硫化物形貌对非调质钢力学性能各向异性的影响

为了明确硫化物变性处理前后材料力学性能各向异性的变化规律,利用金相显微镜、SEM、拉伸及冲击试验机研究了工业生产的具有不同硫化物形貌特征(硫化物变性与未变性处理)的35MnVS非调质钢锻态力学性能的各向异性。结果表明,经变性处理后硫化物由未经变性处理的细长条状向短棒状或纺锤状转变,硫化物长宽比在1～8范围内的个数比例由未经变性处理的不到40%提高到变性处理后的90%以上,且分布更加均匀,组织有所细化。硫化物变性处理能够明显地降低试验钢塑性和韧性的各向异性,断面收缩率和冲击功的各向异性分别减小了约10%和34%,横向断口形貌由脆性的朽木分层状向韧窝韧性断裂转变。     

热轧16Mn钢板断口中硫化物的三向行为

通过对热轧16Mn钢板纵、横、厚向断口的大量观察,从硫化物形态、断口形貌和断裂机制之间的相互关系着手,分析了钢板塑性和韧性各向异性的原因。各向断裂中硫化物形态、断裂方式和断口形貌的对应关系与夹杂物/钢基交界面分离原理相一致。沿轧制方向伸长的硫化物夹杂在钢板的各向断面里具有不同的形态,因而构成不同形状、尺寸和数量的硫化物/钢基界面。在延性断裂过程中,这些交界面抵抗裂纹形成和扩展的能力不同,从而导致断裂方式和断口形貌的差异,造成钢材塑性和韧性的各向异性。     

硫化物变性处理45MnVS非调质钢的高周疲劳性能

 长条状的硫化物夹杂往往会导致热轧/锻造含硫钢的力学性能呈现出明显的各向异性。为了明确硫化物变性处理铁素体-珠光体型非调质钢的疲劳性能各向异性,采用轴向力控制高频疲劳试验机(应力比R=-1)研究了工业生产的45MnVS非调质钢锻态及调质态的高周疲劳断裂行为。结果表明,试验料纵向样中的MnS夹杂分布较为均匀,多呈短棒状或纺锤形,平均长宽比为3.4±1.7。与未变性处理的含硫非调质钢相比,试验料塑性和韧性的各向异性得到显著降低。锻态与调质态横向样的疲劳性能略低于纵向样,调质态样的疲劳极限比(0.52~0.54)明显高于锻态样(0.46)。在ΔK值大于约35 MPa·m1/2时,横向样的疲劳裂纹扩展速率略大于纵向样。疲劳断口分析表明,2种状态横向样的疲劳裂纹均主要起源于钢中条棒状MnS夹杂,且调质态样受影响的程度更大。上述结果表明,试验钢硫化物变性处理后的疲劳性能各向异性很小,锻态组织的各向异性程度略低于调质态组织,但后者具有更为优异的疲劳性能。     

P20钢韧性及其等向性影响因素的探讨

本文研究了硫化物形态和微观组织对Ｐ２０塑料模具钢冲击韧性及其等向性的影响。结果表明：由于横纵向试样的冲击断面与条状硫化物位向关系不同，导致了冲击韧性的各向异性。空冷试样由于存在上贝氏体和粒状贝氏体，因此冲击韧性低。由于组织本身对裂纹敏感，所以由硫化物造成的各向异性作用没有回火索氏体那样明显，其冲击韧性的等向性相应也高。     

常化温度对2.3% Si无取向硅钢2.5 mm热轧板冲击韧性的影响

对900-950℃常化处理后的2.3%Si无取向硅钢进行了室温至100℃的冲击试验,采用扫描电镜观察不同条件下的冲击断口形貌,分析了常化温度对2.3%Si无取向硅钢韧性的影响。结果表明,当冲击试验为室温时,随常化温度的升高,试验钢由韧性断裂逐渐转为脆性断裂,冲击功由21.4J降至12.2J;当冲击温度为100℃时,经900～950℃常化处理后的试验钢冲击功为28.4～33.2J,为韧性断裂;经常化处理后的冲击断口区域夹杂物主要为AlN。     

管线钢硫化物夹杂及钙处理效果研究

系统分析了硫化物夹杂形貌、组成,并采用氧化物变性指标及硫化物变性指标对管线钢钙处理效果进行了全面评价,分析结果表明:管线钢经过钙处理后,没有发现沿晶界分布的MnS塑性夹杂,少量的硫化物夹杂由(Ca,Mn)S夹杂、CaS均匀分布的CaO-Al2O3-CaS复合夹杂和内核为CaO-A12O3外壳为CaS的复合夹杂组成,这对于提高钢板抗HIC性能非常有利;在现有工艺条件下,硅钙线加入量为0.7kg/t时夹杂物变性效果不理想,应适当增加硅钙线的加入量.     

