高性能GCr15轴承钢中夹杂物控制与疲劳性能

GCr15轴承钢的冶炼工艺对钢的疲劳性能具有显著影响。研究了LF+VD、电渣重熔(ESR)和真空感应+真空自耗(VIM+VAR)冶炼工艺对钢中氧、氮、硫的质量分数和非金属夹杂物的分布特征以及疲劳性能的影响规律。结果表明,VIM+VAR冶炼钢中氧和氮的质量分数分别为0.000 5%和0.001 6%,夹杂物总数量仅为1.54个/mm~2。ESR冶炼钢中氧和氮的质量分数分别为0.001 8%和0.011 0%,夹杂总数量为17.78个/mm~2,夹杂物尺寸均小于13μm。LF+VD冶炼钢中硫的质量分数为0.002 6%,钢中硫和氧的质量比为3.7,夹杂总数量最多为20.73个/mm~2,大于13μm的夹杂物中CaS和CaS与Oxide复合夹杂比例较高。旋转弯曲疲劳试验结果表明,LF+VD、ESR和VIM+VAR冶炼钢的安全疲劳极限分别为980、1 164和1 158 MPa,引起疲劳破坏的夹杂物类型与制备工艺有关,LF+VD冶炼钢的夹杂物有CaS、CaS(Oxide)和CaO·Al_2O_3,ESR冶炼钢的夹杂物有Al_2O_3和CaO·Al_2O_3,VIM+VAR冶炼钢的夹杂物有TiN、MgO·Al_2O_3和CaS(Oxide)。依据真实应力因素和疲劳寿命,钢中夹杂物的危害程度由大到小依次为TiN、CaO·Al_2O_3、MgO·Al_2O_3、Al_2O_3、CaS(Oxide)和CaS,夹杂物类型和尺寸的不同导致了GCr15轴承钢安全疲劳极限的差异。     

冶炼工艺对新型不锈轴承钢的冶金质量和接触疲劳寿命的影响

介绍了采用双真空冶炼工艺和电渣重熔冶炼工艺生产新型不锈轴承钢的研究情况。研究结果表明,采用真空感应炉＋真空自耗炉（双真空）冶炼工艺生产的新型不锈轴承钢6Cr14Mo,钢中氧含量为0．0005％,而电渣钢的氧含量为0．0029％。双真空钢的氧化物夹杂数量较少、颗粒尺寸也比较细小。双真空钢的碳化物尺寸、形态及分布均优于电渣钢。双真空钢和电渣钢的接触疲劳额定寿命L10分别为0．66×10^7和0．40×10^7,前者是后者的1．65倍。     

冶炼工艺对C-Cr-Ni-Mo不锈钢中夹杂物及其力学性能的影响

利用Aspex Explorer、扫描电镜及EDAX能谱仪对比研究了真空感应VIM+电渣重熔ESR(工艺1)和真空感应VIM+真空自耗VAR(工艺2)2种双联冶炼工艺对1种C-Cr-Ni-Mo高强度不锈钢铸锭中夹杂物与力学性能影响。研究结果表明,工艺2钢锭中气体的质量分数低于25×10~(-6),夹杂物主要以形状不规则的Al_2O_3为主;而工艺1钢锭中气体的质量分数接近100×10~(-6),夹杂物主要为Cr_2O_3、Al_2O_3,分布较均匀,尺寸在5μm左右;工艺1钢锭中氧化物夹杂数量明显多于工艺2,这是由于工艺1钢锭中O含量高所造成的,同时也表现出工艺1试样的冲击韧性及塑性明显低于工艺2。由此可见,采用工艺2可以大幅度降低钢中气体含量,提高钢的洁净度,改善钢的韧塑性。     

全封闭Ar气保护电渣重熔GH4169合金

上海五钢采用ALD 5t全封闭Ar气保护电渣重熔炉 ESR(Ar)冶炼了GH4 16 9合金锭 ,分析结果表明 ,ESR(Ar)电渣锭氧、硫含量和锭头尾碳、铝、钛之差远低于一般ESR工艺 ;VIM(真空感应熔炼 ) +ESR(Ar)工艺冶炼合金中平均氧含量 6× 10 - 6 远低于VIM +VAR(真空电弧重熔 )工艺冶炼合金中平均氧含量 13× 10 - 6 ,所以ESR(Ar)工艺脱氧效果优于VAR工艺     

