高碳锰钢应力裂纹的形成与控制

文章针对天津钢管集团股份有限公司特钢公司生产高碳高锰钢连铸圆坯出现的表面应力裂纹缺陷的特征、形成机理、影响因素进行了认真的分析,并最终确定了铸坯低温段冷却效果、坯头、尾热切制度不足是造成应力裂纹的主要原因,并在此基础上提出了相应的解决方案。

热处理对高碳高锰钢组织和切削加工性的影响

用已加工表面的粗糙度作为切削加工性的评价指标,研究了车削加工条件下ZG120Mn13高碳高锰钢水韧态和铸态原始试样经不同温度时效处理后的切削加工性的变化规律,同时为了能够从材料组织和性能的角度解释切削加工性变化的原因也对其组织和力学性能的变化规律进行了分析。结果表明,不论原始试样是水韧态,还是铸态,经过500~650℃区间的时效处理,ZG120Mn13高碳高锰钢的切削加工性均得到明显的改善,且经550℃时效处理后,其切削加工性均达到最佳。并且,铸态原始试样除了可以直接进行车削加工之外,在相同的550℃时效处理条件下,其表面粗糙度要比水韧态原始试样的低。而切削加工性的改善与奥氏体基体上发生了珠光体的转变有关。珠光体的存在使ZG120Mn13钢的塑性大幅度降低,从而使其切削性得以改善。并且珠光体转变量越多,塑性降低越大,高锰钢的切削加工性越好。

回火温度对高碳中锰钢性能的影响

研究了回火温度对变质高碳中锰钢组织与性能的影响 ,结果表明 :随回火温度升高冲击韧度增大 ,组织中回火碳化物增多、耐磨性提高 ,当回火温度达 30 0℃时 ,无缺口冲击韧度达最大值 ,为 12 1.4J/ cm2。与常规水韧处理的试验钢相比 ,无缺口冲击韧度提高 80 % ,磨损失重降低了 5 6 % ,硬度变化不大。

水韧处理温度对110Mn13高碳高锰钢组织结构和力学性能的影响

采用金相组织分析、EBSD分析和拉伸性能测试等方法,研究了不同水韧处理温度对110Mn13高碳高锰钢组织结构和力学性能的影响.结果表明:热锻成型高碳高锰钢具有明显的强{111}<112>板织构,且经970~1 090℃水韧处理后均得到了单相奥氏体,其强织构也会随着水韧处理温度的变化而改变.随着水韧处理温度的增加,高碳高锰钢的晶粒尺寸呈指数关系增加,屈服强度基本不变,抗拉强度呈现先增加后下降的趋势,而伸长率和收缩率均表现为先下降后上升再下降的趋势.对高碳高锰钢力学性能随水韧处理温度的变化规律从高碳高锰钢本身的晶体结构、晶粒内部微观组织的均匀性、塑性变形方式及织构等方面进行了探讨.

提高高碳中锰钢衬板韧性的研究

通过加入微量元素研究了高碳中锰钢的冲击韧性，结果表明，微量元素能细化高碳中锰钢的晶粒，改善碳化物在晶界的分布状态，消除磷化物的晶界的存在，强化晶界，从而使钢的性能较未加微量元素前大幅度提高。

多元素高碳中锰钢衬板的试制与应用

提高中锰钢的含碳量，加入少量的合金元素，采用适当的工艺措施，在保证良好的韧性同时，提高加工硬化能力，获得在非强烈冲击工况下使用的新型耐磨材料。用其替代Mn13做颚板、衬板，耐磨性可提高1．6倍以上。

合金化处理对高碳高锰钢组织与性能的影响

为进一步提高锻造高碳高锰钢的耐磨性,对锻造高碳高锰钢进行了Cr、Mo、V、Al元素的合金化处理.采用金相组织分析、机械性能测试、断口形貌观察及耐磨性测试等手段研究了Cr、Mo、V、Al合金化后高碳高锰钢的组织与性能.结果表明:合金化处理能使高锰钢的晶粒明显细化,并使高锰钢在保持良好塑性及冲击韧性的同时,其屈服强度和抗拉强度也得以较大程度的提高.与高锰钢相比,合金高锰钢的屈服强度和抗拉强度分别提高了31%和11%,达到550和955MPa.此外,合金化处理能够明显提高高锰钢的耐磨性及其磨损后的表面硬度.高锰钢、合金高锰钢和贝氏体钢的失重量均随磨损时间的增加而增加,并且三者的表面硬度均呈现出先增加后稳定的趋势,其中合金高锰钢的失重量最低且其磨损后的表面硬度最高.磨损后高的表面硬度是合金高锰钢耐磨性提高的主要原因.

