高温渗碳齿轮钢的研究进展

常用齿轮钢渗碳温度为930℃,提高渗碳温度至1000～1050℃能显著缩短渗碳时间,但易引起晶粒长人,因此发展了通过Nb、Ti、B微合金化,细化钢原奥氏体晶粒的高温渗碳齿轮钢。文中介绍了国内外高温渗碳齿轮钢的钢种成分、工艺特点、高温渗碳层组织控制和钢的疲劳性能的研究进展。     

Nb微合金化对齿轮钢高温渗碳奥氏体晶粒度的影响

摘要：通过Nb微合金化提高渗碳温度是当前发展高端齿轮钢的重要思路。以20Cr钢为基准成分,通过实验室熔炼、锻造以及977~1134℃范围内高温伪渗碳实验,研究了0.02%、0.04%、0.06%、0.08%等不同Nb质量分数下渗碳后的奥氏体晶粒结构。在此基础上,依据热力学计算及析出颗粒熟化模型,对AlN、Nb(C,N)颗粒的钉扎强度进行估算并与晶粒尺寸建立联系,得到了适用于含Al、Nb齿轮钢的奥氏体晶粒度控制预测模型。最后,依据此模型分析了Nb含量对20Cr钢渗碳温度的影响,并基于高温渗碳目标提出了Nb微合金化的成分建议。     

齿轮钢高温渗碳后的疲劳性能

利用旋转弯曲疲劳试验方法,研究了Nb和Ti微合金化20CrMn齿轮钢(20CrMnNb钢:w(Nb)0.077%;20CrMnTiNb钢:w(Nb)0.048%+w(Ti)0.038%)经1 000℃高温渗碳后的疲劳性能。结果表明,Nb-Ti复合微合金化的20CrMnTiNb钢中析出相尺寸小、数量多,其渗碳层原奥氏体晶粒平均尺寸明显低于Nb微合金化的20CrMnNb钢,因而20CrMnTiNb钢的疲劳极限高于20CrMnNb钢。疲劳断口观察发现,20CrMnNb和20CrMnTiNb钢主要以近表面基体方式起裂,渗碳层中疲劳裂纹沿晶界扩展,因而晶粒尺寸较细的20CrMnTiNb钢的疲劳性能较高。     

高温渗碳齿轮钢的晶粒粗化行为

  为了开发适合980 ℃高温渗碳的齿轮钢，利用伪渗碳方法，研究了铌质量分数为0、0.036%、0.060%和0.100%的18Cr2Ni2Mo渗碳齿轮钢在930和980 ℃的晶粒粗化行为。结果表明，由于析出NbC钉扎晶界，铌微合金化可以显著细化试验钢在930和980 ℃奥氏体化后的晶粒尺寸，且随着铌质量分数增加，铌微合金化明显抑制试验钢在980 ℃长时间奥氏体化晶粒粗化倾向。添加0.100%Nb的18Cr2Ni2Mo齿轮钢在980 ℃奥氏体化20 h后，平均晶粒尺寸仍然在26 μm左右，适合于980 ℃高温长时间渗碳。     

微合金高碳硬线钢组织控制与性能研究

高碳硬线钢中添加Nb,V元素,通过轧后冷却控制以及组织性能对比,研究微合金化元素Nb对高碳硬线钢晶粒度、索氏体组织以及拉伸性能的影响.结果 表明:高碳硬线钢中通过Nb,V的综合作用,有利于细化珠光体团和珠光体片层间距,有效提高钢的强韧性.     

钢中钛与铌的行为差异性研究

为了获得综合机械性能,高强度钢通常是钢中添加元素Ti和Nb的低合金钢。钢中添加微合金化元素Ti和Nb的目的是形成碳化物、氮化物和碳氮化合物从而细化钢中的晶粒进而提高钢的综合机械性能。但是,通过采用具有夹杂物分析功能的扫描电镜的研究发现,钢中添加元素Ti后,在钢中形成大量含Ti的硫化物,而Nb没有发现为硫化物。在非Ti的硫化物中大量存在Ti,而存在Nb的量比较少。结果使得钢中Ti的有效成分变化大,而Nb的有效成分变化小,即高强度钢中添加Nb的效果优于Ti,产品性能更加稳定。     

钼的应用新发展

钼是一种高效合金化元素,用途极为广泛。在钢中添加千分之几的钼,就能提高钢的淬透性、韧性和高温强度。在不锈钢中添加钼,其耐腐蚀性能大幅度提高。在渗碳钢中,钼能保证渗碳钢中心和渗碳层二者的淬透性。对含钼齿轮用钢的最新研究成果表明:在苛刻的超负荷条件下,一种新的齿轮用钢——Cr-Mo钢显示出优异的抗脆裂性能。Cr-Mo钢与Mn-Cr钢比较,淬透性相当,而抗冲击断裂能力增强。钼能提高齿轮钢的上述性能,是因为钼能更好地控制在渗碳过程中以及在以后的淬火过程中     