中碳高硫易切削钢中Zr添加对MnS夹杂物形貌特征的影响

摘要：为改善中碳高硫易切削钢中MnS夹杂物形貌特征,在2kg真空感应炉开展了钢中添加Zr金属的试验。利用SEM-EDS研究了不同Zr含量下钢中氧化物和硫化物的形貌特征,并利用Thermo-Calc软件分析了中碳高硫易切削钢中不同种类MnS的形成过程和机制。结果表明：不添加Zr元素的试验钢中,硫化物主要为簇状形貌的II类,以及少量大尺寸的I类,尺寸和空间分布都很不均匀。加了质量分数为0.0015%的Zr元素后,钢中硫化物基本上是以沿晶界分布的簇状形貌存在,复合硫化物占比只有0.1%。随着Zr质量分数进一步增加至0.0051%,钢中主要生成细小的、纯ZrO2氧化物粒子,为硫化物提供了大量形核核心,减弱了硫化物在晶界聚集的分布行为,提高了硫化物的分布均匀性。试验结果表明,高硫氧比条件下,同样可以利用钢中氧化物粒子改善MnS形貌,关键是得到细小尺寸、高效形核效果的第二相粒子。     

钙处理对含硫非调质钢中夹杂物演变行为的影响

进行了钙处理变性含硫非调质钢中夹杂物的工业试验,通过SEM+EDS定性研究钢中夹杂物类型随工序的变化,得到钙处理对夹杂物演变的影响。针对硫化物夹杂的形态控制,用牛津INCA能谱仪Feature工具的自动扫描夹杂物功能定量分析钙处理前后钢中硫化物夹杂的类型、数量和尺寸的变化。研究结果表明,钙处理能够增加钢中复合硫化物数量,尤其是含钙复合硫化物,从而有利于降低轧材中长条状硫化物的比例,形成较多的球状或纺锤状硫化物,改善钢材的各向异性。进一步分析钙处理改性硫化物的作用机理,在不影响钢材机械性能前提下,钙处理适当降低钢液洁净度有利于含硫非调质钢中硫化物的形态控制,工业生产中采用钙处理的方法来进行硫化物的形态控制是可行的。     

稀土元素对P20钢性能的影响

研究了Ｐ２０钢中加入微量稀土元素后性能和组织的变化规律。结果表明，稀土元素的加入改变了钢中硫化物夹杂的组成和形貌，粒状复合稀土硫化物夹杂取代了条状硫化锰夹杂，从而提高了钢材的塑韧性、动态断裂韧性和等向性能。给出了钢中硫化物的长宽比与ＲＥ／Ｓ及钢的等向性能与硫长宽比的定量关系。     

硫化物形态对16Mn钢断裂行为的影响

本文通过电镜观察了断口断裂面变形组织和位错密度,并结合示波冲击负荷-时间曲线,研究了硫化物形态对16Mn钢板断裂行为的影响。这种影响是造成断口形貌与材料韧性不一致的原因。不加稀土16Mn钢宏观断口呈木纹状,无明显断口三要素,微观形貌为沿长条状硫化物界面断裂的脆性断裂机制。加稀土16Mn钢宏观断口多呈结晶状,有明显的断口三要素,放射区结晶颗粒的微观形态属准解理断裂机制。因此单凭宏观断口形貌是不能真实地反映断裂本质,而需结合断口的微观机制、根据断口三要素中纤维区和剪切唇所占比例来判断。     

钙处理对20CrMo齿轮钢硫化物夹杂的影响

在热力学计算的基础上,分析了20CrMo含硫齿轮钢钙处理的工艺条件,并对某厂钙处理后的含硫齿轮钢轧材进行了取样研究。结果表明,RH破空后钙处理的钢水中,硫化物和钙铝酸盐能结合生成复合纺锤状和低熔点夹杂;同时,钙处理前钢中w(O)控制在10×10-6以下,可使加入的钙充分对Al2O3、硫化物进行变性,并有利于形成以MnS为核心的氧硫复合夹杂;而且钢水铝脱氧后调整钢中w(AlS)=0.015%～0.025%,并在温度较高时喂Si-Ca线,可减少凝固过程中硫的偏析。该厂通过钙处理工艺生产的含硫齿轮钢夹杂物形貌良好,各项性能均达到客户的要求。     

