高氮马氏体不锈轴承钢的组织与性能

对比分析了无氮钢和高氮钢热处理后的微观组织和力学性能。结果表明：氮元素的加入导致马氏体不锈钢奥氏体区扩大、大量弥散分布的细小碳氮化物M2（CN）析出,这有利于钢强度和硬度的改善,相比无氮钢,高氮钢的抗拉强度提高了441 MPa（提高20%）,规定塑性延伸强度提高了474 MPa（提高26%）,硬度提高了11.9 HRC（提高21%）。接触疲劳试验发现,高氮钢接触疲劳额定寿命L（10）=0.97×10^7次,中值疲劳寿命L（50）=1.14×10^7次,起裂方式为夹杂物起裂和大碳化物起裂,其中夹杂物起裂为主要起裂方式,疲劳裂纹的扩展主要是沿着应力方向上的碳化物进行。

30Cr15Mo1N高氮不锈轴承钢组织结构表征与旋弯疲劳机制

高氮不锈轴承钢凭借高强度、高硬度、长寿命和优良的耐腐蚀性成为新型轴承材料研发热点。采用旋转弯曲疲劳试验等方法研究了热处理工艺对30Cr15Mo1N高氮不锈轴承钢疲劳性能和裂纹萌生机制的影响。结果表明,试验钢1050℃淬火+180℃回火热处理工艺的抗拉强度为1985.3 MPa、硬度为60.5HRC、疲劳强度为867 MPa,500℃回火后硬度与180℃相当,抗拉强度为2257.6 MPa、疲劳强度为1020 MPa;引起180℃回火试样疲劳裂纹萌生的裂纹源主要为基体和夹杂物两类,而引起500℃回火试样疲劳裂纹萌生的裂纹源通常为边部缺陷。高温回火对基体组织内部应力集中的降低是其裂纹源类型转变和疲劳性能提高的主要原因。通过对高氮不锈轴承钢疲劳行为与裂纹萌生现象的深入研究,为高氮不锈轴承钢热处理工艺制定及抗疲劳机制研究提供试验与理论基础。

高氮不锈轴承钢的微观组织与性能研究

利用OM、SEM、XRD和电化学方法对X60N高氮不锈轴承钢(/%:0.63C,15.00Cr,0.61Mo,0.190N)进行组织观察、室温和高温力学性能及耐蚀性能研究。结果表明,钢中降碳加氮可显著降低粗大共晶碳化物的数量及尺寸,X60N钢加氮后的原始奥氏体晶粒尺寸及碳化物明显细化。X60N钢经1 050℃奥氏体化淬火后形成大量残余奥氏体,随后-73℃2 h冷处理及回火将其体积分数由31%降至约6%。由于残余奥氏体的相变强化及细小碳化物与碳氮化物析出强化,X60N钢的最终HRC硬度值由淬火的56.6提高到61.2(低温回火)和60.8(高温回火)。此外,凭借加氮后具有较高的初始硬度、均匀的组织及超细碳氮化物析出,X60N钢在高温硬度及耐蚀性能方面比440C钢(/%:1.00C,17.62Cr,0.55Mo,0.002N)更加优异。

高氮不锈轴承钢G30Cr15Mo1SiN淬火及常规回火工艺与性能

本文对高氮不锈轴承钢G30Cr15Mo1SiN(简称G30)的淬火温度、冷处理温度、常规回火温度与硬度和残余奥氏体之间的关系进行了详细试验研究,结果表明,该钢淬火及常规回火的最佳热处理工艺为1020℃淬火+-78℃冷处理+150℃±20℃回火×1次~2次,其硬度达到58HRC以上,组织为细小针状马氏体+未溶的碳化物颗粒+残余奥氏体组成,残余奥氏体含量为12%左右。

真空感应炉近常压气氛保护熔炼高氮马氏体不锈钢

研究了在真空感应炉近常压气氛保护熔炼条件下氮在马氏体不锈钢0Cr16Ni5Mo中的溶解度,探讨了炉内保护气体种类、氮化铬铁加入量对钢中氮含量的影响.结果表明,炉内保护气体种类对钢中氮的溶解度有较大影响,氮化铬铁合金加入量对钢氮含量的影响因保护气体种类不同而异.

