疲劳性能不合格的38Si7弹簧钢夹杂物分析

  针对工业生产38Si7弹簧钢疲劳强度不合格的问题,借助光学显微镜和扫描电镜,并结合数学理论模型,从夹杂物的角度分析38Si7弹簧钢疲劳强度不合格的原因。研究结果表明：工业生产38Si7弹簧钢中的夹杂物主要组成为CaO(MgO) Al2O3 SiO2三元复合夹杂物,而且圆截面上中心区域复合夹杂物中Al2O3的含量明显低于外层复合夹杂物中Al2O3的含量;根据夹杂物等效投影面积模型得出,当疲劳失效为内部起裂时,临界夹杂物尺寸大约为6.5μm,当疲劳失效为表面起裂时,临界夹杂物尺寸大约为5.5μm。当弹簧钢中的夹杂物尺寸大于临界夹杂物尺寸时,容易造成疲劳强度失效。     

30Cr3WVE轴承钢疲劳裂纹形成与扩展行为

通过力学性能测试以及微观组织和疲劳断口形貌分析等系统研究了一种采用双真空冶炼的高洁净度轴承钢30Cr3WVE的高周旋转弯曲疲劳破坏特性及非金属夹杂物对其疲劳性能的影响。结果表明:30Cr3WVE轴承钢经870℃淬火和550℃回火后具有优异的综合力学性能,旋转弯曲疲劳极限强度达到732MPa;通过疲劳断口的SEM观察,疲劳裂纹起源于试样的表面缺陷和内部的非金属夹杂物。表面缺陷为非金属夹杂物脱落形成的凹坑和机加工留下的刀痕,内部非金属夹杂物主要为Al、Mg、Si和Ca的氧化物。夹杂物对30Cr3WVE轴承钢旋转弯曲疲劳极限强度的影响与其尺寸和至表面的距离密切相关。构建了夹杂物尺寸和分布对30Cr3WVE轴承钢旋转弯曲疲劳极限强度影响的模型,通过控制夹杂物尺寸和数量可显著提高该钢的旋转弯曲疲劳极限强度。     

喷射成形与传统熔炼高速钢M2的组织与力学性能研究

通过喷射成形和传统熔炼（中频冶炼+电渣重熔）两种工艺生产了高速钢M2（W6Mo5Cr4V2）试样，利用金相显微镜和M-200磨损试验机对同规格同位置的两种试样的退火组织、非金属夹杂物、淬回火硬度、显微组织和力学性能进行了研究。结果表明，喷射成形M2试样的碳化物分布均匀、尺寸细小，传统熔炼M2试样碳化物呈条带状分布；在相同热处理制度和位置下，喷射成形M2试样的回火硬度与传统熔炼M2试样相当；喷射成形M2试样的耐磨性要比传统M2试样提高约41%；喷射成形M2试样中尺寸大于2μm的MC类碳化物数量明显多于传统M2试样，使得在同等硬度下喷射成形M2试样的耐磨性能要优于传统M2试样。由此可知，喷射成形M2试样的组织及力学性能均优于传统熔炼M2试样，喷射成形技术具有工艺先进性。     

1 500 MPa级贝氏体/马氏体复相高强度钢的疲劳特性

对于一种C-Si-Mn-Cr合金,通过900 ℃奥氏体化20 min、空冷及280 ℃和370 ℃回火2 h,获得了抗拉强度为1 500 MPa的新型贝氏体/马氏体(B/M)复相组织高强度钢.利用疲劳实验研究了B/M复相高强度钢的疲劳极限,并采用C-T试样测定了疲劳裂纹扩展速率曲线.结果表明,B/M复相高强度钢的疲劳极限超过700 MPa,疲劳裂纹门槛值约为12.7 MPa*m1/2;经370 ℃回火的B/M复相高强度钢疲劳裂纹扩展速率较280 ℃回火时低;这种钢的疲劳性能较常规调质处理的高强度钢有所改善.     

