22CrNi3Mo超高强钢的直接热处理工艺试验

凿岩机械用钢需具有高强度、高耐磨性及抗疲劳特性,通常通过热加工和热处理工艺改善其性能,但是工艺流程长、能耗较高。通过热轧试验研究了840~900℃之间不同终轧温度以及轧后空冷、空冷-炉冷两种冷却方式对22CrNi3Mo钢组织和性能的影响,探索了一种新型的直接热处理工艺。结果表明,轧后空冷至室温时,组织为板条贝氏体+马氏体,降低终轧温度可使组织细化,强度提高;轧后空冷-炉冷时,组织为板条贝氏体、粒状贝氏体及沿奥氏体晶界分布的残留奥氏体,且块状残留奥氏体体积分数随终轧温度的降低呈现先增加后减小的趋势,而尖角状M/A岛的出现使得应力集中,引起韧性的下降,降低空冷终止温度可显著减小块状残留奥氏体体积分数,使得材料强度、韧性明显提高,力学性能接近传统工艺。     

X100管线钢的工艺控制

利用热模拟、扫描电镜、透射电镜等分析手段研究了控轧工艺和冷却制度等对X100管线钢微观组织和显微硬度的影响。结果表明：在820℃变形时,随变形量增加,试验钢中板条贝氏体比例减少,粒状贝氏体比例增加,组织逐渐细化,显微硬度明显下降;400℃终冷时,随冷却速度的增加,粒状贝氏体组织逐渐细化,马奥岛数量减少,颗粒尺寸减小,显微硬度增加;在600～350℃范围终冷时,随终冷温度降低,贝氏体组织细化,马奥岛体积分数减少,颗粒尺寸减小,终冷温度降低到300℃时,组织中出现了大量硬相的板条贝氏体组织;显微硬度随着终冷温度的降低而增加。     

Mo含量及冷却工艺对低碳贝氏体钢组织与M/A岛的影响

为考察冷却工艺参数对低碳贝氏体钢组织和马氏体/奥氏体(M/A)岛的影响,利用热模拟试验机对不同Mo含量的低碳贝氏体钢进行研究。结果表明,随Mo含量增加,组织中板条贝氏体和M/A岛含量增多;增大冷速、降低终冷温度均能够细化组织,提高组织中板条贝氏体的含量及显微硬度;随着冷速的升高,M/A岛含量减少,由大颗粒的球形向细小的针状转变;终冷温度在410~350℃时,M/A岛含量和尺寸随终冷温度的降低逐渐减小,终冷温度降为330℃时,组织中短棒状M/A岛数量增多,M/A岛含量也开始增多。组织中的粒状贝氏体+板条贝氏体和其上分布的尺寸细小、形状规则的M/A岛是获得实验钢强度和韧性良好匹配的最佳组织类型。     

控轧控冷条件下X100管线钢的组织转变及性能

试验钢采用低碳Nb、Ti、Ni、Cu、Mo等合金化设计理念进行X100管线钢化学成分设计,用真空感应电炉冶炼,并经试验轧机TMCP工艺控制轧制,轧后弛豫并在机后快速冷却线中进行快速冷却。冷却后采用显微分析方法和力学性能测试等手段研究终冷温度对试验钢微观组织和性能的影响。结果表明：随着终冷温度的降低试验钢显微组织的变化规律是由多边形铁素体向准多边形铁素体、粒状贝氏体、贝氏体铁素体、马氏体型转变。在418 ℃时出现板条状贝氏体组织且随着终冷温度降低,组织中板条状贝氏体的含量增加,贝氏体板条束的直径变小板条间距变窄,提高了试验钢的强度和韧性指标。301 ℃时出现马氏体组织,试验钢的强韧性有所降低。未发现终冷温度对原始奥氏体晶粒尺寸有影响,因为影响试验钢原始奥氏体晶粒度的主要因数为控轧工艺。     

冷却工艺对特厚多相组织高强低合金钢板组织与性能的影响

采用轧后弛豫控制相变的组织调控技术开发了一种60 mm厚460 MPa级别铁素体/贝氏体(F/B)双相钢;在工业化条件下,研究了不同终冷温度对F/B双相组织和力学性能的影响规律。结果表明:在相同开冷温度和冷却速度下,降低终冷温度能够显著细化F/B双相中的铁素体晶粒,促使贝氏体由粒状贝氏体向板条贝氏体过渡,减小钢板心部M/A岛的尺寸,提高贝氏体中大角度晶界密度,从而提高钢的强度,降低屈强比,并能够大幅降低特厚F/B双相钢韧脆转变温度。     