高氮马氏体不锈钢研究进展

本文就氮在马氏体不锈钢中的作用，马氏体不锈钢的氮合金化方法，氮马氏体不锈钢的力学性能及耐腐性能的研究及其应用做一综述。

高氮不锈轴承钢组织表征与滚动接触疲劳失效机制

高氮不锈轴承钢作为第三代轴承钢材料,被广泛应用于航天飞机燃料泵轴承、飞机发动机主轴轴承等领域,现已经成为航空航天关键基础材料。而国内关于高氮不锈轴承钢滚动接触疲劳性能研究几乎空白,因此对加压电渣冶炼工艺制备的高氮不锈轴承钢采用不同回火温度热处理,进行力学性能测试、微观结构表征和滚动接触疲劳性能测试。结果表明,试验钢1030℃淬火+180℃回火热处理工艺抗拉强度为1899.7 MPa、硬度为60.7HRC,500℃回火后硬度与180℃相当,抗拉强度提升至2213.5 MPa;通过对500℃高温回火试样基体表征,发现基体内纳米级Cr-N第二相析出是二次硬化现象产生的主要原因。180℃回火试样滚动接触疲劳寿命L10为1.67×10^(7),500℃回火试样L10为2.85×10^(7),提高了70%;通过对2组试样疲劳剥落坑深入表征,发现180℃回火试样次表层沿晶断裂是引起滚动接触疲劳失效的主要原因;结合基体残余应力测量结果分析,500℃高温回火残余拉应力为41 MPa,低于180℃回火的101 MPa。高温回火基体内析出的纳米级Cr-N第二相可以降低位错的运动能力,同时减弱了基体内部应力集中,使得滚道次表层沿晶断裂倾向减小,滚动接触疲劳寿命显著提高。对高氮不锈轴承钢不同回火工艺微观组织结构、滚动接触疲劳性能、裂纹萌生机制进行了深入研究分析,为高氮不锈轴承钢热处理工艺制定、抗疲劳机制研究以及材料研发应用提供试验与理论基础。

高氮奥氏体不锈钢与603马氏体高强钢焊接接头组织及性能

高氮奥氏体不锈钢与603马氏体高强钢因优越的力学性能在装甲防护领域具有广阔的应用前景。根据“低强匹配”原则,采用ER307Mo奥氏体不锈钢焊丝对30 mm厚的高氮奥氏体不锈钢和603马氏体高强钢脉冲熔化极惰性气体保护焊对接焊接,并分析焊接接头微观组织及力学性能。研究结果表明:试验得到了表面成形良好、内部无裂纹、未熔合等缺陷的焊接接头;焊缝组织主要为奥氏体以及被奥氏体基体包围的铁素体树枝晶,高氮奥氏体不锈钢熔合线附近组织主要为奥氏体,603钢熔合线附近组织主要为条片状马氏体、贝氏体以及回火马氏体;接头的断裂形式以韧性断裂为主,存在少量的解理断裂特征,能谱仪点扫描结果表明,韧窝中心的第2相粒子为富Fe的碳化物;焊接接头的平均抗拉强度达722 MPa,平均断后延伸率达20.2%;焊缝金属的动态屈服强度为913 MPa,最大工程应力为2045 MPa,抗冲击性能优于603钢母材。

