20SiMn钢冲蚀和空蚀的失效行为研究

用CMS 12 0旋臂式真空冲蚀试验机和KS 6 0振动空蚀磁致伸缩仪对 2 0SiMn钢 90°攻角冲蚀和空蚀进行了试验研究 .结果表明 :2 0SiMn钢冲蚀分为孕育期、增重期和稳定期 3个阶段 ;空蚀由孕育期、急剧上升期、衰减期和稳定期 4个阶段组成 ;冲蚀、空蚀裂纹主要沿晶界萌生和扩展 ,失效机制是因局部微区机械力作用造成沿晶断裂和晶内蚀坑 ;晶粒脱落是空蚀的重要失效方式之一 .

20SiMn钢水轮机主轴超声波探伤不合格原因分析

针对某厂生产的20SiMn钢水轮机主轴大型锻件在超声波探伤过程中发现的报废性缺陷,对探伤不合格部位进行了定位解剖、酸浸低倍检验、扫描电镜断口分析、能谱分析以及金相分析,查找出了导致该主轴超声波探伤不合格的原因。结果表明:主轴锻造用钢锭中高级别的一般疏松缺陷造成探伤时超声波声能大幅度衰减,导致无法探明主轴心部的质量;此外,钢锭心部硫化物夹杂聚集导致锻造变形时形成裂纹源,进而造成心部裂纹缺陷。

20SiMn钢水轮机主轴的补焊

我公司为某水电设备公司生产的水轮机主轴法兰孔尺寸加工错位，为了降低成本、节约时间采用补焊的方法对其进行了修复。在对20SiMn钢的焊接性进行分析后，制定了严谨的补焊工艺，并进行现场修复，获得了良好的效果。本文对水机主轴补焊工艺措施及主轴实际补焊过程进行了介绍。

20SiMn钢在恒定pH值的碳酸盐溶液中的腐蚀行为

采用电化学技术(动电位极化曲线,自腐蚀电位,EIS,Mott-Schottcky(MS)曲线及循环伏安曲线)和表面分析方法(SEM和原位Raman光谱)研究了空冷20SiMn钢在pH值均为10.64的3种浓度的碳酸盐缓冲液和浓度恒定为0.437×10-3mol/L的NaOH溶液中的腐蚀行为.结果表明,20SiMn钢在NaOH溶液中发生了均匀腐蚀,经Fe(OH)2转变为最终产物a-Fe2O3和g-FeOOH;在低浓度碳酸盐缓冲液中发生了局部腐蚀,经绿锈GRs得到最终腐蚀产物a-Fe2O3和bFeOOH;在高浓度碳酸盐缓冲液中发生了钝化,并且受可溶性离子Fe(CO3)22-的影响,钝化膜的耐蚀性随碳酸盐总浓度的升高存在极值.

ZG20SiMn铸钢的高周疲劳行为

针对不同应力比下ZG20SiMn铸钢的高周疲劳行为进行了研究,确定了应力比对ZG20SiMn铸钢的高周疲劳寿命和疲劳极限等的影响。研究结果表明,在R=0.5的高应力比下,ZG20SiMn铸钢的疲劳极限明显高于R=0.1下的疲劳极限;在相同的外加应力幅下,当R=0.1时,ZG20SiMn铸钢的疲劳寿命明显高于R=0.5时的疲劳寿命。疲劳断口形貌的扫描电子显微分析结果表明,在不同的疲劳加载条件下,裂纹均以穿晶方式萌生于ZG20SiMn铸钢试样表面,并以穿晶方式扩展。此外,钢中的鱼骨状硫化物夹杂或者呈链状分布的含钼和锰的球状化合物相会显著降低ZG20SiMn铸钢的疲劳寿命。

20SiMn水轮机顶盖铸钢件断裂原因分析

对重约 10t的水轮机顶盖铸钢件的断裂事故进行分析 ,从铸钢件本体断裂部位取料制样 ,通过成分分析、拉伸和冲击试验、脆性转变温度测定、显微组织观察和扫描电子显微镜微观断口分析 ,确定了裂纹萌生的位置、扩展过程和微观断裂机制 ,评定了顶盖铸钢件的冶金质量、铸造及热处理工艺 ,解释了断面的各种特征。指出 :在高的内应力作用下 ,由冒口缺陷处萌生裂纹 ,导致顶盖发生冷脆断裂。提出了改进措施保证了新顶盖的浇铸成功。

20SiMn2MoV合金结构钢的低温冲击性能

针对石油钻采设备的服役条件，考察了20SiMn2MoV合金结构钢在-60℃-20℃内的冲击性能以及热处理工艺、毛坯尺寸等因素的影响。试验结果表明，20SiMn2MoV钢的冲击性能在试验温度范围内随温度降低而逐渐下降。在低温（略高于Ac3）淬火＋高温回火时，毛坯尺寸对冲击性能的温度依赖性有显著影响，毛坯尺寸越大，冲击性能随温度下降而降低的变化率越高。在高温淬火＋低温回火时，20SiMn2MoV钢表现出较低的冲击性能，但温度对冲击性能的影响相对较小。适当降低淬火温度，提高回火温度有利于改善20SiMn2MoV钢的冲击性能。冲击断口分析表明，断口上存在着团簇状的碳化物和氧化物颗粒及其脱落后而形成的孔洞，对于钢的冲击性能产生不利影响。