基于超快冷技术开发低合金高强度耐磨钢

采用超快冷却技术(UFC)开发了含Nb、Ti、Cr、B的低合金高强度耐磨钢。研究了起始冷却温度和终冷温度对其显微组织和力学性能的影响。结果表明:终轧后采用较高的终轧温度进入超快速冷却时可细化试验钢的原始奥氏体晶粒,防止沉淀粗化;通过控制适当的终冷温度,可获得具有马氏体、贝氏体和残留奥氏体的高强度耐磨钢;在冷却温度为910℃,终冷温度为300℃的条件下,试验钢可获得良好的力学性能。     

终轧温度和冷却工艺对铁素体贝氏体双相钢组织和力学性能的影响

利用Gleeble-2000D热模拟机、550 mm轧机、扫描电镜等研究了终轧温度和冷却工艺对铁素体贝氏体双相钢组织和性能的影响。首先,在水冷-空冷-水冷模式下研究终轧温度对显微组织和力学性能影响,结果表明:随终轧温度降低,基体组织带状加剧,且铁素体形态由多边形转变为沿轧制方向变形的椭圆形;当终轧温度低于800℃时,铁素体比例明显增加,贝氏体比例下降,抗拉强度下降。其次,在850℃的终轧温度下研究了冷却工艺对显微组织和力学性能的影响,结果表明:当终轧后冷却方式为水冷时,基体组织以准多边形铁素体和针状铁素体为主,伸长率较低;终轧后采用水冷-空冷-水冷方式冷却时,基体组织以块状铁素体和贝氏体为主,伸长率较高。     

高强度低碳贝氏体钢的工艺与组织细化

在超低碳贝氏体钢中，采用弛豫-析出-控制相变(RPC)技术可得到细化的中温转变组织，组织类型为细化的板条贝氏体及少量不规则粒状贝氏体或针状铁素体，与一般控轧空冷和调质处理组织比较，除细化外，所得贝氏体类型及形貌均有所不同，通过这种工艺细化的低碳贝氏体钢板其强度比控轧后空冷或轧后再加热-淬火(调质处理)钢有明显提高。在采用RPC工艺时，轧后弛豫时间长短对最终组织细化程度和形貌也有明显影响，从而造成性能有所差别，终轧后弛豫阶段形成并被应变诱导析出物钉扎的位错胞状组织或亚晶结构是细化相变组织、阻碍贝氏体生长的主要原因，冷却过程中，在贝氏体相变前形成的不规则粒状贝氏体或针状铁索体，分割了压扁的原奥氏体晶粒，同样限制了贝氏体板条柬的长度和宽度。     

低碳高强舰船用钢的CCT曲线及其组织性能

采用Gleeble-3500热模拟试验机、光学显微镜和扫描电镜等研究了低碳高强舰船用钢的连续冷却转变曲线(CCT曲线)及热轧后终冷温度对组织性能的影响。结果表明,试验钢连续冷却转变只发生了铁素体、贝氏体相变。试验钢轧后快速冷却至不同终冷温度立即空冷工艺下,室温组织主要为贝氏体和多边形铁素体,且随着终冷温度降低,贝氏体的含量增多。与直接空冷至室温相比,随着终冷温度提高,试样的强度呈先降低后增加趋势,然而,终冷温度提高到650 ℃时,试样强度却降低。终冷温度为600 ℃时,屈服强度和抗拉强度最高,分别为644.28 MPa和为679.71 MPa,－20 ℃的冲击吸收能量最优,为112 J。     

控轧控冷工艺对440 MPa级船体钢组织与性能的影响

通过CCT曲线和实验室控轧控冷工艺试验,研究了440 MPa级船体钢的过冷奥氏体连续冷却(CCT)过程的相变以及组织性能。结果表明:试验钢在较宽的冷速范围内容易得到贝氏体组织,随着终轧温度的降低,试验钢的强韧性得到提高。轧后空冷条件下,试验钢得到铁素体+珠光体组织,韧性较好,但强度富余量相对较小。轧后加速冷却,试验钢的强度得到明显提升。模拟卷取温度为550 ℃时,试验钢的强韧性相对更好。综合分析,较优的控轧控冷工艺参数为:终轧温度840 ℃,轧后冷速(20±5) ℃/s,卷取温度550~560 ℃。     

