国内外高氮马氏体不锈轴承钢研究现状与发展

 高碳铬不锈钢是应用最为广泛的不锈轴承钢,其具有较高的硬度和一定的耐蚀性,然而较高的碳、铬质量分数导致粗大碳化物的出现,轴承钢的疲劳和耐蚀性能将受到损害。相比之下,钢中添加氮元素能够减少粗大共晶碳化物的数量,同时析出大量细小的氮化物及碳氮化物,氮代碳既强化基体又改善耐蚀性,从而获得高强度与良好耐蚀性。介绍了含氮轴承钢及含氮马氏体轴承钢的发展历程,分析了不锈轴承钢中氮元素对组织结构、力学性能和耐蚀性能的作用机理;介绍国内外含氮轴承钢的研究现状并指出了含氮轴承钢研究的不足,需要在氮溶解模型、氮对组织演变及耐蚀机制等方面进行基础理论研究,同时不断研发不同系列的含氮马氏体轴承钢。     

合金元素对高氮不锈轴承钢组织与性能的影响

采用金相、扫描、X射线衍射和电化学等方法研究了合金元素对高氮不锈轴承钢组织性能的影响.结果表明:钢中加氮细化组织与碳化物,析出相尺寸随着氮含量的增加而降低.高氮不锈轴承钢1030、1050℃淬火后残余奥氏体体积分数达到20％～35％,而且碳氮含量越高,残余奥氏体越多.经冷处理及回火后残余奥氏体体积分数降至7％～10.3...     

合金元素对高氮不锈轴承钢组织与性能的影响

采用金相、扫描、X射线衍射和电化学等方法研究了合金元素对高氮不锈轴承钢组织性能的影响。结果表明:钢中加氮细化组织与碳化物,析出相尺寸随着氮含量的增加而降低。高氮不锈轴承钢1 030、1 050℃淬火后残余奥氏体体积分数达到20%～35%,而且碳氮含量越高,残余奥氏体越多。经冷处理及回火后残余奥氏体体积分数降至7%～10.3%,由于残余奥氏体的相变强化与碳氮化物析出强化,低温回火硬度约为59HRC,500℃高温回火硬度可达到58HRC～59HRC。高氮不锈轴承钢中析出相细化、基体贫铬区减少及氮-钼协同作用,使其耐蚀性能明显优于440C钢,而且钢中氮含量越高,耐蚀性能越好。因此,较高合金含量(C+N)的高氮不锈轴承钢兼具高硬度和优异的耐蚀性能。     

冶金工艺对GCr15高周旋转弯曲疲劳性能的影响

对真空脱气与电渣重熔两种冶金工艺制备的GCr15轴承钢进行了高周机械疲劳试验研究,发现在107次疲劳寿命条件下,电渣重熔轴承钢具有1 085 MPa的旋弯疲劳强度,高于真空脱气轴承钢的1 000 MPa。利用扫描电镜对疲劳断口进行了表征和分析,结果显示引起电渣重熔轴承钢起裂的夹杂物尺寸分布在3.4~25.6μm,而导致真空脱气轴承钢裂纹起裂的夹杂物尺寸为13.3~71.9μm。通过对旋弯疲劳断口的起裂核心夹杂物、裂纹扩展的鱼眼以及瞬间断裂区等疲劳全过程特征参数与旋弯疲劳强度以及旋弯疲劳寿命间关系研究,发现了大颗粒夹杂物尺寸(DS)及分布是影响轴承钢旋弯疲劳强度与寿命的关键因素,指出降低轴承钢中大颗粒夹杂物尺寸、控制其分布以及提高裂纹容忍度依然是未来高端轴承钢冶金控制的发展方向。     

M50NiL轴承钢淬回火组织特征及拉压疲劳裂纹的萌生

摘要：通过拉压疲劳试验及微观组织观察研究了M50NiL轴承钢淬回火组织特征及对疲劳裂纹萌生的影响作用。结果表明,试验钢的组织主要为板条马氏体,少量δ-铁素体及M2C、MC碳化物;扫描电镜观察发现1070℃淬回火试样δ-铁素体及临近的聚集球状M2C碳化物,δ-铁素体位于晶界处,尺寸主要为4~8μm,钢中碳化物尺寸最大为2.66μm;1100℃淬回火试样δ-铁素体相界存在大量片状的M2C碳化物,尺寸在8μm以上的δ-铁素体数量增加,最大为17.51μm;1070℃淬回火试样的疲劳极限为713MPa,主要起裂源为Al2O3、Al2O3-CaO夹杂物,循环次数随夹杂物尺寸的增大而降低,且Al2O3-CaO夹杂更易引起试样的疲劳断裂;1100℃淬回火试样的疲劳极限为707MPa,主要起裂源为δ 铁素体组织缺陷,起裂源于8μm以上δ-铁素体的相界处,疲劳寿命受应力及δ-铁素体尺寸影响。     

