M2高速钢大尺寸碳化物的形貌特征及析出机理

主要研究成品及锻造后M2高速钢碳化物种类和析出机理,为大尺寸碳化物控制提供理论依据。采用扫描电镜和能谱仪观测成品及锻造后M2高速钢中碳化物形貌、成分和分布;采用Thermo-Calc热力学软件计算M2高速钢的平衡析出相和Scheil凝固过程。结果表明,成品M2高速钢棒材中大尺寸碳化物网状分布包括MC、M6C、M2C碳化物及其复合碳化物;锻造后高速钢中出现带状碳化物和粗大碳化物堆积现象。平衡条件下,MC和M6C碳化物的析出温度分别为1 294和1 288℃,高于1 220℃奥氏体化温度;Scheil凝固时,MC、M6C和M2C碳化物依次析出。采用热处理及锻造难以消除M2高速钢中大尺寸碳化物,控制钢液凝固过程中碳化物的析出有重要意义。     

高速钢W4Mo3Cr4VSi中碳化物的析出行为

为了更好地了解高速钢W4Mo3Cr4VSi(4341)中碳化物的析出行为并对其加以控制,提高钢种的使用性能,通过扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)以及热力学计算软件Thermo-Calc对高速钢W4Mo3Cr4VSi中碳化物的种类、形貌、成分、分布以及析出行为进行了研究。研究发现,高速钢W4Mo3Cr4VSi中主要包含两类碳化物,一类是颗粒状的富钨钼的M6C碳化物,另一类是长条不规则形状的富钒的VC碳化物,两相碳化物均在凝固过程于液相中析出。其中,在VC碳化物的凝固过程中,研究结果显示,最先析出的是VN,当固相质量分数达到78%时,开始只析出VC。对于钢种碳化物的热稳定性,M6C碳化物的稳定性较低,当试样加热到1 150℃保温6 h时即有溶解现象,当试样加热到1 250℃保温6 h时,碳化物不仅有溶解现象,而且有明显的长大现象。VC碳化物热稳定性较高,无论加热到1 150还是1 250℃,其溶解变化均很小。     

UNS N10276合金电渣重熔凝固组织及成分偏析研究

研究了UNS N10276合金大规格电渣重熔锭铸态组织、合金元素偏析行为以及合金中析出相的析出规律,并结合热力学计算系统分析了电渣重熔凝固组织及偏析的形成原因。研究结果表明,UNS N10276合金电渣锭具有典型枝晶组织,电渣锭头部的二次枝晶间距明显大于尾部。合金在凝固过程中,Mo、Mn、Si、C等元素富集于枝晶间,属于正偏析元素;Fe、W、Cr等元素富集于枝晶干,属于负偏析元素。Mo是偏析最严重的元素且在电渣锭头部偏析量最大。UNS N10276合金电渣锭中的主要析出相为枝晶间和沿晶界分布的大尺寸μ相和M6C碳化物相。Mo元素是析出相主要形成元素,且在电渣锭头部析出数量多,析出相尺寸大。因此,为改善UNS N10276合金冶金质量及其热加工性能,在成分设计和实际生产中应尽量减少Mo元素偏析,并尽可能地减少其析出相的形成。     

模铸和电渣M2高速钢中碳化物的演变行为及对比

为了优化高速钢生产工艺、控制钢中碳化物,研究了不同冶炼工艺和加工工序下M2高速钢中碳化物的演变行为。采用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析以及热力学计算等方法,对模铸和电渣重熔M2高速钢中碳化物的类型、形貌、面积分数和分布进行研究和对比。结果表明,模铸M2高速钢锻造、轧制、盘圆和拉丝成材过程中网状碳化物得到破碎,但仍存在不规则一次碳化物,各工序下碳化物面积分数为4.96%、4.54%、5.05%和5.08%。电渣M2高速钢锻造后网状碳化物交叉处堆积比较严重,且比相同工序下模铸M2高速钢的面积分数高。国内某厂家和日本不二越的电渣M2高速钢二次锻造材中碳化物面积分数分别为5.47%和5.33%。M2高速钢锻造坯中碳化物为M₆C、MC、M₇C₃。存在于基体中的尺寸大、形状不规则的M₆C和MC对后续加工和成品材会产生不利影响。     

冷轧工作辊用半高速钢中碳化物的溶解和析出

采用X射线衍射分析、TEM组织观察和电子衍射分析,对新型半高速钢在加热和冷却及回火过程中碳化物的溶解和析出行为进行了研究。结果表明,退火状态下钢中含有MC、M6C和M7C3型碳化物;淬火加热时M6C和M7C3型碳化物全部溶解,回火过程中析出MC、M2C、M6C和M7C3型碳化物,当回火温度为520℃时出现硬度峰值,此时Mo2C的弥散强化起主要作用。     