高纯H9Cr18不锈轴承钢的组织和性能

采用真空感应+真空自耗(双真空)冶炼工艺生产的H9Cr18不锈轴承钢,钢中氧含量达到6×10-6,而电渣钢的氧含量为36×10-6。电渣钢的氧化物夹杂含量是双真空钢的6 4倍。双真空钢的额定疲劳寿命是电渣钢的1 45倍。     

不同冶炼工艺的A286沉淀硬化不锈钢中夹杂物对比探讨

A286奥氏体沉淀硬化不锈钢(国内也称GH2132高温合金)是一种应用广泛的650 ℃以下使用的高温紧固件材料。该材料在实际生产使用中,使用了电炉+炉外精炼+电渣重熔(EAF+LF+ESR)和真空感应+真空自耗(VIM+VAR)两种冶炼生产工艺,而到目前为止国内对这两种工艺生产的A286不锈钢材料还未进行系统的对比研究。实验将以上两种冶炼工艺的A286试验钢作为研究对象,使用Aspex夹杂物分析仪、扫描电镜(SEM)等试验工具,对两种试验钢的组织,非金属夹杂物的种类、成分、粒径大小及分布、形态等差异及特点进行了对比研究。结果表明,EAF+LF+ESR冶炼的试验钢中的夹杂物数量、面积是VIM+VAR工艺试验钢的3倍以上;两种试验钢中的夹杂物均有TiC、TiN、Ti(C,N)等种类,前者的夹杂物以TiN夹杂物为主,且多为大尺寸链状,纵横比较大,形状较复杂,对材料室温力学性能和耐腐蚀性能不利;后者的夹杂物以TiC为主,尺寸较小且形状较简单。通过将A286试验钢中的N质量分数控制在0.001%以下,可以将含Ti夹杂物的数量、大小等控制在较低的水平。EAF+LF+ESR工艺由于自身工艺特点,试验钢中P含量较高,约为VIM+VAR工艺试验钢P含量的10倍,据资料可能有利于A286不锈钢的高温蠕变性能。研究结果可为在不同环境和服役要求下使用A286不锈钢提供技术参考。     

不同冶炼工艺的A286沉淀硬化不锈钢中夹杂物对比探讨

A286奥氏体沉淀硬化不锈钢(国内也称GH2132高温合金)是一种应用广泛的650 ℃以下使用的高温紧固件材料。该材料在实际生产使用中,使用了电炉+炉外精炼+电渣重熔(EAF+LF+ESR)和真空感应+真空自耗(VIM+VAR)两种冶炼生产工艺,而到目前为止国内对这两种工艺生产的A286不锈钢材料还未进行系统的对比研究。实验将以上两种冶炼工艺的A286试验钢作为研究对象,使用Aspex夹杂物分析仪、扫描电镜(SEM)等试验工具,对两种试验钢的组织,非金属夹杂物的种类、成分、粒径大小及分布、形态等差异及特点进行了对比研究。结果表明,EAF+LF+ESR冶炼的试验钢中的夹杂物数量、面积是VIM+VAR工艺试验钢的3倍以上;两种试验钢中的夹杂物均有TiC、TiN、Ti(C,N)等种类,前者的夹杂物以TiN夹杂物为主,且多为大尺寸链状,纵横比较大,形状较复杂,对材料室温力学性能和耐腐蚀性能不利;后者的夹杂物以TiC为主,尺寸较小且形状较简单。通过将A286试验钢中的N质量分数控制在0.001%以下,可以将含Ti夹杂物的数量、大小等控制在较低的水平。EAF+LF+ESR工艺由于自身工艺特点,试验钢中P含量较高,约为VIM+VAR工艺试验钢P含量的10倍,据资料可能有利于A286不锈钢的高温蠕变性能。研究结果可为在不同环境和服役要求下使用A286不锈钢提供技术参考。     

Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的冶炼工艺

为了研究Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的冶炼工艺,采用加压感应炉+保护气氛电渣重熔工艺进行Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的冶炼工艺试验,冶炼过程中采用氮化合金与加压氮气渗入相结合的方法增氮。结果表明,随着氮气分压的增加,钢中氮质量分数随之增大;当冶炼过程中氮气分压提高0.03 MPa时,能够成功抑制皮下气泡的生产;试验钢经保护气氛电渣重熔后,钢中夹杂物会普遍降低,主要为细小的方形TiN夹杂。     

GH3128 合金"VIM + ESR”和“NVIM + ESR”冶炼过程中的脱气行为及夹杂物研究

利用氧氮分析仪对"真空感应熔炼+电渣重熔"（VIM+ESR）和"非真空感应熔炼+电渣重熔"（NVIM+ESR）两种冶炼工艺下冶炼GH3128合金中的氧含量、氮含量进行检测,并进行了脱氧、脱氮的热力学计算;利用ASPEX扫描电镜分析了两种冶炼工艺下GH3128合金中夹杂物的成分、尺寸分布以及数量。结果表明,采用"VIM+ESR"工艺更能有效的去除合金液中的氮,夹杂物类型主要是Al-Ti-O型复合氧化物夹杂,还有少部分的Al₂O₃、TiO_x氧化物夹杂,而采用"NVIM+ESR"的双联工艺,合金中产生的夹杂除氧化物夹杂类,还有硫化物、氮化物夹杂;且采用真空冶炼工艺更能有效降低夹杂物数量,并细化夹杂物。     

电渣重熔高氮钢的洁净度研究

对高氮钢电渣重熔前后夹杂物进行对比研究,分析不同渣系和自耗电极氧含量对重熔后夹杂物的影响。研究发现,不同渣系对电渣钢的洁净度影响很大,适当提高w(CaO)/w(Al2O3)可有效降低电渣锭中的夹杂物和全氧量。不同氧含量的自耗电极进行重熔后,电渣锭全氧量及夹杂物种类和组成成分差别不大,夹杂物成分中w(MnO)/w(MnO+Al2O3)≈0.23~0.32,自耗电极中的氧含量与电渣重熔的洁净度没有直接关系,采用氧质量分数为(40~100)×10-6的不同自耗电极,电渣重熔后氧质量分数始终保持在(20~30)×10-6。     

冶炼工艺对15-5PH不锈钢疲劳性能的影响

 为了研究冶炼工艺对15-5PH不锈钢疲劳性能的影响,通过ASPEX夹杂物分析、拉压疲劳试验和扫描电镜等手段并结合裂纹扩展速率试验,研究了冶炼工艺对15-5PH不锈钢中夹杂物的粒径分布和疲劳性能的影响,并对比了两种试验钢裂纹扩展速率的大小。结果表明,VIM+VAR工艺冶炼的1号试验钢总氧质量分数较低,夹杂物尺寸较小且质量分数较低,1号试验钢的疲劳强度比单真空工艺冶炼的2号试验钢高30 MPa,通过疲劳断口SEM观察,1号试验钢在表面基体起裂,2号试验钢的裂纹源是次表面的Al₂O₃夹杂物;相同条件下,1号试验钢裂纹扩展速率大于2号试验钢。     

Gigacycle Fatigue Behavior of 1800 MPa Grade High Strength Spring Steel for Automobile Lightweight

Gigacycle fatigue behavior of 60Si2CrVA high strength spring steel was investigated by ultrasonic fatigue test machine. Fatigue fractography was observed by scanning electron microscopy （SEM）. Maximum inclusion sizes and fatigue strength in different volumes were estimated by statistics of extreme values （SEV） and generalized Pareto distribution （GPD） methods. The results showed that S N curves of 60Si2CrVA spring steels for two rolling processes were not horizontal asymptotes but a gradient in a regime of 109 cycles, and traditional fatigue limits were eliminated. Surface machined topography and inclusions in steel were major factors that led to elimination of fatigue limit for 60Si2CrVA spring steel. The SEV and GPD methods could effectively predict size of the maximum inclusion and fatigue strength in different volumes of 60Si2CrVA spring steel. Predicted fatigue strength was in accordance with experimental results by ultrasonic fatigue testing.     

