超低温用高锰奥氏体钢熔池凝固行为及特征

采用埋弧焊工艺制备了高锰奥氏体钢焊缝金属,其主要成分为(质量分数):C元素0.30%~0.50%、Mn元素22.00%~25.00%和Cr元素3.50%~5.50%.通过光学显微镜(optical microscope,OM)、电子背散射衍射分析仪(electron back-scattered diffraction,EBSD)、电子探针显微分析(electro-probe microanalyzer,EPMA)对高锰奥氏体钢焊缝金属的合金元素偏析行为、熔池凝固行为及特征进行分析.结果表明,使用同成分体系焊丝所制备的高锰奥氏体钢焊接接头,其熔合区同样存在不均匀混合区和部分熔化区(partially melted zone,PMZ).试验钢由于热轧产生的C,Mn和Cr的合金元素偏析带,引起焊接接头熔合区中部分熔化区熔化,进一步增加了其元素偏析程度.不均匀混合区以胞状晶形态在部分熔化区上联生结晶,其合金元素分布延续了部分熔化区中的分布.熔池以胞状晶形态在部分熔化区突出的固相半岛上联生结晶,初始胞状晶宽度与母材热轧偏析带间距具有内在关联性,是由部分熔化区热轧带中合金元素的偏析及其熔化所形成的凹凸固液界面所导致.

La含量对高锰奥氏体钢焊缝金属微观组织及力学性能的影响

采用埋弧焊工艺制备含镧(La)高锰奥氏体钢(Fe-24%Mn)焊缝金属,研究了La含量对焊缝金属微观组织、非金属夹杂物类型和尺寸分布及力学性能的影响。结果表明,当La含量依次为0、0.042%、0.098%时,焊缝金属中典型夹杂物分别为Mn-Al-Si氧化物+MnS复合夹杂物、La_(2)O_(3)夹杂物、La 2 O 2S夹杂物,夹杂物平均尺寸分别为0.56、0.43、0.48μm,数量密度分别为4845、5605、5950个/mm 2。与未添加La的焊缝金属相比,适量La的加入明显细化了焊缝金属凝固组织,并提高了其力学性能。其中La含量为0.042%的焊缝金属表现出最佳的力学性能,其断裂方式为韧性断裂,断口形貌表现为密集分布的小尺寸等轴韧窝。这可以归因于细小且数量众多的La_(2)O_(3)与初生奥氏体点阵的错配度低,有效促进了奥氏体异质形核,细化了凝固组织;另外,位于韧窝底部的La_(2)O_(3)与基体之间良好的结合能力有助于延缓裂纹扩展至夹杂物时的应力集中,从而增强了焊缝金属的力学性能。

高锰奥氏体钢低温强韧化机制研究现状

随着社会的不断进步,Ni系超低温用钢强韧化机理及生产技术备受关注和重视。由轧制技术及连轧自动化国家重点实验室(东北大学)编著,冶金工业出版社2017年5月出版的《Ni系超低温用钢强韧化机理及生产技术》一书,是Ni系超低温用钢强韧化机理及生产技术领域创新的重要成果,该书结合基本案例对高锰奥氏体钢低温强韧化机制研究现状进行分析,意义重大。该书共5章,第1章对Ni系低温钢概述等进行了阐释;第2章对Ni系低温钢的高温变形规律等进行了论述.

氮强化高锰奥氏体钢热变形行为研究

利用Gleeble-3500热力模拟试验机在温度为1253～1423K，应变速率为0．1～10s^-1的条件下对32Mn-7Cr-1Mo-0．3N奥氏体钢进行了热压缩变形试验，测定了其真应力-应变曲线，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。真应变为0．6时，在1423K、应变速率在0．1～10s^-1之间的试样均已发生完全动态再结晶；在1373K以下变形时，应变速率在0．1～10s^-1之间，试样发生部分动态再结晶。动态再结晶晶粒尺寸随着变形温度的升高而增大，随着应变速率的升高而减小。32Mn-7Cr-1Mo-0．3N奥氏体钢的热变形激活能Q值为469．03kJ／mol，并获得热变形方程。

