回火温度对Cr5钢组织和性能的影响

通过扫描电镜和透射电镜观察了Cr5钢最终热处理后的碳化物形态分布、显微组织、断口形貌,在拉伸试验机、冲击试验机和洛式硬度计上对其力学性能进行测试。结果表明:最终热处理后组织中碳化物主要以M7C3为主,且尺寸相对细小,抗拉强度和硬度值随回火温度的升高而降低,伸长率有所提高;断口形貌由小准解理刻面逐渐向韧窝转变;回火温度为520℃时,抗拉强度、冲击功和硬度值分别为1490.24 MPa、211.8 J和51.7 HRC,与最终热处理前相比,性能得到明显改善(最终热处理前材料的抗拉强度、冲击功、硬度分别为1420 MPa、146 J、49 HRC)。

冷轧工作辊用Cr5钢奥氏体化时碳化物的溶解及晶粒长大行为

采用扫描电镜、光学显微镜和X射线衍射仪等研究了冷轧工作辊用Cr5钢在900～1 050℃加热时M_7C_3型碳化物的溶解及晶粒长大规律。结果表明:随着温度的升高和保温时间的延长,M_7C_3碳化物溶解量逐渐增加,同时晶粒逐渐长大;在温度低于1 000℃时,晶粒生长缓慢,碳化物溶解较少,在温度接近1 050℃时晶粒长大明显,碳化物基本完全溶解;在保温开始阶段,M_7C_3型碳化物溶解速率较快,且溶解速率随着温度的升高而加快,随着保温时间的延长,溶解速率逐渐减慢。

Cr5钢支承辊水-空交替淬火过程数值模拟与实验

利用数值模拟技术对Cr5钢支承辊的水-空交替淬火过程进行了研究。通过实验测得了Cr5钢支承辊的材料性能参数,利用DEFORM软件分析了空冷时间、水冷时间等影响因子对Cr5钢支承辊在水-空交替淬火过程中温度场、组织场以及应力场的影响,获得了满足支承辊使用需求的水-空交替淬火工艺,并与连续喷雾淬火工艺进行了物理模拟实验对比。结果表明:与连续喷雾淬火+回火工艺处理相比,Cr5钢试样经水-空交替淬火+回火工艺处理后的硬度降低了约2.54%,但伸长率以及冲击韧性分别提高了约6.34%和16.67%。水-空交替淬火工艺既保证了Cr5支承辊的硬度和强度等性能指标,又提高了其淬火后组织中的残留奥氏体含量,从而可使其塑性和韧性得到一定程度的提升。

Cr5钢过冷奥氏体转变研究

通过膨胀法测试了Cr5钢过冷奥氏体连续及等温转变曲线,根据测得的CCT和TTT曲线对显微组织与硬度进行了研究,为Cr5钢的热处理与应用提供依据。

基于田口方法的大型Cr5钢支承辊喷雾淬火工艺优化

为了提高大型Cr5锻钢支承辊的综合力学性能,论文基于数值模拟技术,并采用田口方法,以某大型Cr5锻钢支承辊喷雾淬火后辊身表面与中心温差、淬硬层深度以及轴向残余拉应力为性能指标,以淬火温度、淬火方式、冷却时间和介质温度为控制因子,以工件的转移时间、环境温度和淬火温度测量误差为噪声因子,对该大型Cr5锻钢支承辊的喷雾淬火工艺进行了优化。通过方差分析得到了影响各性能指标的显著因素,并经综合分析给出了其最佳喷雾淬火工艺。结果表明,优化后的喷雾淬火工艺能有效降低支承辊辊身中截面的温度梯度,提高支承辊的淬硬层深度,并显著降低支承辊的淬火残余拉应力。

轧辊用Cr5钢静态再结晶行为及元胞自动机模拟

采用双道次热压缩试验研究Cr5钢在道次间隔时间内的静态再结晶行为,结合静态再结晶物理机制与元胞自动机（CA）法,建立Cr5钢静态再结晶CA模型。基于Eclipse开放式平台,采用Java语言编写CA程序实现了对该钢材静态再结晶行为及微观组织演变的模拟,并与热压缩试验得到的微观组织进行对比。结果表明：随着间隔保温时间的增加,静态再结晶体积分数经历了缓慢增加-急速增加-稳定不变3个阶段,平均晶粒尺寸先快速减小,然后减小幅度减慢,当再结晶体积分数接近100%时,其平均晶粒尺寸又会有小幅度的增加;模拟得到的平均晶粒尺寸与试验得到晶粒尺寸值吻合度较高;同时为了进一步验证所建模型的准确性,对不同应变速率下的静态再结晶动力学进行研究,并与描述再结晶动力学的经典理论（JMAK理论）做了对比,其静态再结晶分数和时间关系曲线呈＂S＂型,Avrami曲线斜率n在2～3之间,与JMAK理论符合较好。

