浅犁沟深度,进而减少磨料对钢板的磨损,实现在不增加设备加工成本的基础上延长设备运行寿命。单一测试和同工况对比测试结果表明:配套新型耐磨板的刮板输送机中板百万吨过煤磨损量较常规减少1/3以上,耐磨性显著优于同硬度等级进口材料,为提升刮板输送设备可靠性、实现煤炭资源安全高效开采提供了坚实的技术支撑。

薄板坯连铸连轧工艺参数对低碳钢组织和性能的影响

结合薄板坯连铸连轧流程的工艺特点,在Gleeble 2000热模拟试验机上研究了冷却速度、变形温度和卷取温度等工艺参数对低碳铝镇静钢组织和性能的影响。试验结果表明:降低冷却速度,提高变形温度,提高卷取温度有利于铁素体组织的粗化和热轧钢带屈服强度的降低。探讨了工业生产条件下,各种工艺参数的优化组合对铁素体组织粗化的影响。

CSP流程中B对低碳Al镇静钢组织及力学性能的影响

研究了B元素对CSP流程生产的低碳Al镇静钢热轧钢带的组织及力学性能的影响,探讨了B元素在CSP流程中的析出规律及对AlN和MnS析出行为的影响。试验结果表明:B元素能够起到使钢带组织软化的作用。在连铸过程中B与N结合形成粗大的BN粒子,减少了钢中固溶氮的质量分数,抑制AlN细微颗粒的析出,减少了铁素体组织细晶强化及AlN析出强化的作用,从而降低了材料的强度。

超细晶钢在不同温度下塑性变形机制的研究

将晶粒尺寸分别为 2、7、80 μm的微合金钢在 2 95～ 973K温度范围内进行单轴拉伸试验 ,通过对比分析 3种不同晶粒尺寸微合金钢的工程应力—应变曲线及微观组织 ,讨论了超细晶粒钢在不同温度下的塑性变形机制。在 2 95～ 4 73K范围内 ,3种不同晶粒尺寸微合金钢的塑性变形机制以位错运动为主 ;在 5 73K,晶界滑动开始在超细晶粒钢中出现 ,在 973K,成为塑性变形的主导机制 ;粗晶粒钢在 5 73～

临界区退火温度对0.02C-7Mn钢拉伸过程中的多相组织演变和力学性能的影响

本实验研究了临界区退火温度对0.02C-7Mn钢拉伸过程中的多相组织演变及力学性能的影响。研究结果表明,随退火温度升高,实验钢的屈服强度和抗拉强度先降后升,而延伸率则先升后降。实验钢在600℃退火后,室温组织由残余奥氏体和退火马氏体双相组成;在620~700℃退火后,室温组织由残余奥氏体、α'-马氏体和ε-马氏体组成。随退火温度升高,实验钢在拉伸过程中分别出现了γ→α'、γ→ε和ε→α'相变。其中,γ→ε相变对延伸性能的影响最为显著,而ε→α'相变对加工硬化性能的影响最为显著。在620℃退火后,实验钢在拉伸过程中共发生了γ→α'、γ→ε和ε→α'三种相变,抗拉强度为776.5MPa,屈服强度为675.0MPa,延伸率为29.5%。

镍含量对高碳铁素体不锈钢铸态组织及腐蚀性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计、Thermal-calc热力学软件等设备和腐蚀试验,研究了镍含量对高碳铁素体不锈钢Cr30A铸态组织及耐腐蚀性能的影响。铸态组织分析结果表明,当镍含量低于1.5%时,可以得到铁素体+离异共晶铬系碳化物组织;镍含量高于2.0%时,可以得到铁素体+铁素体/铬系碳化物共析团的组织类型。耐腐蚀试验表明,由于相界面及贫铬区减少,含铁素体+离异共晶铬系碳化物合金的耐腐蚀性能显著优于含铁素体+铁素体/铬系碳化物共析团的合金。