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。     

碳含量对690合金组织和力学性能的影响及强化机制

 研究了不同碳含量对脱敏态690合金显微组织和力学性能的影响,并对合金的强化机制进行了分析。研究结果表明：碳质量分数在0.011%～0.033%的范围内时,随着其含量的增加,脱敏态690合金的晶界析出物形貌由细小半连续的颗粒逐渐转变为粗大分散的颗粒;主要析出物为M23C6富铬碳化物,M23C6析出物的质量分数从0.181%增加到0.541%。同时,随碳含量的增加,脱敏态690合金的平均晶粒尺寸从23μm减少到10μm;室温抗拉强度从702.5MPa增加到810MPa;屈服强度从300MPa增加到402.5MPa。细晶强化是690合金的主要强化方式。     

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。     

碳、铬含量对不锈轴承钢的组织和接触疲劳寿命的影响

通过试验研究了不同碳、铬含量对不锈轴承钢的显微组织、碳化物、硬度和接触疲劳寿命的影响。试验结果表明，随着钢中碳、铬含量的增加，碳化物逐渐变得粗大、链状碳化物增多并且弥散度变差。碳含量在0．67％，铬含量13．58％时，钢的硬度≥HRC58，接触疲劳寿命L10最长。     

碳含量对注射成形HK30不锈钢显微组织与力学性能的影响

针对实际生产中注射成形HK30不锈钢碳含量较高导致其性能下降的问题,本研究在喂料中添加石墨来改变注射成形HK30奥氏体不锈钢的碳含量,研究碳含量(质量分数,下同)对HK30不锈钢显微组织与力学性能的影响。结果表明,随碳含量从0.02%增加至0.49%,HK30奥氏体不锈钢的氧含量降低,材料的孔隙减少,相对密度、硬度和抗拉强度都提高;随碳含量增加,不锈钢晶界处逐渐析出M23C6型碳化物,少量晶界碳化物的析出能强化晶界,使材料硬度与强度都显著提高,但碳含量从0.18%增加至0.49%,烧结阶段液相量大幅度增加,材料出现过烧,并且晶界碳化物异常长大,达到3~5μm,材料的伸长率显著减小到26%。当碳含量控制在0.18%时材料性能最优,硬度(HV)达到162.81,相对密度为96.4%,抗拉强度和伸长率分别为589.96 MPa和45.7%。     

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。     

高温渗碳轴承钢旋弯疲劳裂纹萌生与扩展行为

 为了提高航空轴承的服役寿命,借助QBWP-10000X型旋转弯曲疲劳试验机,研究了高温渗碳轴承钢的旋转弯曲疲劳性能和裂纹萌生扩展行为。结果表明,钢的中值疲劳强度达到913.3 MPa。有效渗层中大量M₂₃C₆和少量M₆C碳化物显著提高了试验钢的表面硬度,渗层不同碳浓度导致马氏体先后发生相变而形成408 MPa表面压应力,进而提高了钢的疲劳性能。疲劳裂纹主要萌生在表面缺陷和次表面碳化物,分别占比71.4%和 28.6%。萌生裂纹缺陷特征尺寸及承载应力对应力强度因子和循环次数影响显著,深犁沟形状由于涉及应力集中而直接影响疲劳循环次数,承受相同加载应力碳化物特征尺寸越大,循环次数越低。裂纹萌生后沿渗碳层碳化物边界快速扩展同时向芯部缓慢扩展,最后在试样疲劳源对侧近边缘区域发生准解理和韧性混合断裂。     

高氮不锈轴承钢的微观组织与性能研究

利用OM、SEM、XRD和电化学方法对X60N高氮不锈轴承钢(/％:0.63C,15.00Cr,0.61Mo,0.190N)进行组织观察、室温和高温力学性能及耐蚀性能研究.结果表明,钢中降碳加氮可显著降低粗大共晶碳化物的数量及尺寸,X60N钢加氮后的原始奥氏体晶粒尺寸及碳化物明显细化.X60N钢经1050 ℃奥氏体化淬...     

