高碳合金钢冶炼恒稳定生产工艺技术研究与应用

针对高碳合金钢炼钢工艺不稳定的问题,采用跟踪排查、定点监测、规范操作、控制物料成分、优化炼钢工艺等手段系统研究了不同流程中钢水成分、温度和周期的变化规律,确定了影响高碳合金钢加工性能和产品质量波动的关键工艺参数,建立了以高拉碳、强脱氧、均搅拌、精操作为工艺特色的钢-渣-气-料恒通量技术体系,提出了LD→LF→VD→CC炼钢全流程、多维度、跨界面的控制策略。

高碳合金钢细长轴磨削时表面烧伤的工艺研究

针对高碳合金钢细长轴在初始加工时,工件经常出现点线型分布的蓝色斑痕和细微裂纹。在研究的基础上改进了高碳合金钢细长轴的磨削工艺,克服了表面烧伤现象。

高碳合金钢精密细长轴的磨削工艺

介绍了高碳合金钢细长轴的磨削工艺的改进,克服了长轴磨削变形、表面烧伤等现象。

高碳合金钢75Cr1高温变形后相和组织的转变

通过Gleeble-3800热模拟机将高碳合金钢75Cr1(/%:0.75C,0.27Si,0.85Mn,0.010P,0.003S,0.60Cr)在1090℃以15 s^(-1)进行第1道次25%压缩变形,以20℃/s冷却至880℃,20 s^(-1)进行第2道次25%压缩变形,再分别以0.05~45℃/s不同冷速冷却至室温,得出连续冷却转变(CCT)曲线和冷却速率对该钢相和组织的影响。结果表明,相变临界Ac_1和Ac_3分别为730℃和773℃;冷速低于1℃/s时钢的组织主要为先共析铁素体和细小珠光体,冷速在1~10℃/s时钢的组织为珠光体和贝氏体,冷速高于10℃/s时组织中会出现马氏体,马氏体会随着冷速的增加逐渐增多,当冷速大于18℃/s时,钢的组织以马氏体为主,含有极少量的贝氏体。

难溶高碳合金钢消解方法的探讨

采用盐酸和硝酸并利用微波消解法完全消解难溶高碳合金钢,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定其中的主要合金元素含量。试验对消解方法、消解试剂的选择及用量、水用量对高硅样品消解的影响、微波消解程序等进行了探讨。最终确立了最佳消解条件为:称取0.2g样品,依次加入10.0mL水、5.0mL盐酸、5.0mL硝酸,在目标温度达到180℃条件下进行微波消解处理。而对于硅质量分数在1.0%以上的高硅难溶高碳合金钢样品,应适当增加水用量。按照实验方法处理多个难溶高碳合金钢样品,并采用ICP-AES测定其中的主要合金元素Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V,结果的相对标准偏差(RSD,n=8)为0.23%~4.7%;按照实验方法处理4个难溶高碳合金钢标准样品,并使用ICP-AES测定Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V,测定结果与认定值相吻合。

铜铁试剂分离-二安替比啉光度法测定高碳合金钢中痕量钛

二安替比啉甲烷光度法测定钛,其灵敏度、选择性和稳定性均较好,是目前较广泛应用于低碳、中碳合金钢中钛的测定。但是不能用于高碳合金钢中痕量钛(<0.005%)的测定,作者针对高碳合金钢中痕量钛的测定作了研究。经过反复试验。

高碳合金钢轨道焊接技术研究

通过对高碳合金钢轨道的结构特点、焊接性、焊接变形等进行分析研究,确定了产生变形和缺陷的原因。采取了针对性的措施,通过设置变形控制工装、预设反变形、合理的焊接工艺等技术措施,保证了轨道焊接完成后焊缝的致密性和轨道变形量控制在合理的范围内。本工艺措施在某核电项目去污检修车间行车轨道焊接上的应用,焊缝质量完全满足设计要求,确保了行车轨道的焊接质量。证明了此焊接工艺措施的可行性和合理性。