冷却速率对中锰马氏体耐磨钢微观结构及硬度的影响

矿山机械用构件因服役环境恶劣,常常出现磨损失效。低合金耐磨钢制造的构件采用淬火加低温回火得到单一马氏体组织,其硬度较高,但韧性差。目前,采用含有一定Si含量的中锰耐磨钢构件,通过工艺参数的有效控制可以得到马氏体加残余奥氏体(M+RA)复相组织,从而保证矿山机械构件在具有一定硬度的同时还具有一定的塑韧性。利用Gleebel3800热模拟机、金相显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术、X射线衍射(XRD)仪及维氏硬度计等手段,研究了不同冷却速率对中锰马氏体耐磨钢的组织演变、残余奥氏体含量、形貌和维氏硬度的影响。结果表明,冷却速率由30℃/s降低至0.05℃/s时,试验钢均获得马氏体+残余奥氏体组织。当试验钢以非常缓慢的速率(0.05℃/s)冷却时,过饱和马氏体中的碳充分配分至残余奥氏体中,增加残余奥氏体的稳定性,因而室温下残余奥氏体体积分数较高(~12%),残余奥氏体呈现膜状和明显的块状形貌。而当冷却速率较快(10℃/s)时,残余奥氏体体积分数低于6%,残余奥氏体呈薄膜状和细小块状。另外,不同冷却速率微观结构演变及残余奥氏体体积分数不同,导致试验钢硬度发生显著变化。冷却速率缓慢时,碳的固溶强化及马氏体位错强化作用减弱,软质相残余奥氏体体积分数增加,使得试验钢硬度降至最低值HV508。当冷却速率大于10℃/s时,过饱和马氏体中碳的固溶强化及其位错亚结构强化作用使得硬度值较高。中锰耐磨钢的维氏硬度y与冷却速率x之间符合双指数衰减关系:y=-42.23exp(-x/4.75)-38.27exp(-x/0.17)+573.76。

一步配分工艺对低合金耐磨钢组织性能的影响

借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和透射电子显微镜(TEM)研究了低合金耐磨钢的显微组织、性能及残余奥氏体含量、形态随配分工艺的变化情况。结果表明,经不同工艺配分处理后实验钢的显微组织为一次马氏体、残余奥氏体及二次马氏体,残余奥氏体分为分布于马氏体板条间的薄膜状残余奥氏体(宽度约为100nm)和分布于晶界处的块状残余奥氏体(尺寸约为300~400nm)两种。随配分温度的升高,一次马氏体含量明显减少,二次马氏体含量越来越多,组织也越来越粗大,残余奥氏体含量与残余奥氏体中碳含量均先增加后减少;随配分时间的延长,马氏体边界变得模糊,析出物有所增加,残余奥氏体含量先增加后减少,且残余奥氏体含量越高,材料的塑韧性越好。当配分温度为235℃、配分时间为30min时,得到的残余奥氏体体积分数最高,为8.1%;其含碳量为1.02%(质量分数),实验钢硬度为52.3HRC,延伸率为12%。

热输入对深海X70粗晶区组织和韧性的影响

为解决深海X70管线钢在实际焊接中粗晶区(CGHAZ)的脆化问题,在不同热循环工艺下对X70管线钢进行了热模拟研究。采用Gleeble-3800热模拟机模拟X70管线钢CGHAZ,研究CGHAZ在10~60 kJ/cm不同热输入(HI)条件下组织和韧性的变化规律,并通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和夏比冲击试验等手段表征CGHAZ的组织和韧性。结果表明,不同热输入下试验钢的组织主要由粒状贝氏体(GB)、贝氏体铁素体(BF)和马-奥组元(M-A组元)组成;当HI不断增大时,BF比例减少,GB比例增加,M-A组元粗化,冲击吸收能先升高再降低;当HI为20 kJ/cm时,BF和GB可获得优异组合,断口为韧性断裂,冲击吸收能达到173.8 J;当HI大于20 kJ/cm时,断口解离断裂,冲击吸收能下降明显,最低为18.8 J。因此,较低的热输入可提高CGHAZ的韧性,使X70管线钢具有高强度、高韧性和良好的焊接性。研究结果可为优化焊接工艺提供理论依据。

回火温度对Nb/Ti微合金化新型超低碳中锰钢的组织和力学性能的影响

利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)以及Thermo-Calc软件等研究了回火温度对Nb/Ti微合金化超低碳中锰钢的显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着回火温度的升高,试验钢先后获得了回火马氏体、逆转变奥氏体、ε-马氏体和α-马氏体等组织。经550℃回火后,试验钢中没有逆转变奥氏体形成,尽管其屈服强度和抗拉强度均超过800 MPa,但冲击吸收能量仅为13.7 J;经580℃回火后,逆转变奥氏体含量为4.2%,冲击吸收能量骤增至227 J,且强度无明显下降;随着回火温度升高至620℃,逆转变奥氏体的含量为12.3%,冲击吸收能量达到最高值为333.7 J,屈服强度下降至748 MPa,抗拉强度达到最低值为793.5 MPa;当回火温度升高至650℃或者更高时,逆转变奥氏体受其尺寸和成分因素的影响,稳定性明显下降,冲击吸收能量开始下降,而且屈服强度已低于520 MPa。ε-马氏体发生相变诱发塑性(TRIP)效应转变为α-马氏体吸收一定的能量,但是由于硬度较高,成为裂纹源及其快速传播的通道。