夹杂对高强钢超高周疲劳行为的影响

概述了夹杂对高强钢超高周疲劳行为影响研究的进展,探讨了临界夹杂尺寸和零夹杂钢的疲劳特性,得出夹杂尺寸对S-N曲线特性的影响.建议采用新的统计方法评估钢中夹杂尺寸、分布及其对疲劳强度的影响.     

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The influence of hydrogen on very high cycle fatigue properties of high strength steels 42CrMoVNb was investigated by means of pre-charging hydrogen, a thermal desorption spectrometry (TDS) analysis and ultra-sonic fatigue test. The results show that in contrast with the tempered specimens of 500??, a large amount of (V,X)C precipitates, which are less than 18nm and maintaining coherent relationship with matrix form in the tempered specimens of 600??. The diffusion and distribution of hydrogen in specimens is affected by (V,X)C precipitates obviously, and the negative influence of hydrogen on very high cycle fatigue properties of high strength steels is reduced by using the hydrogen trapping technology of (V,X)C precipitates.     

新型扭杆弹簧用高强度马氏体钢疲劳性能研究

利用旋转弯曲疲劳试验研究新型扭杆弹簧用N1钢和45CrNiMoVA钢的疲劳性能,并通过对2种试验钢组织、硬度、强度、夹杂物类型及大小、疲劳裂纹扩展速率以及氢含量的对比,探讨影响扭杆弹簧用钢旋转弯曲疲劳性能的因素及其疲劳失效机制.结果表明,推荐热处理制度的45CrNiMoVA钢和N1钢旋转弯曲疲劳极限强度分别为892和9...     

总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响

为了保证齿轮钢中非金属夹杂物的控制,并确定齿轮钢经济合理的总氧含量控制目标,开展了总氧含量对齿轮钢中非金属夹杂物的影响研究。以三种不同总氧含量的Mn–Cr系齿轮钢为研究对象,利用Aspex扫描电镜、极值法、疲劳测试等不同方法研究了齿轮钢中非金属夹杂物数量、分布、尺寸等,获得了夹杂物与齿轮钢总氧含量的对应关系。在本文实验条件下,随着总氧含量的降低,钢中氧化物夹杂数量不断减小,其中5～10 μm的小尺寸夹杂物减小最明显,而10 μm以上的大尺寸夹杂物数量变化规律不明显。另外,极值法和疲劳试验结果表明,总氧含量高时（质量分数为0.0013%）,钢中最大氧化物夹杂尺寸也较大,比总氧质量分数为0.0010%和0.0005%的实验钢的最大夹杂物尺寸高10 μm以上,且当总氧含量比较低时（质量分数≤0.0010%）,实验钢总氧质量分数变化（0.0010%、0.0005%）对钢中最大夹杂物尺寸影响不大。      

高强钢炼钢生产实践及工艺分析

济钢立足高强钢炼钢生产实践,按照KR-转炉-LF-RH-CCM的生产工艺路线,采取技术集成、优化的思路,搭建洁净钢生产工艺平台,取得了良好的有害元素与夹杂物控制效果,钢中P+S+N+O+H的总和控制在(104～259)×10-6,钢中P含量控制在(67～144)×10-6,T[O]平均控制在20×10-6左右,夹杂物控制水平B类+D类≤1.5,实现了低合金高强钢的稳定、批量生产,并保证了产品的质量和性能要求。     

2 000 MPa高强度钢的超高周疲劳破坏行为

通过USF-2000超声波疲劳试验机研究了500 kg真空感应炉+电渣重熔冶炼的2000 MPa高强度钢(%:0.45C、2.0Si、0.9Cr、0.001S、0.005P、0.026Al、0.001 5O、0.002 8N)在共振频率20 kHz、载荷比R=-1,共振间隙150 ms时的超高周疲劳破坏行为。结果发现,疲劳裂纹大部分起源于钢中非金属夹杂物(夹杂平均尺寸12.3μm),钢的疲劳强度和寿命随夹杂物增大而降低;内部夹杂物引起的疲劳破坏往往呈鱼眼型;随疲劳断口裂纹源夹杂物处应力场强度因子ΔK_inc的减小,钢的疲劳寿命N_f增加。