调质工艺对压裂泵阀箱30CrNi2MoV钢组织和性能的影响

针对石油压裂工艺中压裂泵阀箱失效疲劳开裂现象,采用SEM、硬度实验、拉伸实验和示波冲击等实验方法,研究了不同回火温度下调质处理对阀箱材料用钢30CrNi2MoV 钢的显微组织和力学性能影响,找到较好的强韧性配合,提高阀箱材料寿命.结果表明,30CrNi2MoV 阀箱钢冲击功和裂纹扩展功等关键指标均随回火温度的升高而升高,30CrNi2MoV 钢韧性主要决定于冲击裂纹扩展功.调质组织对30CrNi2MoV钢冲击裂纹萌生功影响较小,对裂纹扩展功有着较大的影响.研究表明,30CrNi2MoV 钢经过880℃油淬,620-650℃回火后空冷,合金元素充分溶解,碳化物细小弥散分布得到均匀稳定的回火索氏体组织,其硬度达到较佳的使用范围（37．2-40．5 HRC）,且具有较好的强韧性配合,能够较好地满足压裂泵阀箱钢使用要求.

锻造对30CrNi2MoV钢在亚温淬火下组织与性能的影响

30CrNi2MoV钢是一种中碳合金钢,常用于制造高强韧性的大型锻件,广泛用于制造火电、核电等电站装备和大型冶金、矿山和运输装备中的承力和传动结构部件.为提高30CrNi2MoV钢的低温冲击韧性和室温强度,本文采用金相显微镜、扫描电子显微镜、拉伸机和硬度仪等方法对其进行组织观测、断口形貌分析和力学性能测试,研究了不同锻造方式对30CrNi2MoV钢的组织与力学性能的影响.结果表明:经过2次镦粗的30CrNi2MoV钢再经1次镦粗或1次镦粗+1次拔长两种锻造方式后能够有效细化且均匀晶粒,提高晶粒等轴性;与2次镦拔工艺的30CrNi2MoV钢相比,再经过1次镦粗或1次镦粗+1次拔长后其抗拉强度、延伸率和冲击韧性分别由1 043.6 MPa、35.65%和40.33 J提高至1 161.6和1 157.4 MPa、37.80%和36.13%、103和87 J.数据表明,30CrNi2MoV钢经过2次镦拔+1次镦粗工艺后,其组织与力学性能达到最好状态.

锻造加工对30CrNi2MoV钢在低温长时间回火下组织与性能的影响

采用拉伸试验、冲击试验、硬度测试、光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等手段研究表征了在低温回火及延长回火时间条件下,锻造方式对30CrNi2MoV钢的微观组织与性能的影响。结果表明,经2次镦拔锻造工艺、再经1次镦粗或1次镦粗+1次拔长后,30CrNi2MoV钢的拉伸强度分别从1 070.1 MPa提升到1 215.4 MPa和1 189.8 MPa,冲击韧性显著提高,分别从39.67 J提高到85.33 J和84.67 J,其硬度也有一定程度的增强,从375HB分别增加到417.83HB和393.87HB。锻件的强度提高来源于材料内部晶粒的细化和均匀性,对材料进行后续锻造,其强化效果要明显高于只经过2次镦拔锻造工艺的效果。

30CrNi2MoV钢的魏氏组织研究

研究了正火和锻造对30CrNi2MoV钢魏氏组织的影响,并研究了30CrNi2MoV钢在不同组织状态下的力学性能变化规律。结果表明:魏氏组织对30CrNi2MoV钢的强度影响较小,但是大幅降低其塑性和韧性,同时使其脆性转折温度显著升高;相对于正火处理,采用锻造+锻后热处理的方法能更有效地消除30CrNi2MoV钢的魏氏组织遗传及晶界遗传现象。