不同微观组织低合金钢模拟海水浆体冲蚀磨损行为的对比

以不同热处理工艺得到的双相钢和全马氏体钢为研究对象,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对其组织进行了精细表征,通过动电位极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)对比研究其耐海水腐蚀性能,采用MSH冲蚀磨损试验机分析其在模拟海水砂浆中的冲蚀磨损行为,并用白光干涉仪对冲蚀磨损表面形貌进行了表征。结果表明,双相钢的组织以马氏体为基体,铁素体体积分数为9.8%±0.6%;全马氏体钢组织为单一板条马氏体。相比于全马氏体钢,双相钢具有较低的屈服强度、抗拉强度、硬度和耐蚀性,但表现出更高的耐磨蚀性能。究其原因,双相钢中马氏体相的显微硬度显著高于全马氏体钢,软硬相的协调使微裂纹在双相钢中难以扩展,从而使磨蚀质量损失减少。

回火温度对含V马氏体钢组织和性能的影响

通过向传统矿用圆环链钢23MnNiCrMo54中加入质量分数为0.29%的V以提高钢的综合性能,检测了不同回火温度下含V试验钢的各项力学性能,利用SEM、TEM和物理化学相分析等方法对试验钢的基体组织和析出相进行了表征,分析了试验钢的强韧化机制。结果表明,含0.29%V试验钢在不同温度回火后的强度均有大幅提升,随回火温度升高,含V试验钢的强度变化经历3个阶段:强度先是下降,当回火温度达到500℃时开始出现强度平台,继续提高回火温度至600℃后,强度又开始下降。结合物理化学相分析和TEM表征,认为强度平台的出现是因为大量析出的纳米级碟片状VC颗粒带来沉淀强化作用;-20℃冲击吸收能量随回火温度变化曲线呈“W”型,Fe3C在晶界析出和杂质元素的偏聚是导致韧性低谷的原因。

高钛钢中TiC析出机制

通过凝固实验并结合Thermo-Calc软件研究了高钛钢（Ti质量分数为0．6％）在凝固过程中TiC的析出方式及形态。结果表明：由于选分结晶的作用，TiC在凝固最后阶段沿着原始奥氏体晶界析出，并形成离异共晶组织，以片状或杆状形式存在，析出相厚度约为1～3μm。Mo溶人TiC后形成（Ti，Mo）C，相分析数据表明，Ti／Mo质量比为3．4。采用热力学软件及TiC溶解度积分别得出TiC开始析出温度分别为1453及1487℃，析出温度略高于固相线温度，析出质量分数可以达到0．35％。

TiC颗粒强化型马氏体耐磨钢的性能研究

采用模铸、连铸两种工艺工业化试制一种TiC颗粒强化型马氏体耐磨钢,分析了TiC颗粒的析出规律,对比研究了试验钢与传统马氏体耐磨钢的组织、力学性能及耐磨性能。试验结果表明:凝固速度越大,TiC析出相越细;轧制压缩比越大,颗粒分布越均匀;TiC颗粒强化马氏体钢强度与传统马氏体钢相当,韧性有所降低;微米级的TiC可以有效提高材料的磨粒磨损性能,试验钢磨损失重仅为同等硬度传统马氏体钢的70%;耐磨性能的提高主要是因为在磨粒磨损条件下,微米级TiC硬质点可以破碎磨砺、钝化尖角、阻断磨痕。

高钛耐磨钢中TiC析出行为及其对耐磨粒磨损性能的影响

针对传统低合金耐磨钢主要依靠增加其基体硬度来提高耐磨性,从而导致材料加工性能严重降低的问题,提出通过高钛微合金化及铸坯(锭)原位内生反应,在钢基体中引入超硬TiC颗粒来增强钢的耐磨性,实现了在不增加硬度的同时耐磨性大幅提高。研究发现,钢中TiC颗粒呈现出独特的"微米-亚微米-纳米"三峰分布特征。微米级TiC颗粒来源于在凝固末期发生的L→γ+TiC共晶反应,在后续热轧过程中共晶TiC逐渐实现碎化和均匀化。亚微米TiC颗粒主要是从凝固后的高温奥氏体中析出;纳米级TiC颗粒主要是在热轧过程中从形变奥氏体中析出。考察了钢中TiC含量对耐磨粒磨损性能的影响规律及微观机理,发现相对耐磨性与TiC含量大致呈线性上升的关系,认为微米级粒子对磨损犁沟的阻碍作用是耐磨性增加的主要原因。