20MnCr5齿轮钢连铸坯中硫化物三维形貌的解析

20MnCr5齿轮钢具有良好的疲劳和易切削性能匹配,钢中硫化物形态与分布是影响材料性能的重要因素。为了探究20MnCr5齿轮钢连铸坯中硫化物的三维形貌及分布规律,采用金相显微镜、扫描电镜以及三维腐刻技术对连铸坯进行了分析。结果表明:20MnCr5连铸坯中硫化物主要类型为MnS、MnS+Al₂O₃复合夹杂物,铸坯中硫化物尺寸由边部激冷层到中心等轴晶区呈先增大后减小的趋势。激冷层中硫化物三维形态主要为椭球状和长条状,各占一半左右;在柱状晶区末端椭球状减小到不足10%,长条状和不规则状占比分别为55%和35%,并开始出现少量八面体状;中心等轴晶区硫化物不规则状占比增大到60%,长条状占比减小到约30%,八面体状约占10%,椭球状占比减小到不足5%。在连铸坯不同区域主要的硫化物三维形态不同,激冷层为椭球状和长条状,柱状晶区为长条状,等轴晶区为不规则状。     

20MnCr5齿轮钢连铸坯中硫化物三维形貌的解析

20MnCr5齿轮钢具有良好的疲劳和易切削性能匹配,钢中硫化物形态与分布是影响材料性能的重要因素。为了探究20MnCr5齿轮钢连铸坯中硫化物的三维形貌及分布规律,采用金相显微镜、扫描电镜以及三维腐刻技术对连铸坯进行了分析。结果表明:20MnCr5连铸坯中硫化物主要类型为MnS、MnS+Al₂O₃复合夹杂物,铸坯中硫化物尺寸由边部激冷层到中心等轴晶区呈先增大后减小的趋势。激冷层中硫化物三维形态主要为椭球状和长条状,各占一半左右;在柱状晶区末端椭球状减小到不足10%,长条状和不规则状占比分别为55%和35%,并开始出现少量八面体状;中心等轴晶区硫化物不规则状占比增大到60%,长条状占比减小到约30%,八面体状约占10%,椭球状占比减小到不足5%。在连铸坯不同区域主要的硫化物三维形态不同,激冷层为椭球状和长条状,柱状晶区为长条状,等轴晶区为不规则状。     

含Ca汽车控制臂用钢中复合硫化物控制机理

 汽车控制臂由于形状复杂,切削量大,部分汽车控制臂用钢在加入质量分数0.03%硫元素的基础上,又进一步添加了少量钙元素,希望将钢中常见的细长条状MnS转变为纺锤状(Ca, Mn)S以增加零件的切削性能。然而,硫质量分数为0.03%时,钙元素在钢液中的溶解度很低,冷却和凝固过程单一的纯(Ca, Mn)S生成量极少。因此,提出了利用钢液中生成的含CaO类的氧化物来诱导(Ca, Mn)S在其外围形核长大,形成大量双层结构复合硫化物的形貌控制机理。为了研究最佳双层结构复合硫化物形成机理,选取了3炉不同冶炼工艺的汽车控制臂用钢,利用带能谱分析的电子扫描显微镜观察了铸坯和轧材中典型复合硫化物形貌、成分特征,并手动测量了其尺寸,最后利用热力学软件FactSage计算了钢中夹杂物的生成行为。研究结果表明,当钢中不进行钙处理时,复合硫化物内部氧化物主要为Al₂O₃或低MgO比例的镁铝尖晶石,外围硫化物为纯MnS,轧制后成细长条状。当钢中进行钙处理后,可以得到两种不同类型的复合硫化物。一种内部氧化物中CaO组元含量较高,外围硫化物主要是高CaS比例的(Ca, Mn)S,基本不变形,成典型的D类或Ds类形貌;另一种核心氧化物中CaO组元低,外围硫化物主要是低CaS比例的(Ca, Mn)S,轧制后成纺锤状。控制钙处理后钢液氧化物中合适的CaO比例使得氧化物既具有高效的硫化物形核能力,又能促进合适CaS比例的(Ca, Mn)S在其外围生成,这是钢中得到大量纺锤状双层结构复合硫化物的关键。当钢中Ca/S比约为0.07时,外围硫化物中的钙元素质量分数为2%~5%最为理想。     

无取向硅钢钙处理前后夹杂物的行为研究

研究了无取向硅钢钙处理前后夹杂物的行为,重点考察了钙处理前后夹杂物的成分、类型、形貌和尺寸研究的变化情况,为实际生产中无取向硅钢的钙处理提供理论指导。试验发现:钙处理前夹杂物主要以Al2O3、Al2O3-MgO为主,且在夹杂物表面有AlN析出,钙处理后夹杂物以Al2O3-MgO-CaS-CaO系复合夹杂物为主,还含有少量的SiO2或AlN;钙处理前后,夹杂物形貌由多边形或不规则形逐渐向球形或近似球形转变,并且夹杂物尺寸不断增大;钙处理前后,含钙夹杂物的比例发生突变,由10%增大到74.5%,且随着钙处理时间的延长,含钙夹杂物比例下降,表明钙处理使夹杂物变性后易聚集长大并上浮去除。     