Cr5钢的冷处理与其残余奥氏体含量

采用SLX-80型冷处理系统对淬火Cr5钢进行了不同温度的冷处理,采用综合物理测试系统的振动样品磁强计选件测试其磁性,并计算出不同状态Cr5钢中残余奥氏体含量,测试了不同状态钢的硬度。结果表明:Cr5钢在940℃淬火态、-60℃和-100℃冷处理态的残余奥氏体体积分数分别为14.1%,12.1%和10.5%,随冷处理温度的降低,钢中残余奥氏体含量明显减少;淬火态钢硬度在940℃淬火时最高,达到65.1HRC,淬火后经-100℃冷处理后可使钢的硬度提高至66.1HRC。

Cr5钢锭去氢退火过程的数学模拟

对氢在Cr5钢锭退火过程中的扩散建立了数学模型,以matlab软件对该模型进行求解,模型估计与实测值较相吻。该模型可用于指导和优化去氢退火工艺,对减少白点报废率具有一定的意义。

Cr5钢工作层的真空熔铸物理模拟

为了建立大型Cr5钢制品表面工作层的实验室研发平台,尝试采用真空电弧炉熔铸制备纽扣锭试样,对Cr5钢实际制造过程进行物理模拟,初步观察了锻造和热处理过程的组织变化,同时进行了力学性能的测试。在成分相近的条件下,真空熔铸的纽扣锭试样和电渣重熔铸锭试样在多道热加工过程中达到了组织相似和性能相似,并且伴随着工序的向前推进,两者的相似程度呈上升趋势。本物理模拟方法可用于Cr5钢大件制品表面工作层组织性能变化规律的追踪、分析,以及材质改良、优化、新材质的探索,降低研发成本,奠定Cr5系列大型钢制品表面工作层的研发基础。

Cr5钢等温贝氏体相变的研究

采用热膨胀仪测试了Cr5钢加热、冷却和贝氏体等温过程中的热膨胀曲线,研究了Cr5钢在不同温度和时间保温后的贝氏体/马氏体。结果表明,Cr5钢奥氏体化后在380、350、320℃保温,在350℃保温时贝氏体转变的孕育期最短,在320℃保温时贝氏体片最细。在350℃分别保温10、30、60、360min,随保温时间延长,组织中下贝氏体含量逐渐增加,马氏体量逐渐下降。贝氏体片条对奥氏体晶粒的分割产生细晶强化。贝氏体内部大量弥散析出的细小碳化物以及高硬度的马氏体基体,使贝氏体/马氏体复合组织有望获得较佳的强度和韧性。

奥氏体化温度和时间对Cr5钢组织和性能的影响

运用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、金相软件和洛式硬度计,对Cr5钢组织进行了观察、物相(淬火前后)分析、碳化物含量的计算和硬度测试。研究结果表明:Cr5钢中碳化物相主要是Cr7C3、Cr23C6和Cr3C2相,其形貌特征有球状、椭球状和棒状,并且无规律地分布于基体上;淬火后碳化物部分溶入基体,未溶碳化物以细小颗粒状分布于马氏体上;碳化物的溶解量随温度的升高和保温时间的延长而增加,970℃时,碳化物大部分溶解;保温开始阶段,碳化物溶解速率较快,随时间的延长溶解速率减慢,超过60 min时,溶解速率趋于零;Cr5钢硬度随加热温度的升高和保温时间的延长先增加后降低,970℃加热保温60 min硬度达到峰值,为55.4HRC。