夹杂物尺寸和暗光区尺寸对高强度钢千兆周期疲劳性能的影响

对SCM440和SUJ2钢进行了高达10^9次循环的千兆用期疲劳试验。千兆周期疲劳性能试验结果被分戍两组：由SCM440和二次熔炼SUJ2钢构成的一组显现出其疲劳强度高于由一次熔炼SUJ2钢构成的另一组。高疲劳强度组中的鱼眼状裂纹基本上起源于一种小的Al2O3夹杂物，而在低疲劳强度组中则完全起源于大的（Cr、Fe）3C夹杂。当夹杂物尺寸小于约10μm时，大体上暗光区尺寸随夹杂物尺寸下降而增加。当夹杂物尺寸超过10μm时，暗光区尺寸呈稳定状态。由于这种关系，当夹杂物尺寸非常小时，10^9次循环时疲劳极限与夹杂物尺寸无关。估计夹杂物尺寸在10～20μm之间时疲劳极限便失去与夹杂物尺寸的依存性。另一方面，当夹杂物尺寸超过上述尺寸时，疲劳极限取决于夹杂物尺寸及暗光区尺寸。暗光区和大夹杂物与小夹杂物相似，其△Kth取决于裂纹尺寸的1／3次方，这意味着疲劳极限取决于暗光区尺寸和大夹杂物尺寸的-1／6次方。     

32Cr3MoVE轴承钢旋弯疲劳特性及裂纹萌生扩展行为

摘要：采用光滑漏斗状试样对32Cr3MoVE轴承钢进行旋转弯曲疲劳测试，研究了32Cr3MoVE轴承钢旋转弯曲疲劳性能及裂纹萌生扩展行为。采用升降法测得其疲劳极限为860MPa，疲劳断口SEM观察并统计破断试样结果表明：疲劳破坏68.7%是由于非金属夹杂起裂，18.8%由表面加工缺陷起裂，125%为表面粗糙度起裂。当加载应力低于980MPa时，疲劳断裂主要是由于内部非金属夹杂引起的，高于980MPa时，疲劳断裂主要是由于表面粗糙度引起的。表面加工缺陷和表面粗糙度引起的最大应力强度因子分别为3.05和2.97MPa·m1/2，容易引发疲劳裂纹。非金属夹杂物尺寸在5.30～5.90μm范围内，局部应力从859.35MPa升至977.75MPa时，疲劳寿命从1.96×105降低到1.58×105；非金属夹杂物局部应力在840～900MPa范围内，夹杂物尺寸从2.28μm升至5.83μm时，疲劳寿命从1.10×106降低到1.96×105。     

50W800硅钢退火样在模拟海洋环境下腐蚀行为研究

采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)对无取向电工钢50W800退火试样组织、在模拟海洋环境下的腐蚀行为开展了微观及宏观形貌分析,结果表明,无取向电工钢50W800退火试样的金相组织为等轴晶铁素体组织,典型夹杂物类型有A1N、Al2O3、Al2O3-MnS、MgO-Al2O3-MnS夹杂;在模拟海洋环境下无取向电工钢50W800退火试样存在3种不同形貌的锈斑,且每种形貌锈斑在盐雾箱腐蚀60 min内变化过程存在差异,试样发生腐蚀的主要原因是由夹杂物Al2O3、Al2O3-MnS和Mg(-Al2O3-MnS引起的腐蚀形貌变化,且10μm以上Al2O3-MnS夹杂物引起的腐蚀,随着腐蚀时间的增加腐蚀面积增大.     

超高碳钢的回火组织及力学性能

用CM200型透射电子显微镜研究了超高碳钢双相区淬火 中、高温回火后的组织,用Instron型拉伸试验机测定了力学性能.结果表明:650℃的回火组织为等轴状的铁素体与球状的渗碳体,屈服强度σ0.2=1127MPa,抗拉强度σb=1 266 MPa,均匀伸长率δu=8.26%,总伸长率δt=9.71%,维氏硬度HV为397;450℃回火组织的铁素体保持淬火的形态,回火碳化物为ε碳化物在基体上以断续的片状析出,σ0.2=1 911 MPa,σb=2 028MPa,δu=δt=1.88%,HV为595;400℃回火组织中的铁素体保持淬火的形态,回火碳化物在位错处几乎呈网状析出,拉伸无塑性,HV为703.     

