微量镁改善H13钢中碳化物的机理研究

H13热作模具钢属于中碳钢,钢中的Cr、Mo、V含量较高,因此钢在凝固过程中这些碳化物形成元素会偏聚析出大量的网状碳化物,经过热处理也很难完全消除,从而降低了钢的性能。实验室条件下研究了向H13钢中加入不同含量的镁对钢中碳化物的影响。结果表明:微量的镁能够改善H13钢中碳化物的形状和分布,使碳化物由粗大的网状转变成细小的短条状,经过镁处理后,碳化物呈细小均匀地分布在钢中。当加入0.004%的镁时,对碳化物的改质效果最好。镁在晶界处的偏聚是改善碳化物分布的主要原因,通过理论分析发现,在钢凝固冷却的过程中镁元素在晶界处的偏聚程度较高,从而阻碍了碳化物的生长,达到细化碳化物的目的。     

镁在镍基高温合金中的分布及其对晶界状态的影响

本工作研究了镁在镍基高温合金中的分布及存在形式。用STEM,AES,SEN,SIMS等证明了镁偏聚于晶界、晶界M_6C碳化物的相界和MC碳化物相界,并且进入了MC与M_6C碳化物中,从而基本上弄清了镁的分布。镁在界面的偏聚影响了合金的晶界状态:使条状的晶界碳化物块化。通过对晶界能和相界能的测量及理论分析说明镁使晶界碳化物块化的原因是改变了晶界能σΥ-Υ与M_6C碳化物相界能σΥ-c的比值σΥ-Υ/σΥ-c。     

镁对GH3625合金一次碳化物析出的影响

 GH3625合金中碳的质量分数约为0.05%,由于含有较高的铌、钼和铬元素,合金中会形成 MC型、M₆C型和M₂₃C₆型碳化物,在冶炼凝固过程中由于选分结晶的原因,易产生碳化物偏聚问题。因为碳化物回溶温度偏高,在其可锻温度区间内很难消除,所以会导致合金棒材中存在碳化物条带状聚集的问题,对其服役性能影响较大。利用Thermal-calc热力学软件计算分析了GH3625合金平衡析出相及一次碳化物的析出规律,利用金相显微镜、扫描电镜等研究了镁对GH3625合金一次碳化物形貌、尺寸及分布的影响。结果表明,GH3625合金的基体为单一的奥氏体相,MC型碳化物作为一种高温析出相,直接从液相析出,其富含铌元素,其次还有少量的钛、钼等元素。而随着凝固温度的降低,铌质量分数逐渐升高;未加镁时,GH3625合金在二次枝晶间析出了大量长条状的一次碳化物,其平均直径和面积较大;加入质量分数为0.014%的镁后,镁通过改变碳化物相与基体相的比界面能关系,不仅有效地改善了合金枝晶间和晶界碳化物的分布及形貌,还减小了一次碳化物的尺寸;当镁质量分数增加到0.037%时,一次碳化物分布更加均匀弥散,此时镁细化、球化碳化物的效果最好;同时,试验合金在水冷和空冷的条件下,由于冷却速率比炉冷时更大,一次碳化物析出尺寸也相对更细小。     

轴承钢中镁的控制及作用研究

研究了不同镁含量对轴承钢组织与性能的影响，结果表明，微量镁能改善轴承钢的碳化物尺寸及分布，含镁轴承的碳化物颗粒细小均匀，当镁含量为0．002－0．003％，其抗拉强度和屈服强度增加5％以上，塑性基本保持不变。     

G8Cr15轴承钢的工业化应用分析

降低高碳铬轴承钢中的网状、带状碳化物等不利因素,有利于提高轴承钢的综合性能。G8Cr15是新纳入到国家标准中的轴承钢,通过系列试验,对比传统GCr15轴承钢和新的G8Cr15轴承钢的各项性能。结果表明,与GCr15轴承钢相比,G8Cr15轴承钢生成网状碳化物和带状碳化物的能力极低,同时具有更高的淬透性、良好的冲击性能和耐磨性。经工业生产验证,G8Cr15可替代GCr15用于生产轴承零件,且不易产生网状碳化物。     