冷轧辊用半高速钢碳化物细化工艺技术研究

基于Thermo-Calc热力学软件计算及原位观察结果,开展冷轧辊半高速钢95Cr5MoV碳化物细化技术研究。95Cr5MoV半高速钢平衡凝固碳化物类型主要有MC、M_7C_3和M23C6,其中M23C6型碳化物在785℃左右完全溶入基体,M_7C_3型碳化物在1 100℃时完全溶入基体,MC型碳化物在1 170℃左右完全溶入基体;采用高温共聚焦显微镜试验观察发现,大块状MC型碳化物在960℃时开始溶解,当温度升高到1 170℃左右时,溶解加速,但一直到1 217℃碳化物周围的基体开始局部熔化时仍然部分存在,表明非平衡态的溶解温度高于平衡态。为细化碳化物,实验室采用"1 100℃高温固溶+880℃三次循环+740℃退火"的新热处理工艺后,大块液析碳化物尺寸明显减小,且组织均匀性好,并在工业化生产中验证了该工艺的可靠性。     

快速抽锭电渣重熔M2高速钢160 mm×160 mm铸坯工艺及质量

为控制高速钢钢锭组织的不均匀性和碳化物偏析问题,常采用电渣重熔生产小规格钢锭,但其生产效率低、成材率低。采用快速抽锭电渣重熔小规格长电渣坯可提高生产效率和成材率,利用T型导电结晶器快速抽锭电渣炉以不同熔速重熔M2高速钢160 mm×160 mm方长坯并锻轧成材,通过对电渣坯成分、低倍、铸态组织及轧材碳化物不均度、大颗粒碳化物尺寸检测分析,并与常规电渣重熔Φ220 mm锭轧材进行对比,分析表明快速抽锭电渣炉以400 kg/h熔速重熔的电渣坯成分稳定、低倍组织良好,生产的轧材碳化物不均度、大颗粒碳化物尺寸与常规电渣重熔Φ220 mm锭轧材相当,而生产效率、成材率有明显提高。     

快速抽锭电渣重熔M2高速钢160 mm x160 mm铸坯工艺及质量

为控制高速钢钢锭组织的不均匀性和碳化物偏析问题,常采用电渣重熔生产小规格钢锭,但其生产效率低、成材率低。采用快速抽锭电渣重熔小规格长电渣坯可提高生产效率和成材率,利用T型导电结晶器快速抽锭电渣炉以不同熔速重熔M2高速钢160 mm×160 mm方长坯并锻轧成材,通过对电渣坯成分、低倍、铸态组织及轧材碳化物不均度、大颗粒碳化物尺寸检测分析,并与常规电渣重熔Φ220 mm锭轧材进行对比,分析表明快速抽锭电渣炉以400 kg/h熔速重熔的电渣坯成分稳定、低倍组织良好,生产的轧材碳化物不均度、大颗粒碳化物尺寸与常规电渣重熔Φ220 mm锭轧材相当,而生产效率、成材率有明显提高。     

立式连铸高速钢W6M05Cr4V2 Φ100mm坯的工艺试验

采用150 kg中频感应炉-150 kg过渡钢包在设计的Φ100 mm立式连铸机以结晶器振动频率1.2 Hz和振幅±3 mm,拉速0.4m/min,二冷水压力0.2 MPa进行高速钢W6Mo5Cr4V2连铸试验,并测定了在不同工艺条件下高速钢莱氏体网的厚度和冷却速率.结果表明,与15 kg锭普通模铸高速钢W6Mo5Cr4V2相比,Φ100 mm立式连续铸造得到的高速钢铸坯低倍组织致密无缺陷,莱氏体网明显变薄,铸坯心部莱氏体网平均厚度≤16 μm,晶粒明显细化;M2C和MC型碳化物的析出量增多,M6C型碳化物的析出量减少,碳化物更加细小、均匀和弥散;铸坯边部的冷却速率为3.33×104K/s,r/2处为9.4×103 K/s,心部为8.1×102K/s,冶金质量明显优于普通模铸.     