“零保温”淬火对20SiMn2MoV钢冲击性能的影响

研究了＂零保温＂淬火对20SiMn2MoV钢冲击性能的影响。实验表明,常规热处理制度下,20SiMn2MoV钢的低温冲击韧度不满足API-8C标准,而＂零保温＂淬火温度为910~950℃时,其冲击韧度及拉伸性能均满足标准要求。＂零保温＂淬火温度为870～950℃时,随淬火温度的升高,20SiMn2MoV钢试样的冲击韧度逐渐升高;与常规的热处理工艺相比,＂零保温＂淬火试样的晶粒度要高出一个等级,这是材料具有优良强韧性的主要原因。

亚温淬火对20SiMn2MoV钢低温韧度的影响

采用常规热处理工艺和亚温淬火工艺对20SiMn2MoV钢进行热处理,以研究亚温淬火对20SiMn2MoV钢低温韧度的影响。研究结果表明,亚温淬火工艺可使20SiMn2MoV钢获得板条马氏体+针状铁素体的组织,能有效地提高其低温韧度;亚温淬火温度在800～840℃时,随着淬火温度的升高,铁素体的形态由块状变为针状,材料的低温韧度得到提高;常规热处理工艺试样的低温韧度不满足API 8C标准要求,而采用预备热处理为900℃淬火、最终热处理为840℃淬火+200℃回火的亚温淬火工艺,可使材料的低温冲击韧度和拉伸性能均满足API 8C标准要求。

20SiMn2MoVA钢冲击性能偏低的原因

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和电子探针等分析了20SiMn2MoVA钢冲击性能明显偏低的原因,并提出了改进措施。结果表明:该钢经淬火、低温回火后钢中化学成分出现偏析,继而产生较多非马氏体组织及析出碳化物是造成该钢冲击性能偏低的主要原因;适当提高其淬火温度和冷却速率可以降低钢中非马氏体的含量,改善冲击性能,对不合格产品进行修复。

20SiMn2MoVA钢氢脆断口的分析及消除

针对 2 0SiMn2MoVA高强钢拉伸试验中断面收缩率低的情况 ,利用扫描电镜和能谱仪等手段对拉伸试样断口进行了分析。试验结果表明 ,出现在 2 0SiMn2MoVA高强钢拉伸试样断口表面上的圆形白亮斑点是一种氢致缺陷。它是在氢和拉伸应力共同作用下 ,在应变过程中形成的一种独特断裂面 ,也是引起钢材断面收缩率低的主要原因。通过采用低温去氢处理后 ,钢材的断面收缩率得到明显恢复 。

回火对20SiMn3NiA钢组织和力学性能的影响

研究了20SiMn3NiA钢860℃正火,900℃40 min油淬,180～650℃90～150 min回火的组织和力学性能。结果表明,该钢较佳的回火温度为200～250℃,230℃回火后得到板条马氏体、细棒状碳化物析出相和残余奥氏体,在250℃回火时该钢的抗拉强度(R_m)超过1 500 MPa,冲击韧性(A_(KY))超过80 J,有较好的强韧性匹配。20SiMn3NiA钢在320℃中温回火时,碳化物析出相呈连续的片状分布,使得该钢的冲击韧性值很低,当在320～600℃区间回火时,20SiMn3NiA钢具有明显的回火脆性。

残留奥氏体含量对20SiMn2MoV钢强韧性的影响

采用新型Q-P-T（淬火-碳分配-回火）工艺对20SiMn2MoV钢进行热处理，通过改变淬火介质温度（QT）和碳分配＋回火时间（PT＋TT），改变其组织，旨在提高钢的强韧性。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和力学性能测试等手段，研究了新型Q-P-T工艺对20SiMn2MoV钢、微观组织及其对力学性能的影响。结果表明，20SiMn2MoV钢经Q-P-T工艺处理获得了板条马氏体＋含量较多的残留奥氏体，残留奥氏体含量为8％～11％；试样拉断后，测量试样中残留奥氏体的体积分数变化，显示了残留奥氏体量明显减少。通过对比应力-应变曲线发现，在缩颈前试样曲线斜率发生了明显变化．因此，20SiMn2MoV钢在拉伸过程中表现出明显的相变诱发塑性（TRIP）效应；淬火介质温度为110℃，碳分配90s时。钢的抗拉强度为1331MPa，伸长率达23．0％，强塑积为30613MPa％，具有优良的强韧性匹配．强韧性得到提高。