GCr15滚子表面聚磁原因的分析

某钢厂生产的GCr15轴承钢用于生产铁路轴承滚子,在对轴承滚子进行磁粉探伤检验时,发现个别滚子表面有聚磁现象。对该轴承钢聚磁件进行低倍检验、金相检验、电镜扫描及能谱分析,结果表明,轴承钢淬火金相组织存在隐晶马氏体区和结晶马氏体区,这是由于钢锭结晶时产生树枝状偏析造成碳和铬在成分上的不均匀所致,在加热淬火时此微区为欠热区,存在较多的未溶碳化物颗粒、较细的奥氏体晶粒和较多隐晶马氏体区,从而保留较多的残余奥氏体,产生聚磁现象。     

热处理炉炉辊材料失效分析

本文通过对失效热处理炉辊的分析,发现炉辊Cr25Ni20Si2耐热钢在长期高温使用中,组织退化为奥氏体及沿晶界分布的棒状、粒状的网状碳化物,碳化物尺寸较大;能谱分析表明,材料中合金元素因碳化物在晶界处产生了严重的偏聚;在高温、氮气保护环境下,炉辊产生强烈渗氮,热处理炉因工艺需要升降温频繁,氮化物产生分解,炉辊冷却后氮在钢中有缺陷处析出,形成类似于氢致＂白点＂的裂纹,随使用时间增加,升降温次数增多,在辊内开裂、辊面鼓泡导致炉辊失效.     

铬轴承钢中珠光体片层间距研究

研究铬轴承钢中片状珠光体间距的重要意义在于不同片层间距的珠光体对其转变产物,碳化物颗粒及其尺寸、碳化物带状、球化组织、淬一回火组织等等都带来直接的影响,而这些又都是直接影响铬轴承钢寿命的重要因素,因此,对它的研究业已开始引起人们的重视本文通过,形成铬轴承钢中珠光体不同片层间距的主要原因;特殊金相试剂的应用;从试样纵向剖面来分析其组织等几个方面来阐述对铬轴承钢中珠光体片层间距的研究,并提出进一步深入研究上述诸课题(如碳化物颗粒,碳化物带状等)的必要性,通过研究为提高铬轴承钢的质量和使用寿命提供更可靠的依据。     

Mg处理钢生成细小尖晶石夹杂物的研究

采用热力学方法对镁处理钢中夹杂物的变性进行了计算,计算结果表明,钢中w(Al3)=0.02%～0.05%,只要有微量镁的存在,就有可能生成单独的MgO·Al2O3.在热力学计算的基础上,对轴承钢进行了镁铝合金脱氧实验研究,结果表明镁铝合金处理钢液后,钢中的夹杂物主要以MgO·Al2O3夹杂物为主,随机分布在钢中,这种尺寸细小的尖晶石夹杂物对钢的疲劳等性能有害程度很小.溶解在轴承钢中的镁起到了球化碳化物的作用,并且随着镁铝合金中镁含量的增加,这种效果越明显.     

降低轴承钢液析级别的技术措施

分析了轴承钢产生液析的原因及危害,介绍了淮钢降低轴承钢碳化物液析所采取的技术措施和工艺.     

Improvement of centre segregation in continuous casting bloom and the resulting carbide homogeneity in bearing steel GCr15

ABSTRACT

In the present work, solidification structure and centre segregation in continuously cast bearing steel GCr15 blooms with 220mm×260?mm were obtained by different casting conditions (M-EMS, M?+?F-EMS, M?+?F-EMS?+?MSR), which were systematically optimized by numerical simulation and experiments. The relationship between centre segregation in continuously cast GCr15 bloom, heredity in hot-rolled steel and carbide inhomogeneity of hot-rolled steel with was investigated comprehensively. Results showed that compared with M-EMS, centre carbon segregation ratio in the bloom decreased from 1.1～1.4 to 1.04～1.22 by M?+?F-EMS, and could be reduced to 0.96～1.08 by MSR in combination with M?+?F-EMS. Moreover, centre segregation in hot-rolled steel decreased with the decrease of centre segregation in bloom. Grade of network and banded carbide in hot-rolled steel decreased accordingly, especially for centre carbon segregation ratio with 0.96～1.08, grade of network and banded carbide could be significantly reduced to 1. It was important to control centre segregation in as-cast steel to improve the resulting carbide homogeneity of as-rolled steel. According to the experimental results, higher casting speed in bloom with M?+?F-EMS and MSR integrated process was preferred to effectively reduce centre segregation ratio and further decreased the occurrence of network and banded carbide in as-rolled bearing steel GC15.     