高锰奥氏体钢超低温拉伸形变特性

研究了高锰奥氏体钢在７７Ｋ下的抗拉性能、形变组织和断裂特点。研究表明，随氮含量的提高，抗拉强度呈线性增大。氮含量较高时，塑性下降。拉伸形变滑移带间夹角为４５～８０°，有一些滑移呈正三角形特征，符合奥氏体晶体学关系。较高氮含量合金拉伸断口上出现｛１１１｝＿γ穿晶刻面，刻面上有相交成６０°角的塑变滑移带。

一种高锰奥氏体钢组织和力学性能

研究了高锰奥氏体钢在室温及100℃条件下拉伸变形过程中组织变化。结果表明,高锰奥氏体钢在不同的拉伸变形条件下均产生了明显的塑性变形诱发马氏体相变(TRIP)效应,获得了较大的延伸率(60%～70%)和较高的抗拉强度(500～700MPa)。在10-3～10-1/s级别的初始应变速率范围内,实验钢对流变应力几乎不存在应变速率的敏感性。随着应变速率的增加,强度和塑性变化不大,由于该钢具有较好的综合机械性能,有望作为新一代高强度、高塑性汽车用钢。

作为耐磨材料的高锰奥氏体钢

0 前言 高锰奥氏体钢是1882年由R·Hadfield发明的。这种钢是最早在工业上实际应用的奥氏体钢,其后的100年间,作为主要的耐磨材料在各国大最生产和使用。 近年来开发了各种耐磨材料,不同用途的用量在不断增大,但高锰钢因其具有优异的特性仍不失其重要性。

高锰奥氏体钢的合金化及弥散热处理

分析了高锰奥氏体钢的合金化及其一般合金元素作用机理、变质剂及其变质机理和复合变质机理,并介绍了常用的普通热处理及弥散热处理工艺,为提高高锰奥氏体钢的冲击韧性和耐磨性提供重要依据。

LNG低温高锰奥氏体钢材料应用研究概述

高锰奥氏体钢材料是目前备受关注的降低LNG装备生产成本的新型材料,分析高锰奥氏体钢在船用LNG储罐中应用的技术问题,介绍国外根据化学成分和力学性能等基本要求采用的比较研究方法,在应力应变曲线、冲击值、CTOD值、疲劳裂纹扩展速率、热膨胀率等方面与9Ni、STS304等传统材料进行对比分析,总结国外采用高锰奥氏体钢制造LNG储罐方面的经验,介绍国内在钢材生产、配套焊材和工艺研究以及生产应用等方面的研究情况,针对高锰奥氏体钢应用方面的焦点问题,从评估标准和衡准、基础研究数据、配套焊接材料和工艺及工程实践应用等方面进行讨论,提出一定的解决思路,总结高锰奥氏体钢的应用前景和发展机遇,为其进一步应用研究提供思路和借鉴。

高锰奥氏体钢超低温冲击韧性

本文通过在超低温下的V型缺口夏比冲击试验和SEM断口分析研究了高锰奥氏体钢的冲击韧性及其影响因素。研究表明:含较高氮的合金对试验温度较敏感。随试验温度的降低,冲击韧性下降很快,对应在断口上是韧性断裂转变为脆性断裂;不含氮的合金冲击韧性变化不大,在-196℃温度下仍为韧性断裂。所有合金固溶处理空冷态的冲击韧性较高.铬含量增加,钢的韧性下降;锰含量对韧性影响有极大值,对应的锰含量为35％左右。

Fe-Mn-Si系高锰奥氏体钢形变诱发相变的研究

以Fe-Mn-Si系高锰奥氏体钢为研究对象,运用金相显微镜对形变组织进行分析,采用X射线衍射仪对不同应变速率下拉伸试样的变形区进行分析。结果表明:应力速率越大,材料的抗拉强度越大,随形变量的增大,α'马氏体的含量增大,并且α'马氏体是由γ相直接转变而来,随应力速率增大,α'马氏体的产生速度加快。