淬回火工艺对30CrNi2MoV钢组织与力学性能的影响

对30CrNi2MoV钢进行了不同温度的淬回火试验,通过OM、SEM、TEM、拉伸试验、冲击试验等研究了不同淬火温度、回火温度对30CrNi2MoV钢显微组织与力学性能的影响。结果表明:随着淬火温度的升高,30CrNi2MoV钢中粗大的碳化物数量逐渐减少,晶粒尺寸有所增加,880℃淬火的30CrNi2MoV钢中碳化物基本溶解入基体,晶粒未明显长大,强度和韧性也达到最高,30CrNi2MoV钢的最佳淬火温度为880℃。对880℃淬火的30CrNi2MoV钢进行不同温度的回火处理,随着回火温度的升高,30CrNi2MoV钢中碳化物数量不断增多,尺寸有所增大。560℃回火的30CrNi2MoV钢出现了二次硬化现象。随着回火温度的升高,30CrNi2MoV钢的抗拉强度先小幅升高后逐渐下降,伸长率基本无明显变化,冲击吸收能量逐渐升高。640℃回火的30CrNi2MoV钢的抗拉强度为1204 MPa,冲击吸收能量为118 J,伸长率为16.8%,强度、塑性、韧性具有较佳的匹配,30CrNi2MoV钢的最佳回火温度为640℃。

30CrNi2MoV钢的腐蚀疲劳裂纹萌生与扩展行为研究

通过不同循环应力和不同浓度的盐酸腐蚀液的疲劳腐蚀实验,对30CrNi2MoV钢腐蚀疲劳裂纹萌生与扩展行为进行研究。结果表明:30CrNi2MoV钢试样腐蚀疲劳裂纹起源于试样表面的点蚀坑。在循环应力作用下,点蚀坑由于应力集中,萌生裂纹,在应力和盐酸的共同作用下,裂纹不断加深、增多,直至发生断裂。随着循环应力的增大,30CrNi2MoV钢的疲劳寿命明显下降。随着盐酸浓度的增加,试样的疲劳寿命有小幅下降。循环应力对30CrNi2MoV钢腐蚀疲劳裂纹的产生起主要作用,盐酸腐蚀液起辅助作用。

压裂泵阀箱用30CrNi2MoV钢回火工艺研究

采用OM观察、拉伸试验、冲击试验等方法,研究了不同温度回火对30CrNi2MoV钢显微组织及性能的影响规律。结果表明:540℃回火处理后,30CrNi2MoV钢试样组织为铁素体和片状渗碳体,630℃回火时组织为铁素体与颗粒状碳化物的混合组织。在540~630℃范围内,随着回火温度的升高,铁素体基体重新结晶,片状渗碳体逐渐发生粗化、扩散,最后呈颗粒状,均匀分布在基体中,30CrNi2MoV钢试样的抗拉强度和屈服强度逐渐降低,伸长率逐渐升高,冲击吸收能量先降低后升高。630℃回火后,30CrNi2MoV钢屈服强度满足压裂泵阀箱材料≥680 MPa的技术要求,且韧性最高,达到183 J/cm^2,可以更好地抵抗冲击应力,提高产品使用寿命。

淬火温度对30CrNi2MoV钢力学和耐蚀性能的影响

为了探索调质处理中淬火温度对新型压裂泵阀箱材料用钢30CrNi2MoV力学性能和耐蚀性能的影响,研究了3种热处理工艺:(1)相变点以下780℃淬火+620℃回火;(2)相变点附近830℃淬火+620℃回火;(3)相变点以上880℃淬火+620℃回火。并将3种工艺处理后的锻件与原始锻件性能进行对比。研究结果表明:原始锻件力学性能和耐腐蚀性能最差,经过热处理后其综合性能都得到较大幅度的提升;随淬火温度的增加,试样的强度和硬度随淬火温度的增加而增加,塑性降低;热处理后试样拉伸断裂属于韧性断裂;冲击性能在830℃淬火+620℃回火时达到最大,淬火温度为830℃时材料耐腐蚀性能最好。综合考虑力学性能和耐蚀性能,建议压裂泵阀箱用钢30CrNi2MoV在830℃左右进行淬火。