淬火温度对高碳钢组织和断裂韧度的影响

研究了不同淬火温度对高碳钢组织及断裂韧度的影响。利用紧凑拉伸试样测量其平面应变断裂韧度,扫描电镜(SEM)观察淬回火后的组织演变规律及断裂韧度试样断口形貌。结果表明:随着淬火温度的升高,淬火态组织中残余碳化物数量逐渐减少至920℃时全部消失;晶粒尺寸在淬火温度大于960℃时明显长大。600℃高温回火后,组织由残留大碳化物颗粒、回火析出碳化物及铁素体基体组成;塑性单调下降;断裂韧度在小于960℃时单调下降,大于960℃后基本不变;KIC试验断口逐渐由准解理型断裂转变为沿晶断裂。塑性变化是试验钢韧性降低的主要原因。     

钙处理车轮钢洁净度

为了解钙处理对车轮钢洁净度的影响,对BOF-LF精炼-RH精炼-钙处理-CC工艺生产车轮钢系统取样,采用扫描电镜对试样中夹杂物的形貌、尺寸及组成进行了分析。研究表明,钙处理前夹杂物主要为Al_2O_3-CaO及少量的Mg O和Si O2,尺寸在5μm以内,钙处理后夹杂物主要为Al_2O_3-CaO-Ca S,在板卷中呈不连续簇条状,部分尺寸为10μm以上;RH-中间包-热轧过程1~5μm夹杂数量密度呈降低趋势,由10降至3.1个/mm2,5~10μm夹杂数量密度控制在1个/mm2以内,10μm以上夹杂数量密度控制在0.2个/mm2以内;铸坯w(T[O])控制在0.001 0%以内;对夹杂物进行面扫,板卷中主要夹杂物为Ca S-CaO-Al_2O_3夹杂以及CaO-Al_2O_3-Mg O;对夹杂物轧制过程变形分析得出,轧制过程变形的长条状夹杂成分为CaO-Al_2O_3,而未变形的夹杂成分CaO-Al_2O_3外包裹Ca S。     

Ce和退火对U75V钢中MnS夹杂物的影响

摘要：以U75V重轨钢为实验钢种,分别研究了热处理、稀土处理及二者共同处理对钢中MnS夹杂物的影响。结果表明：原始U75V钢中主要有3类夹杂物,即纯MnS、Al2O3-SiO2-CaO-MnO复合夹杂和MnS半包裹的Al2O3-SiO2-CaO复合夹杂,其平均长宽比为3.3,平均尺寸为4.5μm。经加热至1200℃保温2h再水冷后,钢中夹杂物的种类和成分没发生变化,但是球化作用显著,平均长宽比降为1.3,降低了约61%,平均尺寸也有所减少,减少了约25%;添加微量稀土Ce后,夹杂物种类和成分均复杂化,除了纯MnS以外,还发现了另外3种不同形态的含Ce夹杂物。与原始U75V相比,添加Ce后,夹杂物球化作用与退火处理效果相当,平均长宽比降为1.4,降低了约58%,但是对平均尺寸减小作用甚微,只减小了9%;进一步地,对添加Ce后的实验钢进行1200℃保温2h再水冷,夹杂物球化率没有变化,即平均长宽比仍为1.4。但是夹杂物平均尺寸进一步减小,与原始U75V钢相比,减小了1.4μm（约31%）。与单一添加稀土Ce的钢相比,夹杂物平均尺寸也减小了1μm（约24%）。仅就夹杂物球化率即降低长宽比来说,退火和添加稀土2种处理方式的效果相同,考虑其节能环保因素,后者更具明显优势。另一方面,从夹杂物细化方面来说,单一添加稀土Ce在本实验条件下效果不明显,要想使夹杂物尺寸更小,需要添加Ce结合热处理对U75V钢进行综合处理。     

BOF-LF-CSP工艺生产SPHC钢的夹杂物演变

 通过热力学计算及转炉、LF炉、中间包、铸坯的系统取样与SEM、EDS等检测,对BOF-LF-CSP工艺生产的SPHC钢夹杂物在各工序的种类、数量、变性及组成进行了研究。结果表明,在BOF-LF-CSP过程中, 转炉终点夹杂物以Al2O3为主,在LF炉钙处理后钢水Al2O3夹杂的质量分数降低到铝处理后时的50%,出LF炉时钢中剩余的Al2O3夹杂基本完成了球化变性,并以铝酸钙复合物或硅酸盐结合的镁铝钙复合物为主,球化率约为72%;铸坯内夹杂物的平均粒径为5. 4μm、球化率为75. 8%。Al2O3经历了①Al2O3→CaO·6Al2O3→CaO·2Al2O3或CaO·Al2O3→12CaO·7Al2O3或CaO·3Al2O3;②Al2O3→MgO-Al2O3→MgO-Al2O3-CaO→MgO-Al2O3-CaO-SiO2的演变,正确合理的精炼工艺会使夹杂物充分上浮、球化及变形,提高钢水可浇性及钢材性能。     