热成型方法对高碳高锰钢拉伸硬化行为的影响

采用金相分析、拉伸试验和断口微观形貌观察等方法,研究了经铸造和锻造等热成型方法获得的高碳高锰钢的力学性能及加工硬化行为。结果表明：与铸造成型的高锰钢相比,经锻造成型的高锰钢晶粒明显细化,抗拉强度得到提高,形变强化能力增强;在拉伸曲线形态上,由于组织中产生大量形变孪晶,且其临界应力增加,使锯齿高度较高,锯齿间间隙较小。

高碳高锰钢拉伸过程中应变硬化行为的研究

采用金相组织分析、拉伸性能测试和透射电镜分析等方法,研究了高碳高锰钢拉伸过程中的应变硬化行为.结果表明,高锰钢980℃水韧处理后获得了晶粒平均尺寸为89.7μm的单相奥氏体组织.其在拉伸曲线上表现出了典型的双n应变硬化行为,应变硬化指数依次为0.618和0.832.同时在应变硬化率曲线上具有明显的锯齿形貌,且不同的应变阶段锯齿的波动程度不同:低应变量阶段时,锯齿的波动程度较为稳定,其锯齿高度差约为31.1 MPa;中应变量阶段时,锯齿的波动程度随应变量增加而明显增加;高应变量阶段时,锯齿的波动程度重新趋于稳定,其锯齿高度差达到最大,约为1 407.2 MPa.在整个塑性变形过程中,位错滑移和孪生变形先后主导高锰钢的变形机制,这是导致高锰钢在不同应变阶段表现出不同应变硬化行为的主要原因.

高碳高锰钢450℃时效处理后的拉伸断裂行为

采用金相分析、拉伸实验以及断口形貌观察等分析手段研究了100Mn13高碳高锰钢450℃时效处理后的组织、拉伸性能、断口形貌特征及其裂纹形核与扩展过程.结果表明:高碳高锰钢水韧处理及450℃时效处理后的金相组织为奥氏体基体上存在有少量沿晶界呈不连续分布的碳化物.具有这样组织的高碳高锰钢仍具有优越的塑性和高的抗拉强度,其断裂后的抗拉强度和延伸率可分别达到981 MPa和70%.拉伸断裂后的高碳高锰钢组织中出现了大量的孪晶,而且裂纹在孪晶界处以及晶界上的碳化物处形核,并沿晶界和孪晶界长大,相邻裂纹相互连接、扩展,直至断裂.拉伸断口微观形貌为石断状,其断裂面上存在有大量的韧窝.

ZGMn13高锰钢950℃水韧处理的可行性

为了探索低温加热水韧处理的可行性,采用金相分析方法观察了ZGMn13高锰钢经不同温度的水韧处理,以及分别经950℃和1050℃加热及随后末端冷却处理后距末端不同距离处的组织。并根据末端冷却处理时所得到的相关数据,通过有关理论分析分别计算出从加热温度950℃和1050℃冷却时获得全部奥氏体组织的临界冷却速度。结果表明,对于1.2 mass%含碳量的ZGMn13高锰钢,水韧处理加热温度达到950℃时即可完全获得单相奥氏体组织。但与1050℃加热保温及末端冷却时不在奥氏体基体上出现沿晶碳化物的端距超过100 mm的相比,950℃加热保温末端冷却的端距却小得多,为65 mm。通过相关的传热学理论计算出,950℃加热处理时获得奥氏体的临界冷却速度为0.78℃/s,高于1050℃常规水韧加热处理不足0.63℃/s的临界冷却速度。相应地,950℃加热处理时零件的临界冷却直径约为170 mm。因此,对于含碳量较低的ZGMn13型高锰钢,在零件直径不超过170 mm时,采用950℃的水韧处理完全可以获得单相奥氏体组织。

管磨机作用高锰钢内衬的体会

该文扼要地概述了高锰钢(ZGMn13)内衬材料在中、小型管磨机中应用的体会,以2.2×6.5m磨机为代表,探讨了粗磨仓、细磨仓衬板的磨损机理,提出了延长细磨仓衬板工作寿命的技术措施。

65Mn-1混凝土泵车输送管道用无缝钢管的生产实践

研究耐磨65Mn-1混凝土泵车输送管道用无缝钢管的生产工艺,包括成分设计、冶炼工艺、制管工艺和热处理工艺.在成分设计上通过添加适量的Cr和Ti元素,增加钢的淬透性和晶粒细化作用,同时研究冶炼、轧管和热处理工艺的关键技术及保证措施.结果表明:采用“VD连铸坯→Φ159 mm连轧管机组轧制→连续炉去应力退火”工艺生产混凝土泵车输送管道用耐磨无缝钢管,其生产效率高,产品质量稳定,产品各项性能均满足用户的实际使用要求.