LYC公司研制成功新型高氮耐蚀轴承钢

LYC公司与北京钢铁研究总院合作完成新材料高氮耐蚀轴承钢的研究开发，经轴承性能试验各项指标均符合美国宇航材料标准，为我国不锈轴承钢家族增添了新成员。

V含量对高氮马氏体不锈钢组织及性能的影响

采用光学显微镜、SEM、硬度试验、冲击试验、盐雾腐蚀试验对两种不同V含量(0.32%和0.80%)的高氮马氏体不锈钢(根据V含量分别命名为0.3V钢和0.8V钢)的组织和力学性能进行研究。结果表明,两种不同V含量试验钢的退火组织中均出现碳化物条带,0.8V钢中碳化物条带更加明显,其退火硬度为257.0 HBS,相较于0.3V钢提高7%;V含量的提高能降低淬火后奥氏体晶粒的尺寸和残留奥氏体含量;经相同热处理(1050℃淬火30 min+(-73℃)冷处理2 h+250℃回火2 h)后,0.3V钢硬度为58.4 HRC,冲击吸收能量为9.4 J,0.8V钢的硬度为54.4 HRC,冲击吸收能量为12.7 J,V含量的增加,降低了马氏体不锈钢的硬度,提高了其韧性;经120 h的盐雾腐蚀后,0.3V钢表面无明显腐蚀坑,腐蚀速率为0.0235 g·m^(-2)·h^(-1),0.8V钢表面有明显的腐蚀坑,腐蚀速率为0.0258 g·m^(-2)·h^(-1),0.3V钢的耐腐蚀性能略优于0.8V钢,即随着V含量增加,耐蚀性略有下降。

镍过敏的危害与无镍高氮奥氏体不锈钢(二)

无镍高氮奥氏体不锈钢具有较高的力学性能、耐腐蚀性能和良好的生物相容性。在室温固溶态其抗拉强度和屈服强度显著提高,可达到传统AISI 2 0 0和3 0 0系列奥氐体不锈钢的2~4倍,且韧塑性仍可保持在较高的水平。由于无镍高氮奥氐体不锈钢的K y系数提高,晶粒尺寸的作用增大,使得其强度大大提高。同时因其形变的过程中不易诱发马氏体,更有利于保证材料的无磁性。由于高氮钢具有较高的力学和耐腐蚀性能,且具有价格便宜的优势,目前已开始替代含镍不绣钢应用于高强度建筑钢筋、矿山耐磨蚀设备、高强度紧固件以及防弹装甲等领域,而无镍高氮奥氏体不绣钢则被应用于使用条件更为严苛的医疗器械、生物金属材料制品以及手表、首饰和配饰等与人体皮肤长期直接接触的可穿戴产品领域。制造无镍不锈钢首先需要研究和选择替代镍的奧氏体稳定化元素。可以用来替代镍的有碳、钴、锰和氮等元素。由于碳对不锈钢的敏化及晶间腐蚀作用、钴可能造成人体过敏的风险、锰含量过高会影响奥氐体的稳定,它们都不适合作为主要的代镍元素。而不锈钢中加入氮会抑制钢中铁素体相形成,显著降低铁素体的含量,使奥氏体相更加稳定,甚至能在剧烈的冷加工硬化条件下避免产生应力诱发马氏体转变。特別是与铬、锰等元素适度配合时3氮是最合适替代镍的奥氏体稳定化元素。

加压熔化铸造低C高N马氏体不锈钢回火特性的研究

氮(N)元素是提高不锈钢强度和耐蚀性最有效元素之一。近年来,在欧洲已实际采用加压熔化法大批量生产高N不锈钢,在日本也正在积极开发这种高N不锈钢。此次日本大同特殊钢公司在基础性研究基础上将低C高N马氏体不锈钢(HNS)采取加压熔化铸造炉进行熔炼,研究了对回火硬度和耐蚀性的影响。供试验材成分(％):0.02C-0.50Mn-18.0Cr一1.0Mo-0.5N-Fe基,以此成分材料在9个大气压的氮气气氛下进行高频感应熔炼和铸造,生产出50kg钢锭。采取热锻造方法生产Φ20mm细棒,淬火温度1373K,保温1小时后进行油淬火,在液体氮气中施行冷处理1小时之后,在473～773K温度下1小时回火,供试验之用。比较材是用市场购买的SUS420J2、SUS316。SUS420J2在1323K下保温1小时后进行油淬火,SUS316在1323K下保温1小时后进行水冷,分别供试验用。