高锰奥氏体钢的低温机械性能

日本原子能研究所(JAERI)正在设计的下期工程托克马克(NET)的大型超导线圈用结构材料,在液氦温度下,必须在0.2％应变时能承受高达1400兆帕的磁应力。从室温到液氦温度的各种机械性能试验结果表明,已经研制成功代替304及316奥氏体不锈钢的若干新材料,因为奥氏体不锈钢的屈服强度太低,而不能用作第二期工程托克马克(NET)的结构材料。选了一种高锰奥氏体钢(32Mn-7Cr)用10吨低温拉伸试验机在4K下进行了拉伸试验。试验结果表明,该材料用作大型超导线圈的结构材料在4K下有足够高的强度(1100兆帕)和充分的韧性。

微合金化对高锰奥氏体钢在酸性盐雾环境下的耐蚀性能影响研究

为进一步提升高锰钢耐蚀性能,研究了酸性盐雾环境下,Cr、N、Al等微合金化元素添加对全奥氏体高锰钢腐蚀过程和电化学性能的影响。通过失重法、场发射扫描电镜(SEM)、白光干涉仪等手段研究了高锰钢腐蚀产物微观结构及演变规律,并通过动电位极化、交流阻抗谱等电化学技术研究两种高锰钢电化学性能的演化规律。实验结果表明:随着腐蚀时间延长,微合金化高锰钢锈层致密度更高,在长周期腐蚀中具有最好的耐蚀性。盐雾环境中点蚀逐渐发展为均匀腐蚀,微合金化处理后的高锰钢腐蚀动力学规律为ΔW_(WH)=4.44202×10^(-4)t0.9618,小于普通高锰钢的拟合结果ΔW_(PT)=8.74985×10^(-4)t0.67759。电化学结果表明,两种高锰钢腐蚀电流密度随着腐蚀时间增加均逐渐减小,且容抗弧逐渐增大。其中,微合金化高锰钢腐蚀240 h后的容抗弧远远大于未处理高锰钢,且腐蚀速率为1.925×10^(-3)mm/a,小于未处理高锰钢。微合金化处理后的高锰钢耐蚀性能更优,主要原因为Cr、N、Al等元素的微合金化使高锰钢析出碳化物减少,表面生成的氧化物更牢固、致密,提高了高锰钢表面氧化膜的完整性,有效阻碍Cl-渗入,使腐蚀产物变得致密,进而降低钢的腐蚀速率。

高锰奥氏体低温钢发展现状、成分设计及热处理焊接工艺分析

以价格低廉的Mn替代价格较为昂贵的Ni,研发新型无Ni低温钢,已成为液化天然气(LNG)储罐用钢当前研究的新热点。本文依次介绍低温钢的概念和特点,以及高锰奥氏体低温钢国内外的发展现状,并详细列举了国家与团体标准中关于高锰奥氏体低温钢成分及性能的要求。综合分析不同元素对高锰奥氏体低温钢力学性能的影响,表明Fe-24Mn-0.45C-3Cr-0.5Cu系高锰奥氏体低温钢综合性能优异,可作为高锰奥氏体低温钢成分体系优化设计参考依据。研究表明,适当热处理可有效提升高锰钢低温韧性,而采用保护金属电弧焊后的焊缝低温韧性要优于埋弧焊,尽管两者屈服强度和抗拉强度无较大差别。

船用高锰奥氏体钢临界CTOD仿真计算

裂尖张开位移(CTOD)是一个评价高韧性钢断裂韧度的重要指标,研究其仿真计算方法,有助于提升高锰奥氏体低温钢在船舶行业应用的安全性。通过三点弯曲试验得到高锰奥氏体低温钢的临界裂纹尖端张开位移及对应的最大裂纹张开位移,采用一种基于蛛网状网格的有限元方法对裂尖张开位移进行计算,并研究了网格参数对裂尖张开位移仿真结果的影响。通过仿真与试验结果的对比,验证了裂尖张开位移计算方法的准确性,从而为采用有限元方法计算船用高锰奥氏体低温钢的裂尖张开位移提供参考。

