热加工变形和奥氏体化温度对高速钢显微组织和韧性的影响

叙述了采用不同方法生产的几种高速钢的抗弯强度测试结果，讨论了未溶碳化物的尺寸分布、以及热变形和奥氏体化温度对未溶碳化物尺寸和实验钢抗弯强度的影响。用扫描电镜分析断口确定了断裂引发缺陷，并测量了尺寸。依据抗弯强度的断裂力学模型讨论了试验结果，指出对于铸锭法生产的材料，断裂是由显微裂纹引起的，而显微裂纹又是亚临界裂纹在纵向带状碳化物堆积区扩展形成的；对于粉末法生产的材料，断裂由大颗粒碳化物或碳化物堆积引起。     

热处理对0.14C-1.25Cr-0.5Mo钢的抗氢蚀能力的影响

试验研究了经不同温度正火和回火后，0．14C—1．25Cr—0．5Mo钢中M3C、M23C6碳化物中Cr、Mn、Mo的含量以及充氢前后淬火和回火温度对钢的力学性能的影响。结果得出，经890-980℃正火、670-710℃回火，该钢具有良好的抗氢蚀能力，520～620℃回火后试样充氢后的强度明显下降。     

晶粒尺寸对高锰奥氏体TWIP钢氢脆行为的影响

主要研究了晶粒尺寸对Fe- 17Mn- 1Al- 0.6C TWIP钢的氢脆行为的影响。原始材料经过不同的热处理制度,得到晶粒尺寸为17和45μm的材料。通过慢拉伸试验研究氢质量分数在0～0.001%材料的氢脆敏感性。试验结果表明,充氢后的试验材料比未充氢试验材料易发生氢脆,充氢后的试验材料断裂强度和断裂应变均降低。随着晶粒尺寸的增大,试验材料的氢脆敏感性增强。在氢质量分数为0.001%,晶粒尺寸增加到45μm时,应变损失率为17%,随着晶粒尺寸的增大,氢脆敏感性增加的原因是晶粒尺寸较大的材料孪晶较早出现,孪晶密度较大,同时单位晶界氢质量分数增加。     

H13钢中富钒初生碳化物的形成及影响因素

大尺寸初生碳化物是H13钢冲击性能降低的重要原因,利用光学显微镜、扫描电镜和电子探针等分析碳化物的成分、尺寸分布及形貌。结合热力学和偏析模型分析了H13钢中不同类型的VCx碳化物生成条件以及活度对碳化物生成的影响。结果表明,液相线及以上不能生成VC_x碳化物,枝晶间钒、碳元素的偏析是凝固过程碳化物生成的直接因素。VC_(0.88)是最容易生成的富钒碳化物,在两相区生成,而V_2C可通过共晶反应生成。碳化物尺寸与元素偏析程度、析出临界固相率及枝晶尺寸等有关。通过调整初始钒、碳元素质量分数及凝固冷却条件可以控制H13中的VC_(0.88)的生成,当初始元素质量分数满足w([V]_0)≤0.6%、w([C]_0)≤0.37%时,钢中富钒碳化物生成受到抑制,对于开发新型无碳化物热作模具钢有指导意义。     

YB70钢氢致韧性损伤研究

通过测量拉伸性能、TEM和SEM分析研究了YB70钢的氢致韧性损伤。结果表明,YB70钢拉伸试样充氢2h以上,其韧性损伤超过80％。在充氢拉伸试样的断口上观察到沿滑移面扩展的穿晶裂纹;基体和碳化物界面处的氢偏聚,使拉伸变形中在距界面约15nm处形成高密度位错缠结,裂纹在位错缠结处形核并沿滑移面扩展,导致了YB70钢的韧性损伤。     

镁处理对海底管线钢氢致开裂敏感性和氢捕获效率影响

通过NACE TM 0284-2016标准试验和Davanathan-Stachurski双电解池氢渗透试验,评估和分析了不同镁添加量X70级别海底管线试验钢的氢致开裂(HIC)敏感性和氢捕获效率。结果表明,镁处理可以细化钢中夹杂物,形成以Ti_2O_3为主要成分的复合夹杂物。随着镁添加量的增加,试验钢的晶粒依次细化,虽然钢中夹杂物总数增多,但大尺寸夹杂物数量减少。镁处理是通过改变夹杂物数量、成分和尺寸分布从而改善其抗HIC敏感性的。在本试验范围内,镁添加量为0.003%(质量分数)的试验钢抗HIC性能最佳。     