25Cr3Mo3NiNb二次硬化钢中的碳化物

利用TEM和萃取相分析方法，研究了25Cr3Mo3NiNb二次硬化钢淬火回火组织中的碳化物。结果表明，随淬火奥氏体化温度的升高，M6C型碳化物逐渐溶解。于1050℃奥氏体化时M6C型碳化物全部溶解，淬火态试样中只有少量的Nb(C，N)颗粒和自回火M3C型碳化物。随回火温度的升高，先后析出ε、M3C、M2C和M7C3等类型的碳化物。Nb(C，N)颗粒可以阻止淬火奥氏体晶粒的异常长大，而高温回火析出的M2C碳化物有二次硬化作用，从而提高回火稳定性和高温强韧性。     

M2高速钢 Φ183 mm锻坯针孔缺陷分析和工艺改进

M2高速钢(/%:0.86C,0.39Si,0.32Mn,0.015P,0.006S,6.00W,4.00Cr,4.80Mo,1.85V)Φ183 mm圆坯由2.0 t电渣锭(Φ500 mm)锻制而成。M2钢锻坯探伤缺陷率为33.33%~69.23%,主要为中心部位针孔缺陷。分析表明,针孔缺陷是钢锭偏析部位在开坯加热和锻制过程中产生过热形成的。通过将电渣重熔电流由8 000→6 800 A降至7 000→6 000 A,降低电渣重熔速度,开锻温度由1070~1090℃降至1030~1060℃,终锻温度由960~980℃C降至900~950℃以降低中间坯的中心温度等工艺措施,使M2钢 Φ183 mm锻坯的探伤缺陷率由50%降低到5.71%。     

新型挤压轮钢4Cr3.75MoSiV的析出相对热疲劳性能的影响

开发的新型挤压轮用钢4Cr3.75MoSiV(/%:0.39C、0.95Si、0.35Mn、3.75Cr、1.25Mo、0.99V、0.009 5N)和常用挤压轮钢4Cr5MoSiV(/%:0.42C、1.20Si、0.38Mn、5.04Cr、1.14Mo、0.85V、0.035 0N)由10 kg真空感应炉熔炼,并锻成Φ18 mm试验用棒材,然后经880℃1 h+720℃1 h球化退火,1 080℃15 min油淬,550℃2 h+530℃2 h两次回火处理。研究了两种钢主要析出碳化物形貌、尺寸,析出比例和分布以及对500次600℃-室温连续热疲劳性能的影响。结果表明,含5.04%Cr的4Cr5MoSiV常用钢的析出物中V₄C₃+VC占12%,并有26%Cr₂₃C₆析出,而开发的4Cr3.75MoSiV新型钢中有利于提高热疲劳性能的析出物V₄C₃+VC占31%,未发现Cr₃₃C₆析出物;4Cr5MoSiV钢热疲劳损伤因子3.18×10^-3,连续热疲劳试验表面裂纹比热疲劳损伤因子为1.77×10^-3的新型4Cr3.75MoSiV钢表面裂纹粗大。      

固溶温度对022Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢组织和性能的影响

试验研究了1000℃ 4h和1060℃ 4h固溶处理后022Cr22Ni5Mo3N钢中ϕ75 mm材的组织和力学性能。结果表明,022Cr22Ni5Mo3N钢ϕ75 mm材终锻温度970℃空冷的组织（体积分数)约为铁素体31% ,奥氏体 56%,析出物13%;1 000℃ 4 h固溶后为铁素体38% ,奥氏体60% ,析出物2%;1060℃ 4h固溶后铁素体50%,奥氏体50%,该钢通过釆用1060℃固溶后,拉伸断裂强度731MPa延伸率38%,冲击功AKV(-40℃ ）76~81 J,满足标准要求。     

42CrMoA钢内燃机曲轴的电渣熔铸

42CrMoA钢(%:0.34~0.49C,0.9~1.2Cr,0.15~0.25Mo)内燃机曲轴成品约重1t,用锻造生产其毛坯重6.2t,采用电渣熔铸-电渣熔焊法生产的坯重仅为1.5t。42CrMoA钢电渣熔铸件化学成分均匀,纯净度较锻件高。在8240柴油机上装车使用结果表明,与锻钢曲轴相比,没有观察到表面磨损脱落,较好地解决了曲轴的磨损脱落问题。     

汽车压铸用4Cr5Mo2V大型模具钢640 mm x 1100 mm 锻坯的研制

大冶特钢采用20 t电弧炉+LF精炼+VD脱气、20 t氩气保护电渣炉重熔、1 250～1 280℃高温均质化处理、60MN油压快锻机多向锻造及1 000～1 050℃高温固溶组合技术,生产的640 mm×1 100 mm 4Cr5Mo2V大型模具钢的非金属夹杂物(≤0.5级)、显微组织、横向冲击功(KV2 25～31 J),均高于北美压铸协会NADCA#207-2018标准高级钢质量水平,等向性达到0.95。     