GCr15轴承钢碳化物高温扩散的研究

由于轴承钢的碳含量较高,在钢液凝固过程中易形成较大的碳偏析,且在后期的加热、轧制过程中难以有效消除。研究了240 mm×240 mm GCr15轴承钢大方坯碳化物析出形态、金相组织随不同加热工艺制度的变化,通过理论推算了GCr15轴承钢的高温扩散系数,确定了最佳加热的工艺。     

Ce-Mg合金加入对GCr15轴承钢夹杂物和凝固组织的影响

研究了加Ce(0～0.32%)-Mg(0～0.04%)合金对GCr15轴承钢的铸态夹杂物和凝固组织的影响。结果表明：添加Ce-Mg合金，能够促使夹杂物改性，生成大量的形状较规则，尺寸细小，分布弥散的Ce、Mg夹杂物；并且当0.016%[Ce]、0.002%[Mg]时，夹杂物更为细小弥散。在凝固组织方面，随着Ce-Mg合金的增加，钢的铸态组织碳化物分布更为均匀，网状碳化物的网状结构变得更加纤薄，当0.016%[Ce]、0.002%[Mg]时，珠光体片层更为纤薄，片层间距更小。Ce-Mg合金的添加能够显著减弱钢中C和Cr在枝晶间与枝晶干的合金元素偏析，减少枝晶间距，阻碍枝晶的粗化。     

高速钢碳化物偏析的研究现状

高速钢因其硬度高、红硬性好、耐磨性好等特点被广泛应用于大型装备制造的加工工具。然而在大截面的高速钢生产过程中，易产生碳化物偏析等问题，影响材料的力学性能和使用寿命。通过对模铸、连铸、电渣重熔、粉末冶金方法的比较与分析，探究影响碳化物偏析的因素，研究改善碳化物偏析的方法。研究表明，通过添加孕育剂、微合金元素、机械搅拌、电磁搅拌可以改善碳化物偏析；此外，通过对比分析发现，使用电渣重熔法生产高速钢可以经济有效地控制碳化物偏析，电渣重熔法已成为生产高速钢的主要方法。     

磁控电渣对1 t ESR锭GCr15轴承钢凝固组织及成分偏析的影响

对GCr15轴承钢在电渣过程中施加电磁搅拌,分析电磁搅拌对电渣铸锭凝固组织和化学成分的影响。结果表明,电磁搅拌可以显著改善电渣铸锭凝固过程传热条件,减少GCr15电渣锭网状碳化物的形成。同时,由于电磁搅拌的作用,电渣锭的C、Cr等主要元素成分偏析指数稳定控制在1.03以下。当搅拌电流为50 A至200 A,频率为6Hz时,电渣锭中心无网状碳化物形成,碳偏析指数为1.02。     

冷却强度对连续定向凝固电渣重熔GCr15轴承钢中碳化物的影响

观察并研究了连续定向凝固电渣重熔前后及电渣过程不同冷却强度下,GCr15轴承钢中碳化物的行为和组织变化.结果表明,GCr15轴承钢中主要以M3C型的液析碳化物为主,铸态轴承钢中心偏析严重;经过电渣重熔,钢锭表面光洁,致密度高,碳化物细小且分布均匀.随着电渣重熔冷却强度的增大,GCr15轴承钢中粗大的碳化物数量明显减少,破碎成粒径小、形状规则、分布弥散均匀的圆粒状,能够有效改善碳化物偏析.增大电渣重熔冷却强度,能够缩短凝固时间,缩小树枝晶间距,可以大大减轻树枝偏析.     

Experimental investigation on solidification of GCr15 bearing steel by the simulated continuous casting

ABSTRACT

An experimental apparatus for simulation of continuous casting process of GCr15 bearing steel billet is established. With the apparatus, the billets of diameter 140?mm are casted in various superheats and cooling conditions. The solidification macrostructure, dendrite morphology, segregation and carbide are investigated. It is shown that melting superheats and cooling conditions remarkably influence the microstructure and solute segregation. It is found that the secondary dendrite arm spacing of the steel increases with the increase of the superheat temperature, and with decrease of the cooling rate. Lower superheat with higher cooling rate promotes the refining of the microstructure. Refining equiaxed grains structure in the centre of the billet leads to lower segregation of carbon. Furthermore, with increasing cooling rates, the spacing of the pearlite laminar is refined and the precipitation of proeutectic carbides is suppressed.