夹杂物对高强钢冲击性能影响及优化分析

夹杂物对高强钢性能影响较大,本文通过对冲击性能偏低试样断口形貌及夹杂物进行观察,结果表明：试样断口形貌以脆性断裂为主,并在韧性断裂向脆性断裂转变区存在的B类、DS类以及大尺寸TiN夹杂,夹杂物破坏了基体组织连续性,促进裂纹萌生,是导致冲击性能恶化的主要原因。通过对精炼、连铸工艺和化学成分进行优化,使材料冲击性能和稳定性得到显著改善。     

16MnXt钢冲击韧性的研究

运用数理统计、金相、断口等手段,对4种16MnXt 试验用钢的韧性进行了分析。结果表明:加入稀土的钢经控制轧制、正火等工艺处理后,降低了硫含量、改变了硫化物的形貌,细化了晶粒,使其韧性提高,脆性转变温度下降,从而为采取新工艺提高16Mn 钠性能提供了理论依据。     

循环热处理对激光复合制造TA15合金组织及性能影响

以TA15钛合金粉末为原料,锻造TA15钛合金板料为基材,采用激光复合制造技术制备实验试样。利用光学显微镜(OM)及扫描电子显微镜(SEM)等方法观察试样显微组织及断口形貌,对试样室温拉伸性能进行测试,以探究循环热处理对激光复合制造TA15钛合金试样拉伸性能和显微组织的影响,并分析xy向及z向试样在不同热处理制度下的断裂机制。研究结果表明:激光复合制造试样包括锻造基材区、激光沉积区和热影响区3部分,在热影响区内随着逐渐向沉积区靠近,等轴状初生α相体积分数减少,β相体积分数增加;循环热处理会降低材料强度,提高材料塑性;由于不同取样方向试件β晶界受力状态不同使xy向及z向试样室温拉伸性能呈现各向异性,循环热处理会弱化抗拉强度的各向异性特征,加强塑性的各向异性特征;循环热处理使xy向试样断裂机制由半解理半韧性断裂变为完全韧性断裂。     

深冷处理对NM500耐磨钢性能与磨损行为的影响

以一种自行设计的NM500级别耐磨钢为研究对象,利用冲击磨损试验,分析了深冷处理对其组织性能和磨损行为的影响。结果表明,NM500耐磨钢经深冷处理后,抗拉强度、硬度和冲击韧性均有提高,在淬火+深冷+回火处理后,最佳的综合力学性能可达抗拉强度1 910 MPa、硬度523HB、冲击韧性24.3 J/cm2,此时试验钢组织主要为马氏体,有Nb和Ti的碳化物析出。深冷处理通过残余奥氏体向马氏体转变,减少了不稳定相的含量,提升了试验钢的力学性能,从而使淬火+深冷+回火处理后的试验钢具有更高的耐磨性,此时的磨损机制以磨粒磨损为主,磨损形貌主要为犁沟、犁皱。而未经深冷处理的淬火+回火处理试验钢磨损机制以黏着磨损为主,磨损形貌主要为剥落坑和切削。     

不同碱度渣对42CrMoS4钢中硫化物的影响

为研究不同精炼工艺对齿圈钢42CrMoS4钢中硫化物的影响,从钢中硫化物的形态与分布着手,在精炼工序设计两种不同的碱度渣和钙含量工艺,试验生产4炉。对比分析铸坯和轧材中不同双层结构复合硫化物特征与硫化物形成机理。结果表明,LF造高碱度渣（R=6.5～7.2）进RH后不进行钙处理,铸坯1/4厚度位置复合硫化物整体成块状形貌,核心内部氧化物同样也成规则的块状,轧材内部氧化物主要以CaO为主,外围硫化物主要是高CaS比例的（Ca,Mn）S,基本不变形,A类细系夹杂物级别为2.0～3.0级;在LF造弱碱度渣（R=3.6～4.2）进RH后进行二次钙处理,将w[Ca]由0.001 4%左右提升至0.002 5%～0.003 2%,铸坯1/4厚度位置复合硫化物整体成椭球状形貌,核心内部氧化物同样也成规则的球状,轧材内部氧化物为较低CaO比例的钙镁铝酸盐,外围硫化物主要是低CaS比例的（Ca,Mn）S,硫化物成纺锤状,具有很好的变形能力,A类细系夹杂物级别控制在2.0级以内。