Cr5钢支承辊激光熔凝强化

采用光纤激光对Cr5钢支承辊表面进行激光熔凝强化处理,通过组织、显微硬度和耐磨性能分析,研究激光功率和扫描速度对单道熔凝层,以及激光功率和扫描间距对多道熔凝层的影响规律。结果表明,激光熔凝处理显著改善了Cr5钢支承辊的表面性能,单道熔凝层显微硬度可达800HV;多道熔凝的后道激光处理对前道熔凝层存在回火作用,但熔凝层仍具有良好的热稳定性,熔凝层平均硬度约为600~700HV,熔凝试样的磨损量比未经处理的基体减小约10倍,熔凝层耐磨性能明显提升。在本实验条件下,激光功率1.4 kW、扫描速度0.48 m/min、扫描间距2.2 mm时,可较好地兼顾生产效率及Cr5钢激光熔凝层的耐磨性能。

Cr5钢的热加工性能分析

使用Gleeble-1500D热模拟试验机进行了Cr5钢在变形温度为800~1250℃,应变速率为0.001~1 s^(-1)条件下的热拉伸试验和单道次热压缩试验,并用S-4800扫描电镜和电子显微镜分别对热拉伸断口的形貌和组织进行了观测。基于热拉伸试验研究了Cr5钢的断裂规律和热塑性。结果表明,在900~1250℃、0.001~1 s^(-1)的变形条件下Cr5钢均具有良好的热塑性,在研究的参数范围内,热塑性随变形温度和应变速率的升高而增强。基于热压缩试验分析研究了不同参数下的微观组织和热加工图。结果表明,温度越高,应变速率越低,材料的动态再结晶程度越高,且材料在低温、高应变速率下变形会出现失稳。Cr5钢的最佳热加工参数为1050~1200℃、0.1~0.01 s^(-1)。

5Cr油套管钢在含Cl^(-)的CO_(2)环境中的腐蚀特性研究

目的掌握油气井生产中CO_(2)腐蚀对油套管的影响规律,研究兼顾耐蚀性和经济性的5Cr油套管材料在含Cl^(-)的CO_(2)环境中不同时间下的腐蚀演变规律。方法采用XRD、XPS、SEM和EDS等技术分析5Cr油套管钢在不同时间下腐蚀产物膜的演变情况,利用丝束电极(WBE)和阻抗测试(EIS)技术对其腐蚀电化学行为进行研究。结果5Cr油套管钢腐蚀后期的平均腐蚀速率约为初期的1/2,在腐蚀14 d后,腐蚀产物膜中的Cr富集大于30%,Cr、Fe质量比达到较高水平,约为基体的15倍。随着腐蚀的进行,电荷传递电阻和产物膜覆盖引起的电阻增大,电化学反应阻力增大。在腐蚀前期具有局部不均匀性,随着腐蚀的进行,电极腐蚀电位有负移现象,最终分布区间为−0.59~−0.61 V,电极表面阳极电流区域大幅减少。结论在腐蚀时间延长的条件下,5Cr油套管钢腐蚀产物膜的致密性增加,电荷传递电阻呈变大趋势。在产物膜下的5Cr油套管钢区域,电流发生由阴极向阳极极性转变的现象,产物膜存在的孔隙使5Cr油套管钢基体金属被腐蚀,从而导致阳极电流的出现。表面局部腐蚀电位阳极区的形成和扩展使其有产生点蚀的倾向,但腐蚀产物逐渐沉积在点蚀坑内壁,形成了Cr富集的保护性表面层,原发生点蚀区域由原阳极活性点位转变为阴极区,对其发展起到了抑制作用。

新型冷作模具钢9Cr5Mo2V不同热处理下的性能研究

以新型冷作模具钢9Cr5Mo2V为研究对象,通过淬回火温度对硬度的影响规律,选出5种不同的热处理工艺,对比不同工艺下模具钢的横、纵向冲击韧性、抗弯强度和耐磨性能,并与7Cr5Mo2V钢进行对照。结果表明,9Cr5Mo2V钢在1030℃淬火、520℃回火热处理下具有极佳的硬度(63.6 HRC)和耐磨性能(260.16 min/mm3);970℃淬火、520℃回火热处理后,其纵向平均冲击功最高,达62.83 J;经970℃淬火、210℃回火热处理后,9Cr5Mo2V钢具有优良的抗弯性能,纵向抗弯强度为3621.9 MPa。9Cr5Mo2V钢的纵向冲击功和抗弯强度均高于横向的纵向冲击功和抗弯强度。