热轧变形量对高钛耐磨钢组织与力学性能的影响

通过不同总压缩比的实验室热轧、微观组织和析出相表征及力学性能测试等实验,研究了热轧变形量对经过轧后热处理的高钛耐磨钢组织和力学性能的影响。随着轧制变形量的增大,高钛耐磨钢的强度、韧性和塑性均有提高:屈服强度、抗拉强度和总延伸率从压缩比为3∶1时的1202 MPa、1437 MPa和7.4%分别提高到压缩比为30∶1时的1311 MPa、1484 MPa和9.9%,而室温Charpy冲击功从压缩比为3∶1时的11 J大幅提高到压缩比为10∶1时的24 J。随着轧制变形量增大,铸态析出的微米级网状TiC逐渐细化和均匀化,同时尺寸小于15 nm的TiC颗粒占比增加,热处理后的原奥氏体晶粒尺寸则不断减小。通过对高钛耐磨钢各种强化方式的定量分析表明,采用沉淀强化和位错强化均方根叠加方式计算得到的高钛耐磨钢屈服强度与实测值吻合较好,高钛耐磨钢屈服强度随轧制压缩比增加而上升主要是由于晶界强化和沉淀强化作用增加所致。高钛耐磨钢的韧性和塑性随强度的提高不降反升,主要是因为大颗粒TiC在轧制变形过程中发生细化和均匀化。

高钛耐磨钢凝固组织中TiC析出相表征

通过一系列不同厚度的模具浇铸得到不同凝固冷却速率的铸坯,采用腐蚀法结合计算机辅助设计(Creo Parametric)技术重构了高钛耐磨钢中液析TiC在基体中的三维形貌,利用OM和SEM对液析TiC的二维和三维形貌进行对比分析,借助TEM和SAXS研究了凝固冷速对TiC析出的影响。结果表明:液析TiC在空间中的三维形貌以片层状和枝晶状为主,液析TiC的二维形貌可通过截取不同角度的三维形貌获得,二维微观组织中的链状颗粒TiC在三维空间中实际上为树枝状TiC。随着凝固冷却速率增大,实验钢铸态组织细化,二次枝晶间距从161℃/min时的90.5μm减小到1354℃/min时的37.8μm;液析TiC在铸态组织枝晶间分布,随着凝固冷却速率增大,实验钢中TiC的尺寸细化,液析TiC和亚微米级与纳米级TiC的平均尺寸分别从161℃/min时的7.06μm和121.9 nm减小到1354℃/min时的3.51μm和65.1 nm。提高凝固冷速可以显著细化液析TiC尺寸、改善其分布均匀性,从而为最终产品中TiC的细化和均匀化提供良好的初始组织条件。

含钛中锰钢淬火-配分组织及力学性能

为了研究淬火-配分含钛中锰钢的组织与力学性能,借助扫描电子显微镜,透射电子显微镜、电子背散射衍射技术与万能拉伸试验机、磨粒磨损试验机等,分析与测试了含钛中锰钢在165~240℃淬火380℃配分处理后组织、强度、塑性与磨粒磨损性能。结果表明,试验钢淬火-配分组织主要为板条状一次马氏体、块状二次马氏体及残余奥氏体,同时含有大量微米级TiN和纳米级(Ti,Mo)C及TiN-(Ti,Mo)C复合析出相。190℃淬火380℃配分后残余奥氏体体积分数最高为12.5%。试验钢不同温度淬火与配分后屈服强度均大于1000 MPa,抗拉强度均大于1500 MPa,硬度从482.5HV增大到542.2HV,伸长率范围为9.2%~14.5%,在165~190℃淬火-配分处理后其抗磨粒磨损性能优于220~240℃淬火-配分钢。磨损机制主要是塑性变形和疲劳破坏,磨损过程中残余奥氏体发生应变诱导马氏体相变(TRIP)效应,析出相颗粒阻断基体塑性变形过程犁沟的前进和刮削行为,含钛中锰钢通过淬火-配分引入一定体积分数的残余奥氏体,有利于提高钢的强塑性与抗磨损性能。结合力学性能指标,含钛中锰钢最佳淬火-配分工艺为900℃奥氏体化30 min,190℃淬火,380℃配分10 min。

铜对控轧控冷低合金耐磨钢组织及强韧性的影响

为研究Cu对控轧控冷低合金耐磨钢组织及强韧性的影响,选用含Cu和不含Cu两种低合金钢板进行对比试验。借助JMatPro软件计算CCT曲线,利用OM与TEM等分析组织、析出相,万能拉伸试验机与冲击试验机测试钢的强度与低温冲击韧性。结果表明,低合金耐磨钢中添加Cu元素,奥氏体稳定性增加,使得铁素体与珠光体相变推迟,CCT曲线右移。两组试验钢控轧控冷处理后室温组织是板条马氏体加下贝氏体,含Cu试验钢马氏体含量略高且马氏体板条尺寸细小,两组试验钢基体中均发现纳米析出相（Nb,Ti）C与（Nb,Ti,Mo）C。添加质量分数0.49%Cu的耐磨钢屈服强度比未添加Cu耐磨钢高70.5MPa,并且在-60℃仍然具有较高的低温韧性。低合金耐磨钢中添加Cu有利于提高钢的强度,改善低温韧性。