轧后冷速对低碳贝氏体钢组织性能影响

模拟两阶段控轧控冷工艺,进行了低碳贝氏体钢轧制实验,分析了轧后快速水冷和空冷对低碳贝氏体钢组织及性能的影响。结果显示,钢轧后,在两种冷速下得到的组织形貌差别较大,快速水冷得到强度较高的板条贝氏体组织,缓冷得到强度较低的粒状贝氏体组织,粒状贝氏体的形成温度较高,没有明显板条特征;板条贝氏体屈服强度比粒状贝氏体高出278MPa,抗拉强度高出307MPa;而粒状贝氏体的塑性和韧性指标明显优于板条贝氏体,延伸率和-20℃低温冲击功指标是板条贝氏体的近3倍。     

高强度厚壁H型钢轧后快冷组织及性能

研究海洋石油平台专用H型钢(55C钢)轧后快冷产生的显微组织特征及其对力学性能的影响,探索实际生产中提高大尺寸厚壁H型钢强韧性的有效途径.测定了55C钢的动态CCT曲线;结合生产现场实际,通过优化控轧控冷工艺参数,特别采用比空冷和风冷快的轧后冷却,对试验钢进行了试轧;对轧后试样进行了力学性能测试、显微组织观察以及晶粒大小的测定.试验结果表明,轧制工艺参数特别是轧后冷却工艺对55C钢的显微组织和力学性能具有重要影响.采用适宜的终轧温度、道次变形量以及提高轧后冷速可以获得铁素体、珠光体和粒状贝氏体混合组织,使55C钢的强度得以大幅提升,获得良好的强韧性配合.通过轧后快冷获得高强韧性的贝氏体组织和细化晶粒都是大尺寸厚壁H型钢中重要的强韧化机制.55C钢的TMCP工艺(Thermo Mechanical Controlled Processing)具有较宽的终轧温度和道次变形量范围,可根据不同的使用性能要求选择轧制工艺参数.     

EH40船板钢奥氏体晶粒长大及连续冷却相变规律

采用Gleeble-3800热模拟试验机对EH40船板钢进行热模拟试验,通过金相显微镜(OM)、维氏硬度计等设备,分析了奥氏体晶粒尺寸随加热温度升高的粗化行为及不同冷却速度下EH40钢的组织演变与硬度变化。结果表明,奥氏体粗化温度在1200℃以上,奥氏体经950℃保温后冷却,未变形时,在0.5～1℃/s的冷速范围内,组织主要由铁素体与珠光体构成;当冷速达到2℃/s后,组织中开始出现粒状贝氏体与板条贝氏体;随着冷速持续增大,板条贝氏体比例逐渐上升并均匀化,板条形貌逐渐细化,基体硬度由157 HV5提高至214 HV5;经60%变形后,与未变形时相比,EH40钢的晶粒发生明显细化,钢中铁素体相变区扩大,基体硬度由164 HV5提高至234 HV5。     

42CrMo圆钢组织性能的优化

针对某钢厂生产的42CrMo小规格圆钢因硬度偏高,刀具损耗严重,给后续机械加工造成一定困难的问题,采用JMatPro软件计算了42CrMo 钢的CCT曲线和TTT曲线,在分析其微观组织转变规律的基础上,研究了控轧控冷工艺对产品组织、硬度的影响。结果表明,42CrMo圆钢终轧温度较高,冷速较快,冷却后圆钢组织为贝氏体是造成其硬度偏高的主要原因。因此,通过降低终轧温度,采用轧后水冷以及冷床使用保温罩等手段以有效降低轧后冷却速率的措施,将圆冷速控制到0.32 ℃/s,使42CrMo圆钢冷却后获得了铁素体+珠光体的组织,硬度控制在253~266HBW,满足了客户的使用要求。     