回火温度对15Cr5MoVRE油井管钢组织及第二相析出行为影响

研究了回火温度对15Cr5MoVRE油井管钢组织和第二相析出行为规律的影响。利用箱式热处理炉对试验钢进行了热处理,采用光学显微镜和透射电镜对回火后的组织及第二相进行了观察分析,采用硬度计与拉力试验机对试验钢回火后的力学性能进行了测试。结果表明,15Cr5MoVRE油井管钢,经900℃保温50 min水淬,670~710℃回火保温90 min,组织为回火屈氏体和回火索氏体,析出的第二相碳化物类型均为M_(7)C_(3)型和M_(23)C_(6)型。随着回火温度的升高,第二相碳化物颗粒数量明显增多,尺寸逐渐增大,且在710℃回火时发生团聚。回火温度为690℃时,铁素体基体上有大量细小的第二相碳化物均匀析出,力学性能最优,试验钢的最佳回火温度应为690℃。

Ce对10Cr5MoV钢α-Fe晶粒尺寸及奥氏体长大行为的影响

采用背散射电子衍射技术对不含稀土和含稀土Ce的两种试验钢的α-Fe晶粒尺寸进行测量分析。结果表明,稀土Ce的加入使得α-Fe晶粒细化,形成的弥散细小的稀土夹杂成为异质形核核心,提高了回火过程再结晶形核率;固溶稀土的拖曳与钉扎作用延迟了再结晶的开始和结束时间,增加了再结晶转变的驱动力,降低了再结晶发生温度。采用不同的奥氏体化工艺对两种试验钢进行奥氏体化处理,研究Ce对奥氏体长大行为的影响。发现在880~1180℃加热、保温30~90 min奥氏体化条件下,试验钢的奥氏体长大指数n及晶粒长大速率常数K减小,奥氏体长大激活能Q与晶粒长大扩散频率因子M0增大,Ce的加入对奥氏体长大行为有抑制作用。

回火温度对5Cr5MoSiV1钢显微组织和性能的影响

对球化退火态5Cr5MoSiV1钢进行1050℃×1 h的淬火以及不同温度(515,530,560,590,620℃)保温1 h的回火处理,研究了回火温度对该钢显微组织、硬度、冲击韧性和耐磨性能的影响。结果表明:不同温度回火后5Cr5MoSiV1钢的组织均为回火索氏体和少量碳化物,随着回火温度升高,碳化物增多并发生聚集长大,当回火温度超过560℃时,基体回复和再结晶加剧,马氏体板条状特征逐渐模糊;随着回火温度的升高,5Cr5MoSiV1钢的硬度降低,冲击吸收能量先基本不变后升高,磨损质量损失呈先波动下降后升高的趋势。5Cr5MoSiV1钢合适的回火温度为590℃,此时该钢兼具良好的冲击韧性和耐磨性能,硬度为51.1 HRC,冲击吸收能量为25.7 J,磨损质量损失为3.864 g。

4Cr5Mo2V钢与4Cr5MoSiV1钢组织和性能的对比

采用金相检验、冲击试验、扫描电镜及能谱分析等方法对4Cr5Mo2V钢和4Cr5MoSiV1钢的组织、性能进行对比分析,并用软件模拟计算相图。结果表明:4Cr5Mo2V钢较4Cr5MoSiV1钢的V元素含量降低、Mo元素含量升高,改变了钢中MC相的稳定性;4Cr5Mo2V钢中高熔点MC相液析碳化物的溶解温度和含量较4Cr5MoSiV1钢降低,使4Cr5Mo2V钢的冲击韧性增大。

机加工刀具用W6Mo5Cr4V2钢开裂原因分析

通过宏观检验、化学成分分析、硬度测试、金相检验和SEM形貌分析等方法对机加工刀具用W6Mo5Cr4V2钢开裂原因进行了分析。结果表明,失效机加工刀具组织存在断续网状与堆集的多角状碳化物以及后续热处理工艺不当导致的刀具出现未淬透现象是造成刀具开裂的主要原因。刀具淬硬区与未淬硬区之间的过渡区域及芯部网状与堆集的多角状碳化物集中处会产生较大应力集中点,在刀具进行磨削加工工艺或操作不当时,表层拉应力超过材料强度极限,并在内部淬火应力作用下,在应力点产生裂纹并扩展,最终导致刀具崩裂。