加热温度对热成形中锰钢氢脆敏感性的影响

对0.1C–5Mn中锰钢在不同温度(850、950和1000℃)加热后进行热成形处理,利用电化学预充氢、慢应变速率拉伸及氢渗透实验等研究了加热温度对其氢脆敏感性的影响.结果表明,试验钢在不同温度加热后进行热成形处理,其组织全部为马氏体,同时因自回火而生成一定量的ε-碳化物,且随着加热温度的升高,原奥氏体晶粒尺寸增加,而试验钢的强度和塑性逐渐降低.当加热温度为850℃时获得了较好的强度与塑性配合,强塑积为22 GPa·%.随着加热温度升高,充氢样中的可扩散氢含量明显降低而非可扩散氢含量有所增加,而以相对缺口抗拉强度损失表征的氢脆敏感性指数及有效氢扩散系数呈现先升高后显著降低的变化趋势,当加热温度为1000℃时,氢脆敏感性最低.进一步断口分析表明,试验钢充氢断口起裂区均为沿着原奥氏晶界的沿晶断裂.试验钢的这种氢脆断裂行为主要与热成形中锰钢的强度水平及自回火析出的ε-碳化物有关.与常用的传统热成形钢22MnB5相比,试验钢的氢脆敏感性较高,这主要与其M_s点(马氏体转变开始温度)较低而使得自回火程度较低等有关.     

镁处理对海底管线钢氢致开裂敏感性和氢捕获效率影响

摘要：通过NACE TM 0284 2016标准试验和Davanathan Stachurski双电解池氢渗透试验,评估和分析了不同镁添加量X70级别海底管线试验钢的氢致开裂（HIC）敏感性和氢捕获效率。结果表明,镁处理可以细化钢中夹杂物,形成以Ti2O3为主要成分的复合夹杂物。随着镁添加量的增加,试验钢的晶粒依次细化,虽然钢中夹杂物总数增多,但大尺寸夹杂物数量减少。镁处理是通过改变夹杂物数量、成分和尺寸分布从而改善其抗HIC敏感性的。在本试验范围内,镁添加量为0.003%（质量分数）的试验钢抗HIC性能最佳。     

微合金化TRIP型退火马氏体钢氢渗透行为研究

通过在0.2%C-1.5%Si-2.0%Mn成分基础上进行Nb、V和Ti微合金化成分设计以及"完全奥氏体区淬火+临界区淬火至马氏体相变点以上温度配分"工艺,获得组织为退火马氏体基体+残余奥氏体的退火型马氏体TAM。对各种钢氢渗透行为的研究发现,微合金元素析出物能够显著抑制氢在钢基体中的扩散行为。Nb、V和Ti处于可比的加入水平时,Nb微合金化钢的氢扩散系数最低,为0.716×10~(-7) cm~2/s, Ti微合金化钢为1.136×10~(-7) cm~2/s,0.052%V钢为2.647×10~(-7) cm~2/s,这些值均低于参照钢。对含钒钢,随着钢中V含量增加,氢渗透时间长,产生的氢陷阱作用增强。认为Nb和Ti在高温析出粗大的碳化物对氢的抑制作用强烈,而V在低温析出的高密度细小、弥散分布的碳化物,使基体具有大量的氢陷阱,保证材料获得强的抑制氢扩散能力。     

氢对套管钻井钢Ⅰ/Ⅲ复合型断裂韧性的影响

利用SEM、疲劳实验机等研究了氢对套管钻井钢Ⅰ/Ⅲ复合型断裂韧性的影响。结果表明:充氢均使得Ⅰ型J积分JⅠ和Ⅲ型J积分JⅢ之间比例系数减小,即随着Ⅲ型载荷分量的增加,JⅠ降低量相同,充氢试样JⅢ增加更少,从而导致总J积分JT降低更多。充氢使得3种组织套管钻井钢纯Ⅰ型断裂韧性显著降低;通过外延法推测出,氢也使得纯Ⅲ型断裂韧性降低,当裂纹倾角为45°时,氢使得回火马氏体钢的Ⅲ型断裂韧性降低最显著。对于不同组织钢来说,回火马氏体钢对氢最敏感,铁素体-贝氏体-马氏体钢次之,珠光体-铁素体钢抗氢影响能力最强。相比未充氢试样,预充氢试样断口台阶表面显著更平整,这与充氢试样导致套管钻井钢具有更低的断裂韧性是一致的。     