急冷条件下Nb对高磁感取向硅钢中抑制剂析出行为的影响

以工业高磁感取向硅钢的化学成分为基础,采用真空感应炉冶炼了两炉试验钢,其中-炉为基体钢未添加微合金元素作为对比钢,另-炉钢中添加了微合金元素Nb以形成新型抑制剂.采用石英管直接伸入钢水吸取少量钢水后迅速插入水中进行急冷.电子显微镜的分析结果表明,试样中的大型夹杂物为MnS与Al2O3,和/或Mgo的复合物.基体钢以及Nb微合金化试验钢急冷样品中都弥散分布着细小的析出物,这些细小析出物的直径约为几个纳米.Nb微合金化的高磁感取向硅钢中,不仅有Mns和AlN的细小析出物,还有大量细小的Nb(C,N)析出颗粒.采用Nb微合金化有望降低取向硅钢的板坯加热温度,还可能会进-步增强抑制剂的抑制效果.     

硅氮合金的开发与高强钢筋的生产应用

随着国际科学技术的飞跃发展,对我国钢铁行业的炼钢工艺及特种行业的用钢技术提出了越来越高的要求。为此,要求微合金化处理的钢的品种、生产富含N元素的复合合金产量不断增加,并在高强钢筋等生产中广泛推广应用。微合金化(MA)技术生产高强钢筋即是添加微量的Ti、Nb和V元素,再配以1.0%～1.6%的Mn合金,可     

微合金化元素在钢中的作用及其应用

自1975年在美国召开第一届微合金化钢会议以来,各国的材料科学工作者对微合金化元素,特别是对 V、Ti、Nb 等元素在钢中的行为及作用进行了深入研究,并开发了一系列新品种。近年来,又对 V、Ti、Nb 等元素的复合加入行为进行了探讨,为微合金化元素的应用开拓了广阔前景。     

电渣重熔M42高速钢稀土孕育处理工艺实践

使用稀土对高速钢进行孕育处理可改变高速钢碳化物形貌和提高高速钢热塑性。通过20 t MIF+25 t LF+25 t VD+4 t ESR工艺试验和批量生产结果表明, 采用VD过程在钢中Al 0.12%时加0.1%镧铈混合稀土合金及ESR过程用6%REO₂渣系,M42钢RE含量稳定在0.027%~0.038%,夹杂物形貌和钢的热塑性都得到明显改善。     

成分对高锰合金钢组织和变形特性的影响

27Mn-3Si-3Al和15Mn-2Si-3Al试验合金钢由真空感应炉冶炼成16.5 kg铸锭,1200℃加热,锻成中25 mm棒材。27Mn-3Si-3Al合金钢在应变前后保持单相奥氏体组织,其应力-应变曲线平滑,没有屈服平台和明显的加工硬化峰,该钢经1000℃2h固溶处理后,材料的抗拉强度为692 MPa,伸长率为59%。当钢中Mn含量降至15%,有较多马氏体(Martensite,α′-M)相出现。而且在应变时又使15Mn-2Si-3Al钢中大量奥氏体转变为α′-M相,造成应力-应变曲线产生明显的加工硬化峰,致使该钢的伸长率降低至35%。     

真空感应炉冶炼X120管线钢脱氧和脱硫试验

在150 kg和50 kg氧化镁坩埚真空感应炉上进行X120管线钢(%:0.03～0.04C、1.98～2.05Mn、≤0.9(Cr+Mo+Nb+V+Ti)的脱氧和脱硫试验。结果表明,通过控制碳氧反应用碳脱氧和控制冶炼温度避免炉衬分解,可使钢中氧含量≤20×10^-6;在碳脱氧条件下,采用CaO-BaO-CaF₂系精炼渣,可使钢中硫含量≤0.002%。通过扫描电镜观察发现,钢中存在来源于坩埚的≤5μmMgo夹杂。     

FTSR薄板坯内部横裂纹形成机理的分析和预防措施

采用Gleeble-3500热模拟机模拟FTSR薄板坯生产工艺,试验了SS330钢板坯(0.06％C)和SS400钢板坯(0.20％C)在600～1 350℃的高温塑性。结果表明,SS400钢在700～900℃的高温塑性高于SS330钢,SS400钢板坯内部产生的横向裂纹是由于柱状晶晶界处硫、氧化物的偏聚,使钢晶界的高温塑性下降所致。通过钢中硫含量由0.015％降低至0.010％,全氧含量由45×10^-6降至30×10^-6,钢中Nn／S≥60,钢水过热度由30～50℃降至20～35℃,铸坯拉速由2.5～6.0 m／min改为3.0～4.5 m／min,控制二冷水量,有效地避免了薄板坯内部横裂纹的产生。     