2205双相不锈钢连铸过程中夹杂物的形成机制

摘要：为了研究2205双相不锈钢连铸过程中夹杂物的特征及形成机制，从2205双相不锈钢连铸中间包和板坯上分别取试样，利用扫描电镜分析夹杂物的类型及形貌特征，并结合热力学计算探讨夹杂物的演变规律及其形成原因。结果表明，2205双相不锈钢中间包中存在大于10μm的夹杂物，中间包中夹杂物类型主要为CaO Al2O3和CaO Al2O3 MgO球形夹杂物，板坯中夹杂物尺寸都小于10μm，板坯中CaO Al2O3和CaO Al2O3 MgO球形夹杂物外面包裹了一层TiN。错配度和热力学计算表明凝固过程中CaO Al2O3和CaO Al2O3 MgO球形夹杂物为TiN的析出提供了形核质点。     

Investigation on Variation of Inclusions and Total Oxygen in IF Steel After RH Deoxidization

The variational regulation of inclusions and total oxygen in the IF Molten Steel during the RH refining process after deoxidization was studied. The results show that the relationship between total oxygen content and time is in accord with the following equation, T.O=271.25e-1.53t+23.49, R2=0.9966.The inclusion analysis investigation during RH pure circulation process indicates that the main inclusion of the IF molten steel after 2 minutes from the beginning of deoxidization is cluster inclusions of pure Al2O3 system. After 6 minutes from the aluminum deoxidization, the quantity of inclusion decreases and the inclusion style changes into block inclusions of Al2O3 system with the size of 5μm. In the other hand, some inclusions are of Al2O3-MgO. Complex inclusions of Al2O3-TiOx with the size of below 5μm, and the single particle or cluster complex inclusions with the typical square shape of Al2O3-TiN system are found after 3 minutes from titanium-ferrous alloy added. Then, the content of titanium of complex inclusions of Al2O3-TiOx decreases and the aluminum content rises along with the RH pure circulation time process. That means the inclusions of Al2O3-TiOx is not steady, and it trends to transfer into Al2O3.     

硫系易切削钢中硫化物的高温行为

易切削钢中硫化物的尺寸和化学组成对切削性能和热脆性有很大影响。详细研究了高温下硫化物尺寸和化学组成的演变行为,结果表明,1 100~1 250℃加热后硫化物发生了粗化长大,平均尺寸从初始的5.5μm增大至8~10μm,在1 300℃时保温2 h后硫化物发生了固溶,尺寸减小为2.6μm;高温处理后硫化物中固溶铁的质量分数从15.9%降低至5%,加热后的硫化物熔点从初始的825℃提高至890℃。合适的高温处理能够增大硫化物的尺寸,同时改善硫化物的化学组成,提高熔点。     

H13钢中Mg-Al-O系夹杂物的形成机理及控制

 通过对保护气氛电渣重熔工艺和普通电渣重熔工艺H13钢的锻材成分、氧化物夹杂的组成分析,研究了电渣重熔工艺H13钢中Mg-Al-O系夹杂物的形成机理及控制问题,并通过Factsage软件对Mg-Al-O系夹杂物的各优势区进行了理论计算。结果表明,保护气氛电渣重熔工艺中氧质量分数较低,仅为0.001 5%,氧化物夹杂主要是MgO·Al2O3,1～3 μm的小尺寸占比达到了62.5%;普通电渣重熔工艺中氧质量分数较高,达到了0.002 4%,Mg-Al-O系夹杂物以72.5%Al2O3＋27.5%MgO·Al2O3为主,含有4%的5～8 μm大尺寸夹杂物,1～3 μm小尺寸占比仅为37.8%,尺寸偏大。钢液中镁、氧质量分数的变化对MgO·Al2O3的优势区域影响较大,高镁、低氧有利于MgO·Al2O3生成,减小H13钢中氧化物夹杂尺寸。但MgO·Al2O3会作为大尺寸碳氮化物(Ti,Nb,V)(C,N)异质形核核心,后期对此问题还要做进一步研究。     