珠光体对ZG120Mn13钢拉伸断裂过程的影响

为探究珠光体降低高碳高锰钢机械性能的原因,本文采用金相组织分析、机械性能测试和断口微观形貌分析等实验方法,研究了奥氏体基体上含体积分数23%珠光体的ZG120Mn13高碳高锰钢的拉伸性能及其裂纹形核和扩展过程.结果表明:通过时效处理,在奥氏体基体上析出的条状、颗粒状以及沿晶界连续分布的珠光体将使ZG120Mn13钢的强度和塑性大幅度下降.机械性能的降低与其力学行为有关,当基体为单一奥氏体时,裂纹将在大量孪生变形后,在孪晶界、孪晶与晶界交界处形核,并沿孪晶界长大而相互连接、扩展.而奥氏体基体上存在珠光体时,裂纹主要在珠光体团内形核,并通过相邻珠光体间奥氏体的塑性耗竭、切断而得以扩展.

高碳高锰钢强韧化工艺研究

在充分发挥碳在高锰钢中的固溶强化、奥氏体稳定化作用的基础上,以成本为主要控制因素开发的高碳高锰钢获得了成功。将含碳量提高到1.5%的高碳奥氏体锰钢,在经过1060～1100℃加热并适时保温后经水韧处理,得到奥氏体加微量点状碳化物的室温组织,力学性能满足了使用要求,实现了理想的性价比。高碳高锰钢衬板在直径φ1.83 m 的铁矿球磨机上使用,寿命达到1年,比常规高锰钢寿命提高了1倍。

高碳硅锰钢的动态力学性能

通过扫描电镜、霍普金森压杆和拉伸试验机等仪器研究了不同温度淬火高碳硅锰钢的组织、变形程度和动态力学性能。研究表明,随淬火温度提高,试验钢中残留碳化物数量减少,在880℃时,试验钢的残留碳化物全部溶解。动态力学试验后,880℃淬火试样因残留碳化物固溶,动态强度增幅较小,对应变速率不敏感,由均匀变形转为破碎。绝热剪切带内和远离绝热剪切带的区域均存在孔洞,远离剪切带区域的孔洞无序分布,且伴随有均匀分布的碳化物。靠近绝热剪切带区域的碳化物存在分布不均匀的情况,且绝热剪切带内部的孔洞沿着热量传播方向扩展,形成沿剪切带分布的裂纹。

爆炸硬化的110Mn13钢高接触应力下的初期耐磨性

在设计出高接触应力往复磨损试验条件的基础上,采用金相组织分析、物相分析、表面硬度及梯度测定、耐磨性测定和磨损后表面形貌观察等手段研究了爆炸硬化处理后110Mn13高碳高锰钢的组织和高接触应力下的初期耐磨性能.结果表明:经爆炸硬化处理后的高锰钢,表层组织仍为奥氏体组织.但其表层具有一定厚度的变形层,表面硬度由爆炸硬化处理前水韧态高锰钢的311 HV提高到爆炸硬化处理后的557 HV,提高了79.1%,硬化层厚度约为12.5 mm.在高接触应力往复磨损条件下,爆炸硬化处理后水韧态高锰钢的体积损失量明显低于爆炸硬化处理前,由0.410mm3降低到0.167 mm3,降幅59.3%.高的表面硬度是爆炸硬化处理后高锰钢初期耐磨性提高的主要原因.

微量元素对高碳中锰钢组织和冲击磨损性能的影响

通过ＳＥＭ、ＥＤＳ和ＭＬＤ－１０型动载磨料磨损试验机研究了微量元素对高碳中锰钢组织和冲击磨损性能的影响，结果表明，微量元素能细化高碳中锰钢的组织，改善晶界碳化物的形态和分布状态，消除柱状晶和晶界磷化物，强化了晶界，使钢的冲击韧性、１Ｊ和４Ｊ冲击磨损条件下相对耐磨性分别提高 １倍、３１％和 １８％。

浚峥轮吊机路轨制作

本文对浚峥轮高碳、中锰钢路轨的结构、工况及焊接性进行了分析,制定了相应的技术措施,确保了浚峥轮吊机路轨的顺利制作。

回火温度对高碳硅锰钢动态力学性能的影响

研究了一种高碳硅锰钢在820℃油淬后不同温度回火下的组织特征,并利用Hopkinson装置系统研究了其在高应变速率与不同应力状态下的力学行为。结果表明,随着回火温度的升高,碳化物数量逐渐增多,尺寸也逐渐变大。回火温度从580℃升高到620℃时,高碳硅锰钢的动态拉伸(1400 s^(-1))与压缩(3200 s^(-1))强度均呈现下降趋势,但动态拉伸塑性上升。碳化物内部的Mises应力集中与微米级碳化物/基体界面处的剪应力集中是高碳硅锰钢动态拉伸时微孔形核的关键因素。在动态压缩过程中,高碳硅锰钢的塑性变形受应变硬化与热软化机制的耦合影响,并表现出明显的应变速率敏感性。