高氮马氏体不锈轴承钢的碳氮化物演变与强韧性能的研究

发布时间：2017-10-30 08:28

  本文关键词：高氮马氏体不锈轴承钢的碳氮化物演变与强韧性能的研究

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【摘要】：目前有关高氮马氏体不锈轴承钢中碳氮化物的定量表征及演变规律与其强韧性等方面的研究尚少,为此本文采用40Cr15Mo2VN高氮马氏体不锈轴承钢作为试验钢,提出并完善钢中碳氮化物及夹杂物的表征方法,分别通过对凝固工艺、热加工工艺、热处理工艺下的试验钢进行强韧性能研究,旨在揭示碳氮化物的演变与强韧性能的关系,期望为高氮马氏体不锈轴承钢的工业制备中和碳氮化物的控制提供必要的理论支撑。试验钢经最优化热处理后,其组织为回火马氏体与大量细小的碳氮化物,同时还有少量残余奥氏体存在。马氏体板条宽度以小尺寸300nm居多；残余奥氏体以薄膜状和块状形式存在,体积分数不足4%,可提供一定的韧性；钢中的析出相主要为M23C6和Cr2(CN)两种类型,其中M23C6均为200nm以上,氮化物形态均为球形弥散分布,尺寸大都集中在50nm左右,最大不超过100nm。经非真空感应熔炼+电渣重熔双联工艺冶炼及锻造成Φ200mm大尺寸钢锭,晶粒平均尺寸为11.341μm,抗拉强度(Rm)达到2016MPa,屈服强度(Rp0.2)为1733MPa,但冲击吸收功仅有2J；再经均匀化锻造成Φ160mm后晶粒长大至19.46gm,强度有所降低,抗拉强度和屈服强度分别1918MPa,1694MPa,冲击韧性提升不大；非真空感应+电渣重熔双联工艺冶炼经电渣重熔定向凝固+三次镦拔变形工艺处理,晶粒平均尺寸为11.53μm,抗拉强度和屈服强度分别可达到2056MPa,1734MPa,冲击吸收功6J,冲击韧性明显提升。研究三种制备工艺下碳氮化物的分布特征,发现经均匀化热锻变形工艺,晶界处粗大的碳氮化物得以细化,但未改变链状及团聚态碳氮化物的形态分布,经电渣重熔定向凝固+三次镦拔变形工艺处理,钢中的纯净度和碳氮化物分布得到改善,其夹杂物最少、尺寸细化(2.31μm),且无链状夹杂,链状和团聚态的碳氮化物极大减少,碳氮化物分布弥散且尺寸大小均匀。冲击韧性的提升这主要是由电渣重熔连续定向凝固提高了钢的纯净度和均匀化锻造使得碳氮化物分布更加弥散引起的。研究热处理各阶段的碳氮化物演变及强韧性变化的关系,淬火态至最终态,试验冲击功从9J下降至4J,抗拉强度提高20.5%,屈服强度提高39.6%；试验钢淬火至一次深冷时的强韧性变化主要是由于残奥量的大量减少(18.09%下降至6.5%),马氏体相变强化起主要作用。一次深冷至最终态,主要是由大量细小弥散的(0.4μm)碳氮化物析出影响钢的强韧变化,链状及团聚态碳氮化物无显著变化。由定量统计数据求出第二相强化增量公式分别为：TSPO=1.36×103·f1/2·D-1/2; YSPO=2.31×105f1/2·D-1·lnD。研究不同回火温度下钢中碳氮化物演变及硬度的影响,经过统计表征分析可得,碳氮化物单位面积数量控制到41-46/287μm2个,所占单位面积百分比达到3.5%以上,且平均尺寸达到0.47μm以上且小于0.52μm,钢的硬度可以达到较高值58HRC甚至更高。
【关键词】：高氮马氏体不锈轴承钢 组织特征 碳氮化物演变 强韧性能 硬度
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-33
• 1.1 引言11-13
• 1.2 不锈耐蚀轴承钢的发展及研究现状13-19
• 1.2.1 不锈耐蚀轴承钢简介13-16
• 1.2.2 国内不锈轴承钢的发展及研究现状16-17
• 1.2.3 国外不锈轴承钢的发展及研究现状17-19
• 1.3 高氮马氏体不锈轴承钢的研究进展及冶炼工艺19-24
• 1.3.1 高氮马氏体不锈轴承钢的研究进展19-21
• 1.3.2 高氮马氏体不锈轴承钢的冶炼工艺21-23