大方坯连铸42CrMoAH钢皮下夹杂物控制

 针对苏钢42CrMoAH钢大方坯（260mm×340mm）浇注存在的铸坯皮下夹杂物问题,分析了夹杂物的主要类型及其来源,研究了精炼渣组成对钢洁净度的影响,同时讨论了连铸工艺条件对铸坯皮下40mm以内的夹杂物数量、尺寸、组成的影响。研究表明：铸坯中的夹杂物主要来源于以A12O3为主的脱氧产物及以MnO·Cr2O3,FeO·Cr2O3等尖晶石类为主的二次氧化产物;由于精炼渣吸收A12O3夹杂物能力不足,再加上拉速低等因素导致结晶器内钢液上循环流弱,不利于脱氧及二次氧化产生的微小夹杂物在结晶器内碰撞聚合后上浮、排除,以致铸坯中尺寸为20~50μm的夹杂物达到总量的45%左右;采取提高精炼渣炉渣碱度、w(CaO)/w(Al2O3)值,及采用双侧孔型水口以加强结晶器内上循环流等措施后,铸坯皮下20~50μm的夹杂物降低了64%。     

镁对H13钢液析碳化物及组织的影响

摘要：为了研究镁对H13热作模具钢夹杂物、碳化物及组织性能的影响,采用蔡司金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、非水溶液电解、显微硬度仪等试验仪器,分析了经高温电阻炉冶炼的不同镁质量分数的H13钢。结果表明：由于镁较高的蒸气压,镁的平均收得率仅为2.12%;随镁质量分数的增加,钢中的氧化物夹杂由Ca-Al-O、Al2O3向MgAl2O4、MgO转变,硫化物夹杂由MnS向Mg-Mn-S转变;MgAl2O4、MgO与γ-Fe、M(CN)、M6(CN)的错配度和聚集长大能力相较于Al2O3更小,能够为钢中的液析碳化物提供更多的形核位置,减小析出碳化物的尺寸;微量镁可显著细化铸态树枝晶,减小二次枝晶间距,镁的加入,提高H13钢基体硬度、降低偏聚区硬度,H13钢整体硬度的均匀性得到改善。     

吸附Al2O3型结晶器保护渣的研究与应用

为了降低钢中Al2O3夹杂物的含量,开发了可吸附Al2O3型结晶器保护渣,并进行了工业试验。结果表明,采用该保护渣浇铸后,与普通型保护渣相比,铸坯中的Al2O3含量降低,夹杂物数量减少0.5个/mm2,夹杂物最大粒径平均降低8μm,保护渣单耗降低0.12g/t。     

Microstructure and Mechanical Properties of Martensitic Stainless Steel 6Crl5MoV

 Martensitic stainless steel containing Cr of 12% to 18% (mass percent) are common utilized in quenching and tempering processes for knife and cutlery steel. The properties obtained in these materials are significantly influenced by matrix composition after heat treatment, especially as Cr and C content. Comprehensive considered the hardness and corrosion resistance, a new type martensitic stainless steel 6Cr15MoV has been developed. The effect of heat treatment processes on microstructure and mechanical properties of 6Cr15MoV martensitic stainless steel is emphatically researched. Thermo-Calc software has been carried out to thermodynamic calculation; OM, SEM and TEM have been carried out to microstructure observation; hardness and impact toughness test have been carried out to evaluate the mechanical properties. Results show that the equilibrium carbide in 6Cr15MoV steel is M23C6 carbide, and the M23C6 carbides finely distributed in annealed microstructure. 6Cr15MoV martensitic stainless steel has a wider quenching temperature range, the hardness value of steel 6Cr15MoV can reach to HRC 608 to HRC 616 when quenched at 1060 to 1100 ℃. Finely distributed carbides will exist in quenched microstructure, and effectively inhabit the growth of austenite grain. With the increasing of quenching temperature, the volume fraction of undissolved carbides will decrease. The excellent comprehensive mechanical properties can be obtained by quenched at 1060 to 1100 ℃ with tempered at 100 to 150 ℃, and it is mainly due to the high carbon martensite and fine grain size. At these temperature ranges, the hardness will retain about HRC 592 to HRC 616 and the Charpy U-notch impact toughness will retain about 173 to 20 J. A lot of M23C6 carbides precipitated from martensite matrix, at the same time along the boundaries of martensite lathes which leading to the decrease of impact toughness when tempered at 500 to 540 ℃. The M3C precipitants also existed in the martensite matrix of test steel after tempered at 500 ℃, and the mean size of M3C precipitates is bigger than that of M23C6 precipitates.