钢材新品种开发课件.ppt

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1、钢材新品种开发,河北工业大学材料学院,一、钢材内在质量与材料性能的关系,纯净钢(S、P等杂质含量使塑性、韧性),轴承钢氧含量降低到5-10 ppm,其疲劳寿命可超过SKF名牌产品管线钢S：0.005%0.002%，低温冲击韧性(夏氏)70J150J。F不锈钢，C+N 150ppm,可抗应力腐蚀,并能可焊性P引起冷脆 4340钢 P：0.03%0.003%，CV 10J；En24钢(473K回火)P：0.005%0.016%,K1C：453 339 Kg/mm3/2,国际上瑞典SKF公司的轴承,纯净度：夹杂物数量，尤其是低膨胀系数的氧化物。常温体积大于基体较大的镶嵌应力疲劳裂纹萌生 研究表明：O

2、：4010ppm，接触疲劳寿命10倍组织均匀度:碳化物的偏析程度。无论带状还是网状碳化物 偏析接触疲劳寿命钢锭和钢坯的扩散退火细颗粒度:获得小、匀、园的碳化物。SKF轴承的碳化物颗粒为 0.20.7m,国产钢为 0.1 1.8m,精心的制造工艺保证了优异的质量和性能 关键技术：材质的高纯净度、组织的高均匀度和细颗粒度,瑞典SKF的轴承钢：酸性平炉，Si还原法生产 O:25 50 ppm;S:0.018%夹杂物:硫化物和氧化物。实验：当氧化物被硫化物包覆时疲劳寿命最高 保持很小的O/S比,实验表明：碳化物的颗粒细化到0.65 0.09m，接触疲劳寿命L10(10%破损)3.5倍；L50 1倍,近

3、代轴承钢：碱性电炉冶炼，Al脱氧生产。夹杂物：球形铝酸钙产生镶嵌应力疲劳寿命 各特钢厂普遍引进真空脱气装备，O容易达到 10ppm,同时还要小的O/S比。,日本冯公雄试验得出：S 0.21O1/2+0.007 if O:10 ppm，S:0.013%,不会降低疲劳寿命。我国和国际上均规定为S 0.025%。日本山洋特钢公司认为:S在凝固时易造成偏析少量S 仍会对轴承寿命造成危害 S含量降至0.002%。,二、改善82B线材质量的途径,1、FACTSAGE 热力学软件与材料中氧、硫等含量的控制,德国GTT公司从事冶金热化学反应的技术人员开发的热化学计算软件 计算钢铁熔炼过程中不同温度下多元体系的

4、相平衡 控制炉料加入 量及炉渣粘度等 冷却过程中体系所产生的化学反应及相析出情况,晶,连,由Al2O3-CaO二元系统的相图，可确定哪些相在1600 时可以共存,由图2可知：随着钢中O-和Ca-成分的变化，能够发现在给定温度下，平衡钢水中出现固态铝酸盐，铝酸盐+液态氧化物，仅有氧化物，或者是液态氧化物+CaS 沉淀等不同区域,通过改变热化学参数，人们可以找到“炉渣-窗口”，从而避免喷嘴堵塞现象,82B属于高碳钢，结晶时凝固范围很宽 成分偏析Si、Al：非碳化物形成元素，可适当提高其含量有助于抑制先共析碳化物的析出*超高碳钢的研究：Al在抑制先共析碳化物析出方面的作用SiCr：中强碳化物形成元素

5、，极易与碳结合形成碳化物 限制其含量,2、合理控制材料化学成分,Fig.C=1.8%、Cr=1.6%、Al=2.6%超高碳钢应力应变曲线,Patenting（派敦）处理:使高碳钢获得细珠光体(索氏体组织)(铅浴淬火),再经过深度冷拔,获得高强度钢丝的处理应用范围:绳用钢丝,琴钢丝和某些弹簧钢丝e.g.:F2mm 65钢钢丝,900奥氏体化,520 540 等温索氏体化处理,冷拔成F1mm钢丝,sb:1100 MPa 1800 MPa,P片间距对钢的变形特性有很大影响,3、利用Formaster相变膨胀仪测定钢的C曲线，以合理控制材料的冷却工艺及显微组织,化学成分对钢的C曲线影响很大以前报道的C

6、曲线可能误差较大,4、利用热模拟试验机研究材料在不同条件下的变性特性以及具有不同组织线材的变形特性。5、对于钢帘线用线材应依据测定的C曲线，确定更为合理的冷却及处理工艺 P片间距均匀一致（冷却温度区间窄！）,三、冷作强化非调质钢,采用冷作强化非调质钢制作螺纹紧固件的强度可表达为,8.8级冷作强化非调质钢热轧原料Rm：550750MPa 或620720MPa9.8级冷作强化非调质钢热轧原树料Rm:630730MPa日本的试验表明:具有F-P组织钢，其抗拉强度的波动比B及双相钢的都小,F-P钢,满足强度要求,F-P非调质钢性能与组织关系的表达式,但要满足冷作强化非调质钢的要求，特别是关于拉拔性能和

7、加工硬化的要求，对其成分还要做进一步选择。1）C含量的确定：不但要考虑钢的基础强度，还应使钢具有良好的冷加工性能和加工硬化率钢中C对基体中F和P珠光体比例影响很大 钢的强度和塑性产生影响C含量 P，强度 加工硬化率 F，塑性 冷加工性能,P量过多，在较大应变情况下，往往会导致微孔或微裂纹的形成,为了得到良好的冷拔、冷镦性能，并具有较高的加工硬化率，以低C含量为宜，一般C0.2。,2）Mn含量的确定 Mn是非调质钢中常用的合金元素，它具有固溶强化、细晶强化的作用钢的强度，对韧性和塑性损害最小的元素 钢中Mn含量过高相变温度 出现B，损害其韧性,Mn含量：1.41.8%,3)Si含量的确定：Si具

8、有很强的固溶强化作用，同时加工硬化率 Si含量过高，加工硬化增量过大冷拔时形变抗力加大 Si 0.8,4)Ti、V和Nb含量的确定：细化晶粒 可同时强度和韧性 塑性应变量，有利于冷拔 冷作强化的效果,细小的等轴铁素体晶粒是冷作强化非调质钢刻意追求的组织形态,微量Ti有明显的细化晶粒作用，一般在0.010.03%,8.8、9.8级冷作强化非调质钢的成分与组织 对于螺纹紧固件钢，虽然其性能水平相同，但由于其研制或生产厂家的不同，钢的化学成分会有所差异。为使冷作强化非调质钢具有良好的强、韧性配合，以及良好的冷加工性能，基本上都采取了低C、高Mn及微合金化的成分系列。,新日铁,大同,10.9级冷作强化非调质钢的设计及其成分、组织和性能 基体组织主要为B，甚至还含有少量M。B钢的成分设计应遵循如下的原则：1）空冷条件下，宽的冷速范围内，获得均匀B组织合理选择合金元素2）保证钢具有较高强度的同时，应具有良好的塑性和韧性 对于低碳B组织，不希望得到粗大的上B，以粒状B为好 3）细化A晶粒细化B的F，钢的韧性。4)具有良好的冷塑性变形性能,C 0.15%Mn:1.92.4%B:0.0010.005%,B虽然是获得贝氏体最为经济的元素，但是其含量不易控制脆性，应慎用！,Thank you!,