高碳合金钢中未饱和碳的过冷奥氏体的转变

研究了高碳合金钢A(SAE 52100,1.02%C、0.21%Si、0.35%Mn、1.44%Cr、0.20%Ni,质量分数)的相变,并与另一种钢B(0.53%C、0.27%Si、0.35%Mn、0.66%Cr,质量分数)进行了比较。结果表明,两种钢过冷奥氏体中的碳和铬的含量均随着奥氏体化温度的升高而提高。当加热温度为工业中常用的840℃时,A钢奥氏体中的含碳量远低于相图中表明的数值,仅达到中碳钢的水平。这可能是由于奥氏体中碳和铬的不均匀分布所致。业已证明,用萃取法测定的A钢奥氏体中的含碳量只是奥氏体中的平均含碳量,不能准确反映奥氏体中不同区域的含碳量。因此,碳和合金元素含量相同时,由于A钢奥氏体中碳的不均匀分布改变了TTT图的性质,从而使其比B钢奥氏体更容易发生转变。当采用通常的淬火和低温回火工艺时,与TTT图相比的这些改变促进了在奥氏体的高碳区形成含有先共析渗碳体(Fe3C)的珠光体,而在其低碳区形成含有先析铁素体(α-Fe)的贝氏体。这就是高碳合金钢具有优良综合力学性能的原因。

相平衡热力学方法在超细碳化物高碳合金钢合金设计中的应用

多元合金高碳钢成分设计合适时,钢中存在多类型碳化物(M_3C、M_(23)C_6、M_7C_3、M_6C和MC)在常规的锻轧加工和退火工艺条件下,碳化物具有超细化特征根据Cr-W-Mo-V高碳合金钢的碳化物在退火温度下的变化规律,应用Fe-Cr-W-Mo-V-Si-Mn-C系相平衡热力学计算,给出各温度下的钢中相结构、相成分和相变规律;并根据不同奥氏体化温度下的基体成分,推导合适的热处理工艺,并预测淬火硬度和回火硬度;借助在电子、原子层次上计算马氏体基体的原子间平均结合能,推断屈服强度和韧性指标按照技术指标对机械性能的要求,对合金元素不同含量的钢的全部计算结果进行比较,最终确定钢的合适的化学成分用上述方法研制了系列多类型超细碳化物中合金高碳钢和高合金高碳钢,实践结果表明,理论设计计算与少量的生产性实验结合可以达到预期的目的。

75Cr1高碳合金钢的热变形行为

采用Gleeble 3800热模拟试验机研究在变形条件为800~1100℃,1~30 s-1下的高碳合金钢75Cr1的热变形行为。结果表明,应变速率越快,温度越低,材料所受的应变抗力越高;采用线性回归法,计算试验钢75Cr1的热变形激活能为Qd=264 k J/mol;根据存储能演化规律,找出了热变形过程中75Cr1钢的临界应变点和XD的表达式。

稀土元素对高碳合金钢显微组织与耐磨性的影晌

在焊接材料中加入了不同质量分数的稀土元素，通过焊接方式添加到高碳合金钢中，并取得重熔金属试样。采用X射线衍射仪分析其相组成，采用金相显微镜观察试样显微组织；采用洛氏硬度计测试试样宏观硬度，采用砂带式摩擦磨损试验机检测试样耐磨性；采用场发射扫描电子显微镜分析试样磨损表面。研究表明，焊接金属的组织由黑色针状马氏体、白色网状高合金马氏体及残余奥氏体组成。随着稀土元素在焊材中质量分数的增加，高合金马氏体在焊接金属中的含量随之增加，焊接金属的硬度和耐磨性相应提高；当稀土元素载体质量分数为3．44％时，焊接金属性能最优。稀土元素能够细化合金钢的晶粒，有效提高基体组织的强硬性，其在合金钢中催化形成的马氏体可以有效提高材料焊接部位的耐磨性。

一种非调质连杆用高碳微合金钢的热变形行为

用Gleeble-3500热力模拟试验机在温度为1223～1323K，应变速率为0．2～10s^-1的条件下对一种非调质连杆用高碳微合金钢进行了热压缩变形试验，测得了其流变曲线，并观察了变形后的组织。试验结果表明，流变应力和峰值应变随变形温度的降低和应变速率的提高而增大。试验用钢在真应变为0．8，温度为1223～1323K，应变速率为0．2～10s^-1的条件下，发生完全动态再结晶。测得试验用钢的热变形激活能为289．9kJ／mol，并得出了其热变形方程，以及动态再结晶晶粒尺寸与Zener-Hollomon参数之间的关系和动态再结晶状态图。

