厚规格NM500耐磨钢板切割延迟裂纹的产生机理

针对50 mm厚规格的NM500耐磨钢板经火焰切割后存在的延迟裂纹现象,从裂纹形貌、夹杂物和组织特征、硬度分布以及产生机理等方面进行了研究.火焰切割后的宏观形貌表明:在NM500钢板的厚度中心区域存在明显的横向和纵向裂纹,火焰切割是产生横裂纹的主要原因,而纵裂纹主要是由横裂纹诱导产生的.采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、透射电镜(TEM)和维氏硬度等技术,研究了厚规格NM500耐磨钢经火焰切割后出现延迟裂纹的机理.结果表明,裂纹扩展的驱动力主要为组织应力,体现在:1)连铸坯中存在的大尺寸硬质TiN夹杂经轧制后破碎形成尖角和孔洞,易聚H而产生较大的应力集中;2)火焰切割使马氏体析出大量碳化物,降低了热影响区的硬度,无法保证高强度的约束,从而在组织应力的作用下,促使横裂纹在TiN夹杂处萌生.

NM500耐磨钢切割裂纹分析及控制策略

NM500耐磨钢在采用火焰切割后在头尾位置常出现横纵向裂纹,成为行业内质量控制的难题。文章以NM500耐磨钢生产、切割实践作为探究与分析基础,借助显微镜、扫描电镜等设备开展切割后裂纹情况的全面分析,总结裂纹产生规律与原因,提出针对性的控制策略,以优化生产工艺,提高产品质量。

再加热工艺对NM500耐磨钢组织性能的影响

实验室对Nb—Mo、V不同成分体系的NM500超高强度耐磨铜板轧后进行在线淬火，经过不同温度再加热淬火，观察和分析钢板的显微组织，分析不同微合金元素的成分体系对NM500组织性能的影响，得到的NM500实验钢板综合性能理想。

热处理工艺对NM500耐磨钢组织和性能的影响

试验室对Nb-Mo、V不同成分体系的NM500超高强度耐磨钢板轧后进行在线淬火,经过不同温度再加热淬火,观察和分析钢板的显微组织,分析不同微合金元素的成分体系对NM500钢组织性能的影响,得到的NM500试验钢板综合性能理想。

回火温度对NM500耐磨钢组织和性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和材料表面综合性能测试仪等研究了回火温度对NM500低合金高强度耐磨钢的显微组织、力学性能和耐磨性能的影响。结果表明,NM500钢经淬火+回火处理后得到典型的回火马氏体组织,回火温度的升高使得固溶在马氏体板条中的过饱和碳原子逐渐析出,而碳化物聚集长大导致钢的硬度和低温冲击性能明显下降。NM500钢在200℃回火后的硬度和-20℃低温冲击吸收能量分别为513 HBW和44.40 J,耐磨性能最佳。低温回火(200、250℃)时少量细小弥散的过饱和碳原子析出改善了钢的耐磨性,300℃及以上回火时聚集粗化的短棒状渗碳体会降低基体的硬度,导致钢的耐磨性不断降低,磨损机制由磨粒磨损向粘着磨损转变。

NM500耐磨钢的奥氏体转变

研究了500 HBW级别耐磨钢板的相变规律、微观组织和力学性能。结果表明,给定钢的化学成分,淬火冷却速度的变化会强烈影响奥氏体淬火后的组织结构和力学性能。研究的钢种冷速从3℃/s变化到55℃/s,钢的维氏硬度从341 HV10提高到596 HV10,对应抗拉强度变化范围979~1690 MPa,强度和硬度随冷速增加而提高。分析主要原因是室温组织结构从低冷速下的铁素体珠光体逐渐变成了较高冷速下的贝氏体或马氏体。

NM500耐磨钢拉伸过程中TiN的破碎机制

采用SEM、EDS、TEM和EBSD技术结合热力学理论计算研究了NM500耐磨钢中微米级TiN的析出规律、破碎机制,以及基体对破碎机制的影响。结果表明,NM500钢拉伸断裂机制为混合模式,断口面微米级TiN存在2种破碎形貌:TiN处于断口表面,自身处于撕裂脊上;TiN处于深韧窝底部。钢中Ti元素在高温液态析出,形成大量微米级TiN颗粒,在受拉应力作用时出现3种破碎机制:TiN内单条裂纹萌生并扩展至基体,TiN内单条裂纹萌生但在基体处止裂,TiN内萌生多条裂纹并在基体处止裂。NM500耐磨钢中存在高应变区与微米级TiN,且原奥氏体晶粒粗大,TiN上产生裂纹后,基体止裂能力较差,从而使裂纹极易在基体上延伸。当存在多个TiN团簇时,裂纹连成一片形成薄弱带,从而使钢的塑性变差。

深冷处理对NM500耐磨钢性能与磨损行为的影响

以一种自行设计的NM500级别耐磨钢为研究对象,利用冲击磨损试验,分析了深冷处理对其组织性能和磨损行为的影响。结果表明,NM500耐磨钢经深冷处理后,抗拉强度、硬度和冲击韧性均有提高,在淬火+深冷+回火处理后,最佳的综合力学性能可达抗拉强度1910 MPa、硬度523HB、冲击韧性24.3 J/cm^(2),此时试验钢组织主要为马氏体,有Nb和Ti的碳化物析出。深冷处理通过残余奥氏体向马氏体转变,减少了不稳定相的含量,提升了试验钢的力学性能,从而使淬火+深冷+回火处理后的试验钢具有更高的耐磨性,此时的磨损机制以磨粒磨损为主,磨损形貌主要为犁沟、犁皱。而未经深冷处理的淬火+回火处理试验钢磨损机制以黏着磨损为主,磨损形貌主要为剥落坑和切削。