用氮和奥氏体形变改进马氏体不锈钢

将标准的马氏体不锈钢X65Cr14中的铬含量增加到17%（质量百分比,下同）以提高氮的溶解度,加入镍使其质量百分比达到4%以抑制部分铁素体凝固。这一组合使氮在1巴压力下的可溶量从0.14%增加到0.24%,从而能将碳含量降低到大约0.4%而不损失硬化能力。较低的碳含量水平防止了X65Cr14钢中偶尔会遇到的偏析区域中粗大共晶碳化物的析出。

高氮不锈轴承钢中的碳氮化物对力学性能的影响

440C等高碳马氏体轴承钢中由于存在大量粗大的共晶碳化物,降低其耐蚀性和疲劳性能,影响了其广泛应用。40Cr15Mo2VN作为一种新型高氮不锈轴承钢,通过降低碳含量,增加氮含量和微合金化来改善其性能。氮的加入一方面析出细小弥散的氮化物,强化了基体;另一方面改善了钢中析出的碳化物的形态、尺寸和分布,使其由原来的带状和网状连续分布变为近圆形颗粒,最大碳化物尺寸由原来的70μm以上减小到小于18μm,弥散分布,从而使Rm达到2 000MPa以上,ReL达到1 700MPa以上,有些超过1 800MPa,表面硬度≥58.5(HRC),U型缺口冲击功保持在8J以上,并具有优异的耐蚀性和疲劳性能,满足轴承钢的服役要求。

高N马氏体不锈轴承钢的热变形行为

利用Gleeble-3800热模拟试验机在温度为1040-1120℃，应变速率为1～20s^-1的条件下进行了高N马氏体不锈轴承钢的热压缩变形试验。结合真应力一真应变曲线和热变形组织研究了变形参数对高N马氏体不锈轴承钢的热变形行为和碳氮化物演变规律的影响。结果表明：在该变形条件下，试验钢的真应力一真应变曲线为动态再结晶型。随着应变量的增大，碳化物的平均尺寸呈减小趋势，但数量有所增多。基于热变形方程计算得到的应变量为0．6时的热变形激活能Q为410．7kJ／mol。构建了包含应变量在内的流变应力方程，同时建立了高N马氏体不锈轴承钢的Zener-Hollomon参数本构方程。

合金元素对高氮不锈轴承钢组织与性能的影响

采用金相、扫描、X射线衍射和电化学等方法研究了合金元素对高氮不锈轴承钢组织性能的影响。结果表明:钢中加氮细化组织与碳化物,析出相尺寸随着氮含量的增加而降低。高氮不锈轴承钢1030、1050℃淬火后残余奥氏体体积分数达到20%~35%,而且碳氮含量越高,残余奥氏体越多。经冷处理及回火后残余奥氏体体积分数降至7%~10.3%,由于残余奥氏体的相变强化与碳氮化物析出强化,低温回火硬度约为59HRC,500℃高温回火硬度可达到58HRC~59HRC。高氮不锈轴承钢中析出相细化、基体贫铬区减少及氮-钼协同作用,使其耐蚀性能明显优于440C钢,而且钢中氮含量越高,耐蚀性能越好。因此,较高合金含量(C+N)的高氮不锈轴承钢兼具高硬度和优异的耐蚀性能。

回火温度对高氮不锈轴承钢显微组织与力学性能的影响

采用万能拉伸试验机、冲击试验机、光学显微镜、XRD、SEM和TEM等对高氮不锈轴承钢Cronidur 30不同回火温度下的显微组织和力学性能进行了研究和分析。结果表明:高氮不锈轴承钢Cronidur 30在150〜500℃回火时的显微组织为回火马氏体+碳氮化物+残留奥氏体,高于550℃回火后基体逐渐转变为回火索氏体,同时析出相逐渐聚集、长大;随着回火温度的升高,强度和硬度总体上呈现先下降后升高再下降的过程,而冲击性能反之,在450℃回火时,碳化物M_(23)C_(6)和氮化物Cr_(2)N析出明显,此时产生二次硬化现象,其抗拉强度可达2133 MPa。400 ℃回火试样发现有极少量富Cr-Fe-Mo的析出相(σ相),显著降低其冲击性能,500 ℃回火时残留奥氏体分解、转变导致冲击性能略有降低。