高温均质化对高碳Cr合金钢锭组织和元素分布的影响

采用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪分析了含铬合金钢锭铸态及均质化后的显微组织和元素偏析规律,旨在确定钢锭的高温均质化工艺。研究结果表明,经过1160℃、1210℃和1260℃分别进行6h和12h的均质化处理后,含铬合金钢锭的元素偏析得到不同程度的改善,1260℃保温12h的均质化处理效果最为理想,而1210℃保温6h的均质化最为经济实用。

高碳高合金钢的激光表面熔凝处理的耐磨性研究

研究了激光表面熔凝处理前后的高碳高合金钢Cr12的耐磨性能,并结合激光熔凝后组织的转变,分析了耐磨性提高的原因。结果表明:硬度的提高,熔凝层中超细化的组织,大量的残余奥氏体使得激光处理后的材料的耐磨性能大幅度提高。

Cr-W-Mo-V高碳中合金钢在αγ相变过程的碳化物转变及形貌

研究表明,Cr-W-Mo-V高碳中合金钢加热至αγ温度区附近,M23C6和M3C会逐渐溶解于基体中,缓冷过程逐渐析出M23C6、M3C,并在αγ温度区发生M23C6M6C转变,而球状VC则变化不大,其碳化物超细化主要南溶解、形核的转变过程所引起的。碳化物细化及不均匀程度依赖于碳化物类型及其比例,因此,合理的成分设计是常规锻轧和热处理工艺下获得超细碳化物高碳中合金钢的关键。

高碳低合金钢低温贝氏体组织及其耐磨性研究

设计了一种新的低温等温转变无碳化物贝氏体高碳低合金钢。对该钢低温等温淬火组织和干滑动摩擦磨损耐磨性及磨损机理进行研究,并与淬火+低温回火处理试样进行比较。结果表明,经1 000℃奥氏体化后在220℃盐浴中进行等温120 h的等温淬火处理,得到了由平均厚度约为120 nm的板条状贝氏体铁素体和薄膜状的残留奥氏体组成的无碳化物贝氏体组织,干滑动摩擦磨损相对耐磨性比回火马氏体组织提高19%,磨损机理为粘着磨损。

热处理工艺参数对高碳中铬合金钢衬板性能的影响

对0．7%-1．1％C、3%-5％Cr的高碳中铬合金钢进行了等温淬火热处理，采用正交设计确定最佳化学成分配比，得到理想配合的材料韧性和硬度，将所得高碳钢与低碳钢复合铸造双金属复合衬板。试验结果表明，高碳中铬合金钢的硬度为HRC55～62，冲击韧性为6-10J／cm^2；高碳中铬合金钢双金属复合铸造衬板使用寿命比中碳合金钢材质衬板提高50％。

Cr-W-Mo-V高碳中合金钢的抗回火性及其硬度

研究了4种不同成分Cr-W-Mo-V高碳中合金钢的回火硬度曲线和相关的组织结构,分析讨论了抗回火温度区间及高回火硬度的机理。结果表明:Cr-W-Mo-V高碳中合金钢在抗回火温度区间,较高的回火硬度是碳化物沉淀强化与回火马氏体固溶强化和残留奥氏体转变及分解共同作用。随着含C量和合金含量尤其含Cr量增加,抗回火性增强。抗回火时新析出相不与平衡相完全对应,其中沉淀析出主要是(Fe,Cr)3C。

高碳低合金钢真空离子渗氮及其特性研究

利用自行研制的直流脉冲离子渗氮设备对高碳低合金钢GCr15在温度为460～550℃进行了真空离子渗氮处理1～5 h,采用显微硬度计、XRD、SEM、耐腐蚀性检测仪等表征手段研究了离子渗氮对其性能的影响.实验结果表明:通过离子渗氮处理得到的表面硬度均在700 HV_(0.3)以上;渗氮层主要形成γ′-Fe,N相及少量的ε-Fe_2N/Fe_3N相氮化物,氮化物的含量随渗氮温度的升高、渗氮时间的增加而增大;经真空离子渗氮处理其耐腐蚀性得到大大提高.

变质处理对高碳高铬镍合金钢性能的影响

采用力学性能试验机、扫描电子显微镜和MMS-1G高速销盘摩擦磨损实验机研究了稀土变质处理对高碳高铬镍合金钢性能以及磨损特征的影响。试验结果表明:经稀土变质的高碳高铬镍合金钢与未变质的高碳高铬镍合金钢相比,其硬度提高了3.0%,冲击韧性提高了46.7%,耐磨性提高了30.0%,磨损形貌由犁沟和疲劳裂纹变为犁沟和塑性变形。