夹杂物属性对NM500耐磨钢腐蚀性能的影响

采用电化学方法测试了具有不同属性夹杂物的NM500钢的局部耐腐蚀稳定性,并采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪等设备,对腐蚀前后试样的夹杂物形状、成分组成、腐蚀形貌进行分析,进而阐述夹杂物属性对耐腐蚀性能的影响。结果表明:在模拟海水腐蚀的Cl-水介质中,不同属性的夹杂物呈现不同腐蚀活性,曲率半径越小,且成分组成中含有活泼金属元素Al的氧化物夹杂电极电位越低,夹杂物活性越大,越易成为腐蚀源使基体金属元素快速溶解,导致严重腐蚀。可以通过控制夹杂物属性提高NM500耐腐蚀性能。

耐磨钢NM500焊接冷裂纹敏感性研究

通过开展焊接热影响区最高硬度试验和斜Y型坡口焊接裂纹试验,对高强度耐磨钢NM500的焊接冷裂敏感性进行研究。试验采用JM-100C焊丝和80%Ar+20%CO_(2)混合气体保护焊接,对不同预热温度条件下焊接热影响区硬度和裂纹进行检测分析。试验结果表明:在不预热及预热温度分别为150℃、175℃、200℃条件下,热影响区最高硬度均高于350HV,可见耐磨钢NM500焊接冷裂纹倾向较大;当预热温度设定为175℃时,试样表面和断面均无裂纹,建议在实际焊接过程中的预热温度不低于175℃。

不同板厚下NM500钢板辊式淬火过程的有限元模拟分析

采用有限元软件模拟了不同板厚下,NM500高强薄钢板辊式淬火过程钢板温度、应力及变形变化规律。结果表明,随着板厚的增加,钢板厚度方向温差增大,冷却速度明显下降。钢板长度及宽度方向变形量随板厚的增加明显减小,钢板沿板宽的等效应力也随板厚的增加变得均匀。对5mm厚钢板进行分析,钢板板宽方向在开始阶段为两边上翘变形,随后变形反向。

厚规格NM500钢板切割延迟裂纹分析及改进措施

针对厚规格的NM500耐磨钢板火焰切割后的延迟裂纹问题,对裂纹金相组织进行了研究,分析了延迟裂纹产生的原因,主要是钢板心部中心偏析比较严重,存在氮化物夹杂,而且在切割时温度低,应力大综合因素导致钢板出现切割延迟裂纹。通过提高钢水纯净度,降低铸坯偏析,同时控制钢板切割温度(≥120℃)和堆冷温度(≥80℃),能有效解决钢板切割延迟裂纹问题。

焊接电流对专用车厢体耐磨钢NM500钢板焊接接头组织性能的影响

针对专用车厢体耐磨钢NM500钢板焊接热影响区具有较高的淬硬性,焊接过程中易产生冷裂纹以及韧性下降等缺陷,当使用不同的焊接工艺时,其焊接接头性能相差较大的问题,对比分析了240、280、320 A 3种焊接电流对专用车厢体耐磨钢NM500钢板焊接接头力学性能和微观组织的影响规律。结果表明,随着焊接电流的增加,焊接软化区明显增大,焊接电流为240、280 A时,软化区宽度为6.75、7.60 mm;焊接电流为320 A时,软化区宽度陡增至19.4 mm。强度最低位置为焊缝,随着焊接电流增大,焊接接头-20℃低温韧性值逐渐下降。维氏硬度数值由焊缝向热影响区、母材呈现线性平稳增加,直至与母材数值相等,焊接电流为320 A时维氏硬度波动数值偏差最大出现在热影响区左侧位置。焊接电流为240、280 A时,焊缝中心以针状铁素体组织为主,还含有细小的板条贝氏体和马氏体;焊接电流为320 A时,焊缝中心为少量粒状贝氏体、以及先共析铁素体组织,熔合线组织粗大,先共析铁素体沿着原奥氏体晶界扩展,魏氏组织铁素体片间距变厚,部分重熔区组织为粒状贝氏体+回火马氏体。通过适配焊接电流参数,可保证专用车厢体服役过程中焊缝的安全和稳定,提升专用车厢体的整体使用寿命。

亚温淬火对低合金耐磨钢增韧及性能的影响

采用亚温淬火对NM500级耐磨钢进行增韧处理。结果表明,试验钢经790℃亚温淬火和170℃回火后,其组织中含体积分数7.3%的铁素体,冲击吸收能量由完全淬火的40 J提高到58 J,磨损性能最好;完全奥氏体化冷却到Ac3以下再进行亚温淬火,因铁素体分布使冲击吸收能量提升不明显,磨损性能降低。亚温淬火使马氏体中碳含量增加,组织中少量针状铁素体不仅能明显提高韧性,耐磨性也较完全淬火优良。