冷轧0.02C-6.56Si高硅钢薄板的力学和磁性能

通过25 kg真空感应炉熔炼,锻造开坯,1050～850℃热轧至1 mm,650℃温轧至0.3 mm,再冷轧成0.05 mm高硅钢(％:0.02C、6.56Si、0.14Mn、0.013P、0.004S、0.02Al)薄板。冷轧板经过1 200℃1.5 h真空退火后,得到无取向硅钢。与普通取向硅钢相比,在0.07 T,20 kHz的高硅钢薄板铁损降低14.7％,30 kHz的铁损降低19.7％,40 kHz的铁损降低28.1％;该钢是一种优良的软磁材料,在冷轧后的强度达1 480 MPa。     

非调质易切削钢38MnVS连铸坯的高温延塑性

应用Gleeble 1500D热模拟试验机,研究了非调质易切削钢38MnVS(%:0.42C、1.29Mn、0.09V、0.067S)370 mm×490 mm连铸坯的高温延塑性及变形断裂机理。结果表明:38MnVS钢的零强度温度(ZST)为1 370℃和零塑性温度(ZDT)为1335℃;38MnVS钢在熔点(TS)到600℃的温度区间内存在2个脆性区,第Ⅰ脆性温度区为TS～1250℃,第Ⅲ脆性温度区为875～600℃,因此,该钢连铸坯的矫直温度应在875℃以上。     

Nb含量对W3Mo2Cr4V(Nb)高速钢组织和力学性能的影响

研究了0～1.5％Nb对25 kg真空感应炉冶炼的W3M02Cr4V钢(％:0.8～1.1C、3.8～4.1Cr、2.9～3.2W、1.8～2.1Mo、1.0～1.3V)组织和力学性能的影响。试验结果表明:随着Nb含量提高,铸态组织中铌碳化物增多;淬火奥氏体晶粒变细;1180℃淬火时,1.2％～1.5％Nb钢比≤0.1％Nb钢HRC值提高了6.0;二次硬化能力和红硬性也得到了提高;使钢在较高淬火温度下的机械性能得到改善。     

50 t EAF-LF冶炼终点(TPC)和窄成分(NCC)控制技术的应用

莱钢特钢厂通过50 t EAF冶炼终点控制技术(TPC)的应用,稳定了电弧炉钢水终点成分和温度,减轻或消除了钢水过氧化,稳定合金回收率,为LF提供了符合要求的钢水。通过LF前期、中期和后期的模式化操作,实现钢水的窄成分控制(NCC),使C控制偏差±0.01％炉数达到80％,Mn、Cr控制偏差±0.02％和Si控制偏差±0.05％达91％;齿轮钢S≤0.015％、P≤0.025％、氧含量≤20×10^-6分别达到96％、97％和95％;轴承钢S≤0.005％、P≤0.020％、氧含量≤12×10^-6分别达到95％、97％和100％。     

低碳微合金双相钢沉淀相粒子的分析

采用萃取复型技术研究了实验室Φ450轧机控轧控冷后铁素体-马氏体双相钢(%:0.08C、0.22Si、1.02Mn、0.02Nb、0.013Ti、0.034Al)中沉淀相粒子。结果表明,该钢在1200℃时就存在尺寸为几十纳米的(Nb,Ti) (CN),经X-射线能谱分析得出,小颗粒中Nb含量大于Ti含量,形状不规则,大颗粒沉淀相主要含Ti,Nb含量较少,呈长方形;经控轧控冷后(Nb,Ti)(CN)为间隙析出,且主要在晶界处析出。     

石横特钢65 t Consteel EBT EAF-LF-CC流程生产焊线钢H11Mn2SiA的工艺实践

采用60％铁水+优质废钢,Comteel电弧炉偏心底炉出钢留渣作业,控制出钢终点[C]0.035％～0.050％、出钢[P]≤0.012％;LF用低碱度渣精炼,喂硅钙线,LF精炼后软吹氩15 min;150 mm×150 mm方坯连铸时,采用全保护自动控制浇铸和结晶器、铸坯凝固末端电磁搅拌,使所生产的H11Mn2SiA焊线钢(％:0.06～6.09C、0.82～1.00Si、1.45～1.70Mn)的平均氧含量为20×10^-6,Φ5.5 mm盘条不经热处理可直接冷拔至Φ1.0 mm不断丝。