Milling of Carbide-Steel Powder Components and Their Mixtures in an Attrition Mill

Milling of wear-resistant steel and titanium carbide powders is studied with an attrition mill rotation rate of 980 rpm. The physical and technological properties of powders and particle size are determined. Particle shape and the change in material chemical composition during milling are studied. It is established that steel powder cannot be milled to particle sizes less than 3.6 μm whereas a mixture of steel and titanium carbide can be milled to a fine state (0.3 μm). Powders with a size of about 1 μm neither flow nor are formable. Use of benzene as a milling medium makes it possible to prevent steel powder oxidation, but the carbon content in titanium carbide decreases. During milling of the main part of the charge to a fine state rather large steel particles (up to 50 μm) remain.     

以抗疲劳性能提升为目标的高碳轴承钢质量改善

轴承钢制造企业不仅需要关注自身产品的检验质量,更需要关心产品在下游用户和终端用户的使用质量。疲劳寿命是轴承钢使用性能较为有效的评价指标。兴澄特钢的滚动接触疲劳(RCF)和旋转弯曲疲劳(RBF)试验结果显示,夹杂物是影响高碳轴承钢疲劳失效的主要因素,钢中夹杂物的尺寸增加和偏析引起的夹杂物在中心的偏聚,会加速轴承钢使用的疲劳失效。通过浇铸钢水过热度控制并与轻压下工艺相匹配,可以改善连铸钢中心缺陷,降低因中心缺陷遗传导致的钢材使用疲劳失效概率。通过改变中间包形状优化浇铸过程钢水的流动,减少了钢中对轴承钢疲劳破坏敏感性强的B类和DS类夹杂数量和全氧含量,也减少了夹杂物总数量,有利于提升轴承钢的疲劳寿命。通过改善轴承钢纯净度和成分均匀性提高轴承钢疲劳寿命,仍然是兴澄特钢今后很长时间内的主要工作方向。     

Ti和Nb对超低碳氮Cr18不锈钢回复再结晶的影响

超低碳氮Cr18铁素体不锈钢,由于碳、氮元素含量较低,其耐腐蚀性、塑性均有所改善,可进行深加工、焊接等,其冷轧板可作为汽车排气系统、电梯面板等的原材料。研究了添加不同含量Ti、Nb对超低碳氮Cr18铁素体不锈钢热轧板和冷轧板的回复再结晶及再结晶晶粒尺寸的影响。结果表明,含0.29%Nb的热轧板和冷轧板的回复再结晶被显著延迟,而且再结晶晶粒明显细化。     

海洋大气环境下低碳稀土钢耐腐蚀性能的研究

通过大气暴晒实验研究了海洋大气环境下低碳钢和稀土钢的腐蚀行为.结果表明,稀土元素有利于提高碳钢耐海洋大气的腐蚀性能.采用SEM、XRD以及电化学方法对腐蚀产物进行研究.发现稀土钢锈层组织缺陷较少,能有效阻挡腐蚀性离子侵入.稀土可以促进腐蚀产物中活性物相向α - FeOOH转化,并能细化锈颗粒,提高铁锈中非晶相比例.     

6Cr15Mo4VN��иֵ���΢��֯������

Combined with the calculation of Jmatpro software and a large number of trial production, the new type of high temperature resistant stainless bearing steel 6Cr15Mo4VN was developed. DSC analyzer, optical microscope and EPMA were used to study the microstructure and properties of 6Cr15Mo4VN nitrogen- containing bearing steel. The results show that the microstructure of quenched- tempered sample is tempered martensite + carbide + residual austenite, which primary carbide is zonal distribution with an acceptable size, fine carbide is uniformly distributed in martensite matrix. The steel gets lower hardness after annealing and becomes very hard after quenching- tempering, which shows excellent properties for bearing. In 40 mass% nitric acid solution, almost no corrosion occurs. In 10 mass% hydrochloric acid solution, the corrosion resistance property is superior to 9Cr18Mo and 7Cr14MoN.     

一种2000 MPa级中碳高强度弹簧钢的疲劳破坏行为

 研究了一种2 000 MPa级中碳高强度弹簧钢的疲劳破坏行为。升降法得出实验钢的旋转弯曲疲劳极限σ-1为810 MPa，此值明显高于传统弹簧钢；这主要得益于实验钢具有良好的强度和塑韧性配合及均匀细小的奥氏体晶粒。用SEM对疲劳断口的分析表明，实验钢的疲劳破坏均起源于试样表层的非金属夹杂物，其主要成分为含Ti和V的碳氮化物，平均尺寸为(50±10)μm，且呈“鱼眼”断裂。相对于试样心部的夹杂物，表层夹杂物对实验钢的疲劳性能的危害性更大。