• 1.3.3 电渣重熔连续定向凝固冶炼工艺23-24
• 1.4 钢中非金属夹杂物及碳化物的研究24-27
• 1.4.1 钢中非金属夹杂物及其影响24-26
• 1.4.2 钢中碳化物及其影响26-27
• 1.5 高氮马氏体不锈轴承钢的强韧性机理27-31
• 1.5.1 高氮马氏体不锈轴承钢的强化机理27-30
• 1.5.2 高氮马氏体不锈轴承钢的韧化机理30-31
• 1.6 本文选题背景及研究意义31-33
• 第二章 试验材料及研究方法33-39
• 2.1 试验材料33
• 2.2 试验方法及试验操作仪器33-37
• 2.2.1 试样制备及热处理33-34
• 2.2.2 力学性能测试及试验仪器34-36
• 2.2.3 微观组织观察及试验仪器36-37
• 2.3 试验方案及技术路线37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 高氮轴承钢的组织特征与碳氮化物的表征及方法39-49
• 3.1 试验内容及方法39-40
• 3.2 试验钢中的组织特征40-43
• 3.3 试验钢中碳氮化物的表征及方法43-46
• 3.4 试验钢中夹杂物的表征及方法46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 不同制备工艺下的碳氮化物演变及强韧性能研究49-63
• 4.1 试验内容及方法50
• 4.2 不同制备工艺下试验钢的强韧性能及组织特征50-52
• 4.3 不同制备工艺下试验钢的晶粒度及夹杂物表征52-56
• 4.4 不同制备工艺下碳氮化物对钢的强韧性研究56-62
• 4.4.1 双联工艺下试验钢的碳氮化物描述及表征56-58
• 4.4.2 热变形工艺下试验钢的碳氮化物描述及表征58-59
• 4.4.3 电渣重熔连续定向凝固+三次镦拔变形的碳氮化物描述及表征59
• 4.4.4 三种制备工艺下碳氮化物对钢的强韧性研究59-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 热处理工艺下的碳氮化物演变与强韧性能研究63-83
• 5.1 试验内容及方法63-64
• 5.2 热处理各阶段试验钢的强韧性能64-66
• 5.3 碳氮化物的分布对试验钢的强韧性能作用规律的研究66-80
• 5.3.1 热处理各阶段试验钢的碳氮化物表征66-72
• 5.3.2 热处理各阶段碳氮化物的分布对强韧性能作用规律的研究72-74
• 5.3.3 不同回火温度下试验钢的碳氮化物演变及硬度的影响74-80
• 5.4 本章小结80-83
• 第六章 结论83-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-93
• 附录：攻读硕士期间发表论文93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 沈松京;李可法;;轴向反复镦拔对高速钢组织和性能的影响[J];太原机械学院学报;1989年01期

2 夏志新;杨卓越;苏杰;丁雅莉;;夹杂物的类型与形态对超高强度钢塑性的影响[J];航空材料学报;2008年05期

3 付锐;陈希春;任昊;冯涤;;电渣重熔连续定向凝固René88DT合金的组织与热变形行为[J];航空材料学报;2011年03期

4 付锐;冯涤;陈希春;任昊;;电渣重熔连续定向凝固技术研究[J];钢铁研究学报;2011年S2期

5 叶健熠,仇亚军,高元安,雷建中,魏果能;新型不锈轴承钢6Cr14Mo冲击韧性与显微亚结构[J];特殊钢;2004年01期

6 龙莉;罗安智;李琦;;近年我国轴承钢生产及需求分析[J];冶金经济与管理;2014年05期

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本文编号：1116904