高氮不锈轴承钢碳化物分布与高温断裂机制

 通过高温拉伸试验研究高氮不锈轴承钢高温断裂行为,探究了170 ℃和470 ℃回火态钢中碳化物分布特征,分析了高温拉伸断裂及组织演变和碳化物分布规律。研究发现,回火温度从170 ℃升高至470 ℃,高氮钢中大于0.8 μm的碳化物明显增加,高氮钢中M₂₃C₆强化增量提高了2.59 MPa,固溶强化增量下降了118.82 MPa,470 ℃回火态钢的室温抗拉强度降低、拉伸断口表现为准解理和少量撕裂韧窝;拉伸温度升高至300 ℃,试样断口表现为等轴型韧窝特征,170 ℃和470 ℃回火态试样起裂源断裂碳化物尺寸分别为2.8~3.6 μm和5.5~6.7 μm;450 ℃拉伸断口表现为塑孔韧窝特征,170 ℃和470 ℃回火态试样起裂源断裂碳化物尺寸分别为2.7~3.4 μm和5.8~6.4 μm。拉伸温度从300 ℃提高至450 ℃,钢的固溶强化和位错强化作用减弱,金属原子间结合能下降,碳化物与基体不连续应力分布加剧变形不协调性,碳化物承担较高应力而发生断裂。单纯热作用下钢中0.5~0.8 μm尺寸碳化物数量比例增加;在热力耦合作用下,钢中应力所导致的位错增殖为碳元素扩散提供通道,钢中碳化物在晶界和位错线上形核析出0.2~0.8 μm碳化物。裂纹沿着与拉伸方向45°角的最大剪力方向快速扩展而断裂,最终形成锯齿状的断口,小尺寸碳化物增多阻碍位错滑移导致塑性降低;钢中大尺寸碳化物不均匀分布在碳化物间形成大变形塑孔而增加钢的塑性。     

开轧温度对铌微合金化热成型钢氢致延迟开裂性能的影响

通过动态充氢恒载荷、氢渗透等实验研究轧制工艺对铌合金化热成型钢的氢致延迟开裂性能的影响.随着开轧温度从1000℃降低到950℃,热成型钢的氢扩散系数降低,氢致延迟开裂性能提高,耐腐蚀性能下降.透射电镜观察发现开轧温度为1000℃时MX型析出相尺寸为30 nm;开轧温度为950℃时热成型钢的MX型析出相尺寸为5 nm左右,可以观察到直径为50 nm Cr₂C₃析出相.作为氢陷阱的纳米析出相是提高实验钢氢致延迟开裂性能的主要因素.析出相不同的原因是开轧温度为1000℃时MX型析出相发生熟化现象,进一步抑制Cr₂C₃的析出.      

102Cr17Mo轴承钢铸坯夹杂物及碳化物解析

102Cr17Mo钢属于高碳高铬马氏体不锈钢,钢中夹杂物及碳化物的形貌及分布对其性能有重要影响。依托于某厂La-Ce复合稀土改质的102Cr17Mo模铸坯,用光学显微镜、扫描电镜、夹杂物三维腐刻、Thermo-calc软件对其进行解析。结果表明,在102Cr17Mo铸坯中,夹杂物的等效直径集中分布在1～3μm,夹杂物数量密度集中分布在47～54个/mm²,夹杂物面积占比分布在0.025 3%～0.028 4%;夹杂物的整体尺寸较小,分布弥散化,不同部位的夹杂物数量密度、面积比例差距较小;夹杂物主要成分为氧、铝、铈、镧和其他等少量元素,夹杂物类型包括稀土氧化物Ce-La-Al-O、稀土氧硫化物Ce-La-Al-O-S,未发现单独存在的Al₂O₃夹杂和MnS夹杂。铸坯中碳化物形貌主要分为3类,即大颗粒状碳化物、聚集状碳化物、网状碳化物。大颗粒状碳化物尺寸约为20μm,所含主要元素为铁、铬、碳和钼,聚集状碳化物尺寸约达100μm,所含主要元素为铁、铬、钼和碳,网状碳化物尺寸约为80μm,所含主要元素为铁、铬、钼和碳。从边部到心...     

冷轧双相超高强钢氢致延迟断裂门槛应力研究

以抗拉强度为1 000 MPa级的汽车用冷轧双相钢为对象,采用电化学充氢和恒载荷拉伸试验方法,研究了材料在不同应力和充氢条件下的延迟断裂行为以及材料延迟断裂门槛应力与氢浓度之间的关系.结果表明,在充氢条件下材料延迟断裂时间随着应力的增大而缩短,延迟断裂的门槛应力随着充氢电流密度增大而下降,延迟断裂门槛应力与临界可扩散氢浓度的对数呈线性关系.     