20SiMn2MoVA钢高强度螺栓裂纹成因分析

20SiMn2MoVA钢高强度螺栓磁粉探伤时,发现有多条长短不一的裂纹。采用宏观分析、力学性能试验、化学成分分析、金相检验等方法对裂纹产生的原因进行了分析。结果表明:该高强度螺栓表面存在的裂纹属于锻造折叠缺陷,锻造过程中锻压工艺和变形量不均匀引起锻造流线不畅而形成飞边,最终导致锻造折叠缺陷的产生。

20SiMn2MoVE钢氢脆形成机制和消除措施

针对20SiMn2MoVE钢原材料进厂复验力学性能塑性指标低的情况,采用电子显微镜对拉伸和冲击试样断口进行了分析。结果表明,20SiMn2MoVE钢塑性指标低是钢的第二类氢脆导致的氢致损伤缺陷,它一般只发生在应变速率较慢的拉伸试样上,而对应变速率较快的冲击试样基本没有影响。通过在210℃长时间保温脱氢处理后,消除了氢脆,钢材的延伸率和断面收缩率两个塑性指标得到了恢复。

20SiMn2MoV钢奥氏体晶粒度研究

通过研究一次正火、一次正火+淬火、二次正火、二次正火+淬火对20SiMn2MoV小试样晶粒度的影响,延伸到完全退火+一次正火、完全退火+二次正火、二次正火对20SiMn2MoV整体试样晶粒度的影响;确定采用完全退火+两次正火的处理方式,20SiMn2MoV热轧材完全可以达到7级奥氏体晶粒度。

热处理温度对20SiMn2MoVA钢组织和性能的影响

通过金相组织、冲击和拉伸试验,研究了热处理淬火和回火温度对20SiMn2MoVA钢组织与力学性能的影响。结果表明,在试验温度范围,20SiMn2MoVA钢的抗拉强度随着淬火加热温度的升高呈下降趋势,低温冲击吸收能量则随着淬火加热温度的升高呈升高趋势。920℃淬火后不同温度回火,随着回火温度的提高,材料的抗拉强度呈逐渐下降的趋势,低温冲击吸收能量呈先升高后降低的变化趋势,220℃回火后出现峰值。300℃以下回火的组织为回火马氏体+少量残余奥氏体;超过300℃回火,残余奥氏体开始发生分解,组织中有碳化物析出,400℃回火组织为回火托氏体。试验材料在920℃淬火220℃回火后,抗拉强度和低温冲击吸收能量分别为1 516 MPa和KV_235.6 J,具有较好的强韧性配合。

ZG20SiMn铸件热处理工艺

ZG20SiMn具有良好的铸造性能及焊接性能。一般用作铸造大截面壁厚重型铸件，如水压机工作缸，水轮机转轮、叶片，电站主轴、法兰及坐环等，凡是高韧易焊铸钢件均可适用。ZG20SiMn钢铸态组织为珠光体和铁素体，正火后容易出现魏氏体组织，当铸件粘砂严重时，为了便于清砂，可预先进行一次高温（1100℃）均匀化退火。

20SiMn合金结构钢精炼渣系优化

为控制20SiMn锻件用结构钢中氧含量和钢中夹杂物,首先采用热力学软件FactSage 8.1计算了1600℃下CaO-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-5%MgO系精炼渣与20SiMn钢液平衡时的等氧线,并优化了精炼渣成分。同时,计算了不同氧含量下钢中Fe-Mg-Al-O体系优势区图。其次,实验室中设计了4组精炼渣成分,并在1600℃下采用高温电阻炉进行渣-钢平衡试验,试验后采用X射线荧光光谱分析测定渣成分,采用等离子体光谱仪对钢样成分进行分析,采取红外碳硫分析仪、氧氮联合分析仪分别测定钢中碳硫和全氧含量,采用场发射扫描电子显微镜对试样中的夹杂物进行成分和形貌分析,并对钢中夹杂物数量与成分进行统计,试验研究了不同精炼渣对钢中氧含量、夹杂物组成、数量和尺寸的影响。最后,建立了动力学模型来描述“钢渣”界面上的夹杂物去除行为。试验和热力学模型结果揭示了钢中典型Al_(2)O_(3)、MgO·Al_(2)O_(3)夹杂物与钢中氧、镁和铝含量的关系,动力学模型描述了夹杂物分离率、全氧含量与整体润湿性之间的对应关系。优化渣系中SiO_(2)、CaO、Al_(2)O_(3)和MgO质量分数分别为0~24.7%、44.3%~55.1%、20.5%~48.2%和5%~8%时,可控制钢中溶解氧质量分数为0.0005%内;典型成分50.4%CaO-40.3%Al_(2)O_(3)-4.3%SiO_(2)-5%MgO渣系可将钢中总氧质量分数和夹杂物数量分别控制为0.00142%和9.9个/mm^(2),试验与模型预测结果基本一致。