热处理工艺对高氮不锈轴承钢G30组织与性能的影响

研究了高氮不锈轴承钢G30退火及不同温度淬火的组织特征和硬度变化。结果表明,G30钢退火后组织为粒状珠光体+氮化物;淬、回火组织主要为马氏体+未溶氮化物+残留奥氏体,未溶氮化物类型为(CrFe)2N1-x。1030℃淬回火组织中未溶第二相粒径为0.2～1.5μm,弥散分布在马氏体基体上,消除了高碳铬不锈轴承钢中大块的共晶碳化物,对钢的耐蚀性和接触疲劳寿命十分有利。1000～1050℃淬火+深冷处理和回火后,G30钢的硬度达到58 HRC以上。

高氮不锈轴承钢碳化物分布与高温断裂机制

通过高温拉伸试验研究高氮不锈轴承钢高温断裂行为,探究了170℃和470℃回火态钢中碳化物分布特征,分析了高温拉伸断裂及组织演变和碳化物分布规律。研究发现,回火温度从170℃升高至470℃,高氮钢中大于0.8μm的碳化物明显增加,高氮钢中M;C;强化增量提高了2.59 MPa,固溶强化增量下降了118.82 MPa,470℃回火态钢的室温抗拉强度降低、拉伸断口表现为准解理和少量撕裂韧窝;拉伸温度升高至300℃,试样断口表现为等轴型韧窝特征,170℃和470℃回火态试样起裂源断裂碳化物尺寸分别为2.8~3.6μm和5.5~6.7μm;450℃拉伸断口表现为塑孔韧窝特征,170℃和470℃回火态试样起裂源断裂碳化物尺寸分别为2.7~3.4μm和5.8~6.4μm。拉伸温度从300℃提高至450℃,钢的固溶强化和位错强化作用减弱,金属原子间结合能下降,碳化物与基体不连续应力分布加剧变形不协调性,碳化物承担较高应力而发生断裂。单纯热作用下钢中0.5~0.8μm尺寸碳化物数量比例增加;在热力耦合作用下,钢中应力所导致的位错增殖为碳元素扩散提供通道,钢中碳化物在晶界和位错线上形核析出0.2~0.8μm碳化物。裂纹沿着与拉伸方向45°角的最大剪力方向快速扩展而断裂,最终形成锯齿状的断口,小尺寸碳化物增多阻碍位错滑移导致塑性降低;钢中大尺寸碳化物不均匀分布在碳化物间形成大变形塑孔而增加钢的塑性。

回火温度对高氮不锈轴承钢组织与力学性能的影响

对退火态高氮不锈轴承钢进行真空高压气淬并深冷后在不同温度下回火空冷处理,采用光学显微镜、X射线衍射仪、场发射环境扫描电镜、场发射透射电镜、洛氏硬度计和万能材料试验机,研究并分析了不同回火温度对高氮不锈轴承钢显微组织与力学性能的影响。结果表明:当回火温度由180℃升高到550℃时,硬度、抗拉强度及屈服强度呈现先下降后上升再迅速下降的变化趋势;试验钢降碳增氮,组织中没有粗大的共晶碳化物存在。当回火温度为500℃时,基体组织为回火索氏体,碳化物M23C6和氮化物Cr2N细小弥散均匀分布于基体上;在500℃回火时出现了二次硬化,强度和硬度达到峰值,这与碳氮化物弥散强化有关。采用1050℃真空气淬60 min+深冷处理(-100℃×2 h)+500℃空冷2 h回火工艺可以获得良好的综合力学性能。