利用TDS方法研究氢在两种马氏体钢中的扩散

采用TDS方法研究了氢在两种马氏体钢中的扩散行为,结果发现氢在高铬低铝的D2钢中的扩散显著低于低铬无铝的D1钢。从充氢试样室温放置时氢体积分数下降规律可知,氢在D1钢和D2钢中的扩散系数分别为1.52×10-7和5.3×10-8cm2/s。D2钢中存在大量细小的碳化物,既对氢的扩散起到阻碍作用,降低氢的扩散系数,又可作...     

钒钼微合金化32MnB5热成形钢的抗氢脆性能研究

在实验室条件下通过在传统32MnB5热成形钢基础上添加不同含量的V和Mo，利用慢应变速率拉伸试验来评价材料的氢脆敏感性，并结合氢渗透试验对微合金化热成形钢的抗氢脆性能变化机理进行了探讨。试验结果表明：添加V和Mo合金元素均有利于提高材料的抗氢脆性能，材料充氢后的塑性损失均出现降低。其中V与Mo复合添加相对于单一添加V样品，其原奥氏体晶粒尺寸及纳米级析出相尺寸更为细小，可以有效捕获氢原子，阻碍了氢原子的扩散，因此表现出最佳的抗氢脆性能，氢扩散系数降至7.3×10^-11 m²/s，可扩散氢浓度减少至4 100 mol/m³。     

GT1钢COD试验研究

测定了GT1钢热轧、常化和搪烧三种状态的临界COD值δ_i或δ_c,并与T06TiA和A3钢韧性进行了对比。结果表明,经过常化和搪烧后,GT1钢韧性得到显著改善,它的δ_i虽低于T06TiA钢,但远高于A3钢。对GT1钢三种状态的金相组织、微观断口形貌、碳化物尺寸及分布进行了分析,发现它们之间存在的差异,导致了韧性的不同。     

高强海工钢EH36中氢扩散行为研究

通过显微组织表征明确了高强海工钢EH36厚板心部和表面组织的差异,进而通过氢渗透测试、内耗、氢脆敏感性指数测定等实验研究了EH36厚板心部和表面位置的氢扩散行为。结果表明,EH36厚板的表面和心部组织分别为贝氏体组织和铁素体+珠光体组织。心部组织的氢陷阱数量较少,组织溶氢能力较弱,氢扩散系数较高,氢扩散穿透时间较短。钢中间隙氢原子的扩散导致了充氢后实验钢的内耗峰在低温区出现了H-Snoek峰,同时氢的存在使得SKK峰发生偏移。相比于心部位置,由于实验钢表面的组织中所含界面较多,导致其内耗谱在高温区出现较弱的晶界峰。实验钢心部粗大的铁素体+珠光体组织导致其氢脆敏感性指数较高,抗氢脆失效能力较弱。此外,钢中氢原子的大量存在会显著弱化柯氏气团对可动位错的钉扎作用,降低实验钢的屈服点延伸率。     

高 速 钢 中 的 碳 化 物 缺 陷

 大量碳化物的存在是高速钢组织的重要特征,也是影响高速钢质量和性能的关键因素。碳化物颗粒细小、形状规则和分布均匀的钢其质量和性能都好。但是,钢中的碳化物并不都这样理想,往往存在缺陷。根据对W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V和W2Mo9Cr4VCo8等钢中碳化物的研究结果,分析了高速钢中常见的几种缺陷：①碳化物分布不均匀;②颗粒尺寸粗大,形状不规则,多为角状等;③碳化物微裂纹;④碳化物粘连等;⑤二次碳化物稀少。另外,还分析了以上碳化物缺陷产生的原因和危害性,并指出了减少缺陷应采取的措施。     

粉末热锻制备9Cr-ODS钢的微观组织和力学性能研究

摘要：ODS钢因其优异的高温力学性能和抗辐照能力被认为是新一代核反应堆最具潜力的结构材料之一。在机械合金化后,通过粉末热锻成型的方法制备了一种低活化9Cr-ODS钢。采用SEM、XRD、TEM及拉伸实验等研究了粉末形貌和粒度随球磨时间的变化规律,以及热处理后9Cr-ODS钢的微观组织及力学性能。实验结果表明,球磨至50 h后,粉末的粒度、晶粒尺寸和晶格畸变趋于稳态。热处理后的9Cr ODS钢成功获得了具有高密度位错的回火马氏体组织,晶粒细小,析出相为M23C6碳化物及Y-Ti-O型氧化物。氧化物颗粒的平均直径为10.2nm,数密度约为1.3×1022m-3。粉末热锻成型的9Cr-ODS钢的致密度达到了99.4%,并具有优良的强塑性,其室温抗拉强度和屈服强度分别为910MPa和750MPa,700℃时分别为200MPa和160MPa。