Simufact Forming在模拟30CrNi2MoV钢锭加热及锻造过程的应用

运用Gleeble 3800热模拟机对30CrNi2MoV钢进行高温拉伸热模拟,结果显示,在锻造温度≥800℃时,断面收缩率≥93.8%,应力-应变曲线表现为塑性变形;锻造温度在800℃以下为脆性变形。运用Simufact Forming模拟9 t大钢锭的加热过程、锻造成形过程,通过将加热模型与锻造模型数据有机结合起来,精准控制终锻温度在800℃以上,确保终锻变形处于塑性变形区,降低了锻材形变过程的裂纹敏感性,有效地防止了锻造过程产生深裂纹,从而改善了钢材表面质量。并将模拟结果与实践生产进行对比验证,结果表明,实际终锻温度与模拟温度相差不超过10℃,表明模拟模型可以接受。此外,将9 t大钢锭的加热时间优化为21 h,避免了加热时间过长造成的能源浪费以及材料组织晶粒粗大影响力学性能。

淬火态30CrNi2MoVA高强度钢高速铣削参数优化研究

运用三因素三水平的正交试验方案对淬火态30CrNi2MoVA高强度钢进行高速精密铣削实验,获得了铣削参数对于铣削力的影响规律以及高速切削机理;根据各铣削力实验结果建立指数型回归模型,并对其进行显著性分析;对铣削合力线性模型进行方差分析得到铣削参数对于铣削合力变化的显著性分析结果,显著性大小依次为轴向切削深度、每齿进给量、切削速度;应用田口法与极差分析法相结合,以铣削合力进行单目标的参数优化,获得了大致相同的最优铣削参数组合;通过计算证明了田口预测方法预测值与实验值的一致性。

激光熔化沉积30CrNi2MoVA温度场数值模拟研究

30CrNi2MoVA钢被广泛用于军工炮管制备,由于工作环境恶劣,其零件表面易出现磨损、裂纹等损伤,常采用激光熔化沉积技术(laser melting deposition,LMD)完成表面修复工作。LMD过程中的热行为决定了材料组织演变从而影响零件的表面质量及力学性能。基于ABAQUS搭建LMD过程30CrNi2MoVA钢的温度场有限元模型。研究LMD过程中温度场的分布以及加工工艺参数对温度场的影响,分析了薄壁件沉积过程中的热历史及传热特征,并设计了相关实验验证模型的适用性。结果表明:LMD温度场沿扫描方向呈对称分布,激光功率每增大100 W,熔池最高温度增加约40℃,扫描速度则相反。随着沉积层数上升,热积累效应增大,熔池峰值温度升高,冷却速度降低。

锻造加工对30CrNi2MoV钢在空冷回火下的组织与性能的影响

采用拉伸实验、冲击实验、金相腐蚀实验、硬度测试等实验研究了在回火空冷条件下,锻造方式对30CrNi2MoV钢的组织与性能的影响.结果表明,经过2次镦拔锻造工艺,再经过1次镦粗或1次镦粗＋1次拔长后,30CrNi2MoV钢的拉伸强度分别从1173.007 MPa提升到1215.5和1260.3 MPa;冲击韧性显著提高,分别从26.67 J提高到87.67和56 J;其硬度一定程度上有所增强,从393 HB分别增加到405.13和377.9 HB.锻件的强度提高来源于材料内部晶粒的细化和均匀性,并且研究发现,后续的锻造工艺对材料的强化效果要明显高于只经过2次镦拔锻造工艺的效果.

不同冷却速度下25CrNi2MoV轴承钢的组织与性能

采用Gleeble-3500热模拟试验机、OM、硬度测试、磨损试验等手段,研究了不同冷却速度对25CrNi2MoV轴承钢组织与性能的影响。结果表明:冷却速度在0.2~3.0℃/s范围内,25CrNi2MoV钢组织主要为贝氏体+铁素体,随着冷却速度的升高,25CrNi2MoV钢中铁素体含量逐渐减少,晶粒逐渐细化,其硬度值均在250 HV以下,耐磨性较差。当冷却速度为10℃/s时,25CrNi2MoV钢组织为马氏体和少量贝氏体的混合组织。冷却速度达到30℃/s时,组织中开始生成残余奥氏体。当冷却速度在10~60℃/s范围内,25CrNi2MoV钢的硬度值均在430 HV以上,耐磨性较好。