加热温度对19CrNi5钢组织及硬度的影响

选取轧后硬度高于200 HRB的19CrNi5钢为研究对象,用碳-硅棒箱式高温加热炉将同一炉钢材加热至800、850、900、950、980、1050和1100 ℃,保温40 min后室外15 ℃下空冷,用红外线测温仪测定钢材冷速,并检验钢材硬度、显微组织。经研究,贝氏体是影响钢材硬度的主要原因之一,当加热温度≥1000 ℃,冷速≥2.5 ℃/s时,加热温度越高,冷速越大组织中贝氏体组织比例越大,钢材硬度越高;当加热温度＜1000 ℃,冷速＜1.0 ℃/s时,冷却过程中,奥氏体完全转变为珠光体,最后全部形成珠光体+铁素体组织,钢材硬度低。实际生产中终轧温度控制在1000 ℃以下,冷速＜1.0 ℃/s时,可减缓或消除钢材中贝氏体组织的形成。     

控轧控冷工艺对J55石油套管用钢带状组织影响

为消除或减轻J55石油套管用钢带状组织,通过热轧试验研究变形温度、终轧温度、奥氏体未再结晶区压下率、轧后至卷取温度前冷速以及卷取温度等,对J55石油套管用钢带状组织影响规律。研究结果表明,随着变形温度的提高,金相组织中带状组织呈逐渐减弱趋势,而且终轧温度较高可以减少带状组织的产生。采用奥氏体未再结晶区大压下制度,不仅可以明显减少带状组织的产生,还可以细化晶粒。适当加大终轧后冷却速度,可消除或减轻铁素体+珠光体的带状组织。卷取温度对带状组织的消除或减轻无显著影响,建议适当降低卷取温度,以保证层流冷却的加速冷却。     

钒微合金化600MPa级高强钢筋的组织与性能

结合Gleeble3500热力模拟与工业试验,通过显微组织观察、硬度测试、拉伸试验与TEM研究了形变与冷却工艺对钒微合金化600 MPa级钢筋组织、力学性能及析出相的影响。结果表明:试验钢的铁素体转变范围广,无变形且冷速大于5℃/s时,组织中开始形成贝氏体与马氏体。相变前粗大的原奥氏体晶粒将促进贝氏体与板条马氏体形成;原奥氏体晶粒细小与低温形变有利于铁素体与岛状马氏体的形成。冷速较小时,试验钢经形变后的硬度值大于无形变后的硬度值。冷速较大时,试验钢无形变的硬度值大于形变后的硬度值。为了获得细小铁素体与珠光体以及细小弥散的氮化钒,最佳生产工艺为:终轧温度大于1000℃,冷速为3℃/s;或终轧温度为900℃,冷速为5℃/s。     

控轧控冷工艺对低碳贝氏体钢组织性能的影响

通过在中厚板轧机上进行的控轧控冷工艺试验，研究了不同控轧控冷条件对低碳贝氏体钢DB685组织和性能的影响，得出增大变形量可得到细小均匀的晶粒组织，使钢材的强韧性提高；增大轧后冷却速度能有效地提高钢板强度。并提出了工业生产DB685钢的控轧控冷工艺参数：终轧温度≤850℃，轧后冷却速度≥5℃／s，终冷温度≤650℃。     

轧制工艺对低碳贝氏体钢组织和力学性能的影响

研究了控轧控冷工艺条件下低碳贝氏体钢轧制工艺与显微组织和力学性能的关系,比较了不同终轧温度和冷却方式对低碳贝氏体钢组织性能的影响。结果表明:试验钢的组织为具有较好强韧性的下贝氏体,且随着终轧温度的降低,晶粒变形比较严重;试验钢在终轧温度750℃时、水冷+空冷处理后得到较好的强韧性匹配。     

终冷温度对低屈强比复合析出强化钢组织与性能的影响

利用热模拟方法测定低屈强比复合析出强化钢不同速率冷却后的显微组织并绘制动态连续冷却转变曲线,然后对比了不同终冷温度下试验钢的力学性能,并利用光学显微镜、扫描电镜与透射电镜分析不同终冷温度对试验钢轧后显微组织的影响。结果表明,随冷却速度的增加,试验钢的组织由粒状贝氏体转变为板条贝氏体,未发现铁素体组织,具有高淬透性。随终冷温度由400 ℃升为450 ℃,钢中板条亚结构发生粗化,位错密度下降,但高温下合金元素快速扩散使富Cu相与Nb/Ti碳化物的数量提高,析出强化效果增强。经优化终冷温度为450 ℃,此时试验钢中粒状贝氏体比例较高,可获得高强度与低屈强比的良好匹配。