H13热作模具钢大尺寸析出相特征及生成机制

针对H13钢中大尺寸析出相的存在形式及形成机制进行研究。研究发现,H13钢中大尺寸析出相包含3类——富钒的(V,Mo,Cr,Fe)C类、富Mo- Cr的(V,Mo,Cr,Fe)C类及硫化锰。富钒的(V,Mo,Cr,Fe)C类大尺寸析出相形状多呈现长条形,尺寸达数十微米,部分依附于硫化锰形核的析出相成类椭圆形;富Mo- Cr的(V,Mo,Cr,Fe)C析出相无规则形貌,钼、铬原子分数比相差不大,钒原子分数稍低。根据复合大尺寸析出相的结合形式,可以推测出大尺寸析出相的析出顺序。硫化物首先析出,富钒类(V,Mo,Cr,Fe)C相随后,富Mo- Cr类(V,Mo,Cr,Fe)C相则最后析出。结合大尺寸析出相的成分特征,Thermo- calc计算结果与试验结果一致。     

Evolution and Coarsening of Carbides in 2.25Cr-1Mo Steel Weld Metal During High Temperature Tempering

Transformation and coarsening of carbides in 2.25Cr-1Mo steel weld metal during tempering at 700 ℃ for different time intervals ranging from 1 to 150 h were examined by transmission electron microscopy and scanning electron microscopy. M3C carbides were observed in the as-welded specimens and when tempered, the precipitates were mainly composed of M3C, M7C3, and M23C6 carbides. A sequence for corresponding carbide transformation during tempering with initial precipitation of M3C and the subsequent precipitation of M7C3 and M23C6 was proposed. The precipitation of M7C3 with higher chromium content was the main factor contributing to the decrease in coarsening rate of precipitates after prolonged tempering. The decrease in hardness of the tempered specimens agreed well with the prediction of the weakening of precipitation strengthening owing to the coarsening of carbides.     

2 200 MPa级二次硬化型超高强度钢析出相及力学性能

 采用SEM、TEM、HRTEM、物理化学相分析法研究了回火温度对Fe-Co-Ni-Cr-Mo-W系2 200 MPa级二次硬化型超高强度钢的析出相及力学性能的影响。结果表明,试验钢在回火过程中具有明显二次硬化现象;抗拉强度、屈服强度在490、530 ℃达到峰值,峰值强度分别为2 243、1 859 MPa;试验钢在510 ℃具有较好的综合力学性能,抗拉强度为2 185 MPa,屈服强度为1 859 MPa,冲击功为35 J;在400～440 ℃回火时,马氏体板条内和板条界处析出大量粗大的层片状渗碳体;回火温度高于470 ℃时,板条内析出大量均匀弥散分布的细小M2C碳化物及少量的laves相Fe2W,这是产生二次硬化现象的原因;随着回火温度的升高,M2C型碳化物中的钼、钨元素质量分数增加,铁、铬质量分数降低。     

无金属粘结相硬质合金的电化学腐蚀行为

采用1 700℃、20 MPa高温高压固相烧结工艺制备WC-0.5Cr3C2-0.3VC、WC-3.65TiC-2.45TaC-0.47Cr3C2-0.28VC和WC-6Mo2C-0.47Cr3C2-0.28VC等3种无金属粘结相硬质合金。采用CHI 660C电化学工作站研究在pH=1的H2SO4溶液、pH=7的Na2SO4溶液和pH=13的NaOH溶液中3种合金的电化学腐蚀行为。结果表明,在pH=1的H2SO4溶液和pH=7的Na2SO4溶液中WC-6Mo2C-0.47Cr3C2-0.28VC合金的耐腐蚀性能最好,在pH=13的NaOH溶液中WC-3.65TiC-2.45TaC-0.47Cr3C2-0.28VC的耐腐蚀性能最好。3种无金属粘结相硬质合金在pH=13的NaOH溶液中的耐腐蚀性能均优于其在pH=1的H2SO4溶液中的耐腐蚀性能。综合比较合金的硬度、耐腐蚀性能以及原材料价格,3种合金中WC-6Mo2C-0.47Cr3C2-0.28VC合金具有更佳的性价比。     

淬火温度对30Cr15Mo1N高氮轴承钢组织和性能的影响

 利用金相显微镜、扫描电镜、Thermo-Calc热力学软件、洛氏硬度仪和冲击试验机等研究了淬火温度对高氮轴承钢30Cr15Mo1N组织和力学性能的影响规律。结果表明,随着淬火温度升高,钢中析出相（M23C6和M2N）逐渐溶解,基体中元素分布趋于均匀。在淬火温度低于1 050 ℃时,原始奥氏体晶粒未明显长大,高于1 050 ℃后晶粒急剧长大。随着淬火温度的升高,硬度先升高后降低,在1 000 ℃淬火后硬度最高。经低温处理后,30Cr15Mo1N的硬度明显提高,且并未发生显著降低。在900 ℃淬火后高氮轴承钢30Cr15Mo1N的冲击韧性最佳,而1 000及1 100 ℃淬火后韧性大幅度降低。