铌对中高碳钢组织及性能的影响

发布时间：2017-09-12 01:42

  本文关键词：铌对中高碳钢组织及性能的影响

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【摘要】：铌是钢铁工业中重要的合金元素之一，其在钢中的作用强于Cr、V，且储量丰富，价格低廉，有着很大的应用前景。目前国内外对于铌在低碳钢中的作用机理研究的相当透彻，但对其在中高碳钢中作用机理研究甚少。我国铌资源储量少且品位低，因此直接合金化冶炼铌微合金钢可以减少对铌资源的浪费，提高铌资源利用率。我国经济发展使得中高碳钢需求剧增，尤其是作为中高碳钢消费大户的铁路方面。为研究铌在中高碳钢中，特别是重轨钢中的作用，因此本文选用合金元素较低的U74钢作为研究对象，研究铌对中高碳钢组织和性能的影响。 本实验以包钢含铌铁水为原料，利用中频炉和20kg多功能顶底复吹真空感应炉，通过选择性氧化和直接合金化来冶炼含铌试验钢。之后对试验钢中元素进行测定，利用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）分析Nb对试验钢组织和夹杂物的影响，通过力学性能测试、磨损试验和全浸以及电化学腐蚀试验测定添加Nb后对试验钢综合性能的影响。 U74钢试样经轧制后得到铁素体和珠光体组织。随Nb含量的增加，钢中晶粒得以细化，并且改善了拉伸和冲击断口的形貌，使韧窝分布更加均匀，通过合理的冶炼和精炼工艺，使钢水得到了净化，钢中夹杂物尺寸和数目很少。 Nb加入中高碳钢中，，对综合力学性能产生影响。随着钢中铌含量增加到0.012%~0.02%，U74钢的硬度得到明显提升，显微硬度得到明显改善，抗拉强度提高了15%~20%，冲击韧性有所提高，但不是很明显。 Nb加入中高碳钢中，提高了钢的耐磨性，加入0.012%的Nb提高耐磨度18.75%，加入0.02%的Nb耐磨度提高32.75%。 U74Nb钢腐蚀速率小于普通U74钢。从锈层宏观形貌可以看出，U74钢主要以点腐蚀为主，U74Nb以均匀腐蚀为主，点腐蚀较少。U74Nb更容易形成黑色不易脱落的内锈层。XRD分析得出腐蚀产物主要为羟基铁以及铁氧化物。 通过全浸腐蚀和电化学腐蚀试验得出，U74Nb腐蚀率随腐蚀时间增加而逐渐减小。通过对比得到，U74Nb钢腐蚀产物更加致密均匀，起坑腐蚀电位高，起坑腐蚀电流小，电流密度增加缓慢，添加Nb后提高了U74钢的耐蚀性。
【关键词】：中高碳钢 Nb 组织 力学性能 腐蚀性能
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-20
• 1.1 选题背景10
• 1.2 铌在低碳钢中的作用及应用10-15
• 1.2.1 铌微合金化的发展10-11
• 1.2.2 铌在钢中的存在形式11-12
• 1.2.3 铌在低碳钢中的作用12-13
• 1.2.4 我国铌资源及研究现状13-15
• 1.3 直接合金化利用铌技术15
• 1.4 微合金化在中高碳钢中的应用15
• 1.5 铁路的发展和意义以及对钢轨钢的质量要求15-17
• 1.5.1 铁路的发展及意义15-16
• 1.5.2 铁路发展对重轨钢的要求16-17
• 1.6 钢轨钢的大气腐蚀与防护17-18
• 1.6.1 钢轨的大气腐蚀过程17-18
• 1.6.2 模拟大气腐蚀方法18
• 1.7 磷在钢中的危害18-19
• 1.8 实验研究内容及目的19-20
• 2 实验试样的制备和主要研究方法20-33
• 2.1 试验技术路线20-23
• 2.1.1 钢种选择20-21
• 2.1.2 原料和设备21-22
• 2.1.3 冶炼22-23
• 2.1.4 轧制工艺23
• 2.2 组织和夹杂物观察23-24
• 2.2.1 金相组织观察23-24
• 2.2.2 扫描电镜观察24
• 2.3 力学性能测试24-25
• 2.3.1 硬度试验24
• 2.3.2 常温拉伸试验24-25
• 2.3.3 常温冲击试验25
• 2.4 耐磨性能测试25-26
• 2.5 腐蚀试验26-27
• 2.5.1 失重试验26
• 2.5.2 极化曲线的测定26-27
• 2.6 还原脱磷27-33
• 2.6.1 还原脱磷热力学计算28-33
• 3 Nb 对组织和非金属夹杂物33-38
• 3.1 显微组织分析33-36
• 3.2 钢中夹杂物分析36-37
• 3.3 小结37-38
• 4 Nb 对力学性能的影响38-45
• 4.1 对显微硬度的影响38-39
• 4.2 Nb 对试验钢常温拉伸性能的影响39-42
• 4.2.1 常温拉伸试验结果39
• 4.2.2 断口宏观形貌分析39-40
• 4.2.3 断口微观形貌分析40-41
• 4.2.4 断口底部夹杂物分析41-42
• 4.3 Nb 对试验钢常温冲击韧性的影响42-44
• 4.3.1 冲击试验结果42-43
• 4.3.2 冲击断口形貌分析43-44
• 4.3.3 冲击断口底部夹杂物分析44
• 4.4 小结44-45
• 5 Nb 对耐磨性能的影响45-49
• 5.1 磨损概述45-47
• 5.1.1 磨料磨损的分类45
• 5.1.2 磨料磨损评定方法45-46
• 5.1.3 磨料磨损机理46
• 5.1.4 影响磨料磨损的因素46-47
• 5.2 磨损试验结果分析47-48
• 5.2.1 试验钢耐磨性47
• 5.2.2 磨损形貌观察47-48
• 5.3 小结48-49
• 6 Nb 对耐蚀性的影响49-59
• 6.1 失重试验腐蚀速率测定49-52
• 6.1.1 腐蚀速率分析49-52
• 6.2 锈层表层形貌52-56
• 6.2.1 锈层宏观形貌52-53
• 6.2.2 除锈后表层微观形貌观察53-54
• 6.2.3 锈层断面分析54-56
• 6.4 电化学腐蚀试验56-57
• 6.4.1 极化曲线分析56-57
• 6.5 腐蚀产物 XRD 分析57
• 6.6 小结57-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 在学研究成果64-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐列平;我国铁路用钢轨的现状及发展[J];包钢科技;1998年01期

2 黄务涤,殷雁,赵连刚,赵玉华;直接合金化过程中锰氧化物与钢液的作用[J];北京钢铁学院学报;1988年04期

3 罗虞霞;张志伟;郭吉安;郑峰;;广铁管内钢轨的腐蚀机理探讨[J];铁道科学与工程学报;2011年03期

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5 福l⒄

本文编号：834363