30CrNi2MoVA钢的热处理工艺探讨

30CrNi2MoVA钢热处理后具有高的屈服强度和冲击韧度,且淬透性较好,淬火时变形小;切削加工性能好,具有较高的综合力学性能,主要用于承受较大冲击载荷和振动的重要结构件。为此,通过一定的工艺试验对这种钢的热处理性能进行进一步的探索,从而确定特定性能下的热处理工艺规范。

30CrNi2MoV钢的组织遗传与晶粒细化

研究了淬火、低温预处理、正火等工艺对30CrNi2MoV钢组织与性能的影响。结果表明:30CrNi2MoV钢有很强烈的组织遗传性和晶界遗传性;低温预处理和正火都可以消除其组织遗传性和晶界遗传性、细化其奥氏体晶粒。30CrNi2MoV钢晶粒细化的最佳工艺为645℃回火+765℃退火+920℃正火。同时,利用研究结果制定出的晶粒细化方案为30CrNi2MoV钢的实际生产提供了依据。

高强度30Cr2Ni4MoV钢低压转子锻件断裂韧性研究

断裂韧性是汽轮机转子设计、制造和安全性运行评估的关键材料数据之一。测试研究结果显示,汽轮机低压转子锻件用830 MPa强度等级30Cr2Ni4MoV钢在室温下的断裂韧性为264 MPa·√m。通过与其他强度等级的30Cr2Ni4MoV钢的断裂韧性数据进行对比分析,可见随着强度等级提高,30Cr2Ni4MoV钢的室温断裂韧性略有下降,但830 MPa强度等级钢的室温断裂韧性与常用的760 MPa等级基本处于同一水平,仍保持在较高值上。研究成果可为高强度30Cr2Ni4MoV钢低压转子锻件的设计制造提供参考。

步冷试验对核电低压转子30Cr2Ni4MoV钢组织及力学性能的影响

为了解决30Cr2Ni4MoV低压转子钢的长期时效脆化问题,采用化学成分和显微组织分析以及室温拉伸、硬度、冲击、韧脆转变温度测试等方法,研究了步冷试验对核电汽轮机30Cr2Ni4MoV低压转子钢组织及力学性能的影响。结果表明:步冷试验过程中,低压转子钢的晶粒长大,碳化物聚集粗化,导致其拉伸强度和硬度降低,室温冲击吸收能量降低,韧脆转变温度升高,但步冷试验后力学性能的下降并不明显,据此判断所研究的30Cr2Ni4MoV低压转子钢对时效脆化不敏感。

低压转子钢30Cr2Ni4MoV动态再结晶行为研究

通过高温热力学模拟实验,研究了大型核电低压转子用钢——30Cr2Ni4MoV钢在850～1200℃、应变速率为0.01～1.00s-1变形条件下的高温变形行为,得到了该种钢在大型锻造件生产条件下的流动应力曲线。研究了发生动态再结晶的临界条件和显微组织,建立了30Cr2Ni4MoV钢的动态再结晶模型,初步确定了该种钢满足动态再结晶细化晶粒要求的合理锻造工艺区间。

30Cr2Ni4MOV钢多道次变形条件下的动态再结晶行为

汽轮机低压转子是大型核电机组的关键零部件,其主要用钢为30Cr2Ni4 MoV钢。文章通过高温热力学模拟实验,研究30Cr2Ni4 MoV钢在应变速率0.01s-1,温度1200℃～1150℃、1100℃～1050℃、1000℃～950℃双道次变形条件下的高温变形行为,得到30Cr2Ni4 MoV钢在大型锻造件生产中多道次变形条件下的流动应力曲线,以及动态再结晶的发生条件和组织控制规律。

AP1000汽轮机低压转子30Cr2Ni4MoV钢的组织及力学性能

采用化学成分和显微组织分析、室温和高温拉伸、硬度、冲击以及韧脆转变温度测试等方法,研究了30Cr2Ni4MoV钢低压转子不同位置的组织和力学性能.结果表明:低压转子不同位置的成分偏析较小,晶粒尺寸变化不大,拉伸强度和硬度比较均匀,但室温冲击性能、上平台能量和韧脆转变温度有所差别;与芯部相比,低压转子表面的室温冲击吸收能量和上平台能量高,韧脆转变温度低.