船用LNG储罐高锰奥氏体低温钢焊条CHE680TS的研制

针对高锰奥氏体低温钢的特点,设计了CaO-CaF2-MnO_(2)-SiO_(2)型渣系和Fe-Mn-C合金体系,确定了船用LNG储罐配套焊条CHE680TS,并对焊条CHE680TS进行了焊接工艺性能试验和力学性能试验。结果表明,焊条CHE680TS在平焊、平角焊、向上立角焊位置焊接工艺性能优良。在平焊和立焊位置,抗拉强度分别为747,725 MPa,焊缝和热影响区-196℃冲击吸收功≥75 J,弯曲试样合格。冲击试样断口形貌以韧窝为主,并有少量准解理小刻面,具有良好的冲击韧性。

高锰奥氏体TRIP/TWIP钢的组织和力学性能

研究了两种不同锰含量的高锰奥氏体钢在室温拉伸变形过程中力学性能和组织的变化。结果表明，随着钢中锰含量的变化，实验钢在流变应力的作用下出现相变诱导塑性的TRIP效应和孪晶诱导塑性的TWIP效应。在1×10^-3s^-1的初始应变速率条件下，锰的质量分数为23．8％的实验钢可达到666MPa的抗拉强度和67％的伸长率，而锰的质量分数为33％的实验钢可达到540MPa的抗拉强度和97％的伸长率。并且在10^-3-10^-1s^-1的初始应变速率范围内，实验钢的抗拉强度对于流变应力不敏感，而实验钢的塑性则表现出一定的应变速率敏感性。由于该钢具有较好的综合力学性能，有望作为新一代高强度、高塑性汽车用钢。

氮强化高锰奥氏体低温钢的拉伸应变硬化行为

采用低温拉伸、SEM和TEM等方法,对32Mn-7Cr-1Mo-0.3N奥氏体钢进行表征,研究了它的拉伸应变硬化行为.结果表明,32Mn-7Cr-1Mo-0.3N奥氏体钢的真应力与真应变不遵循Hollomon 的线性关系,应变硬化指数n随着真应变的增大而提高,但当ε>0.2后,77 K下的dn/dε值明显高于其它温度的值.在77 K真应变ε>0.2后材料的d2σ/dε2变为正值.dn/dε与d2σ/dε2这一特殊变化趋势导致77 K下应变硬化率和延伸率的提高.其微观机制是,孪晶的形成速率以及孪晶与位错之间的相互作用与硬化率相协调,进而延迟了颈缩的产生,导致较高的均匀变形能力.

高锰奥氏体超低温钢焊接接头的组织和力学性能

用金相、扫描电镜、X射线衍射仪及硬度测试、低温拉伸等方法研究了 32Mn- 7Cr- 0 .6Mo- 0 .3N奥氏体钢TIG焊接接头的组织及低温力学性能 ,结果表明 ,采用氮 -氩混合气体保护的TIG焊接方法可获得满意的接头组织和性能。接头的金相组织致密、均匀 ,无裂纹、气孔等缺陷 ;77K温度拉伸断口为韧窝为主的韧性断裂特征。保护气氛中添加一定比例的氮气可有效抑制焊缝中氮含量的降低 ,保证较高的低温强度 ,77K温度下光滑试样的拉伸强度为 115 0MPa。保护气氛中合适的氮气添加比例为4%。接头的组织稳定性很高 ,焊接前后的焊缝和热影响区以及低温拉伸试样断口变形区均保持全奥氏体组织。

一种高锰奥氏体低温钢的力学性能

测定了一种高锰奥氏体低温钢从室温到７７ Ｋ温度的拉伸和冲击性能以及７７Ｋ温度下的断裂韧度，并观察了其断口形貌特征。结果表明试验钢屈服强度与温度的关系为σ０．２＝３００＋１３９２．４ｅｘｐ（－０．０１０６Ｔ）；７７ Ｋ的σ０．２＝８８３Ｍｐａ，ＫＪ０．０５约为２３２ Ｍｐｓ·ｍ～１／２；低温沿晶断裂被完全抑制，７７ Ｋ的断口表现为以韧窝为主并混有少量准解理小刻面的特征。 Ｘ射线相分析表明该钢具有很高的组织稳定性，７７ Ｋ温度变形前后均为单相奥氏体组织。