点击上方“蓝字”，关注更多精彩 连铸高铝氮积齿轮钢第三脆性区构成机制与控制 魏民 1，李海洋 2，董延楠 1，唐海燕 1，王得炯 2，张家泉 1 01 摘 要 钢中的Al、N含量对连铸及其后续加工热塑性和奥氏体晶粒度控制有重要影响，这也是高温渗碳钢与各种Al脱氧钢普遍关注的问题。运用Gleeble 3800热/力学模仿实验机测定了一种轨道交通用高铝氮积齿轮钢(SCM420H)的高温热塑性，并分离差示扫描量热仪(DSC)剖析、AlN析出热力学模型以及Schwerdtfeger热塑性特征值计算模型提示了其第三脆性区的构成机制与调控途径。结果表明，高铝氮积齿轮钢第三脆性区低谷温度范围为750~850 ℃，这是由应力诱导先共析铁素体膜的产生与AlN粒子的大量析出共同招致的。Schwerdtfeger热塑性特征值计算模型能够较精确地预测高铝氮积齿轮钢第三脆性区的上限温度与最小面缩率，但由其预测的热塑性曲线下限温度偏高，应进一步思索先共析铁素体膜析出的影响，并依据Ar3温度对其中止修正。高Al高N齿轮钢第三脆性区的下限温度取决于其先共析铁素体开端析出温度，主要与钢种成分和铸坯冷却速率相关，连铸消费中可控性有限；但其上限温度则与铸坯应变速率、冷却速率以及钢中的Al、N含量和AlN析出行为均有关联，调控空间较大，应该是连铸消费中合理控制铸坯热塑性与名义裂纹倾向的正确途径。 02 关 键 词 齿轮钢； 热塑性； 第三脆性区； 先共析铁素体； 铝氮积 03 引 言 钢中Al、N含量及AlN析出行为对其热塑性与热加工过程奥氏体晶粒长大控制有重要影响，因而是当前展开高温渗碳钢以及各种Al脱氧钢消费中备受关注的问题。轨道交通等行业所用微合金齿轮钢铝氮积较高，且其C元素质量分数常常在0.2%左右，这类钢的铸坯表层奥氏体晶粒较大，多为1~2 mm；当铸坯温度降低至750 ℃左右时，还会有先共析铁素体沿着奥氏体晶界左近生成，这将极大增加铸坯的裂纹敏理性。铁素体相的强度仅为奥氏体相的约1/4，先共析铁素体薄膜及AlN高温析出相构成的晶界脆性极易招致连铸矫直裂纹。 为了增加齿轮啮合面渗碳层厚度、进步淬透性与热处置效率，高温渗碳齿轮钢已成为当前齿轮钢研发的趋向。为此，常常需求在钢中添加足量的Al、N元素，以保障奥氏体在高温长时间渗碳过程中不发作明显粗化，从而取得所需求的晶粒度。粗大的奥氏体晶粒会降低齿轮的疲倦寿命、抗拉强度、冲击韧性和脆断抗力，严重时还会招致齿轮零件工作时难以啮合。关于铝氮积相对较高的高Al高N钢，AlN粒子常常在800~1 100 ℃范围内析出，连铸凝固过程AlN粒子主要在铸态粗大奥氏体晶界间析出。高Al高N钢中沿奥氏体晶界析出的AlN为HCP结构，呈叠片状或立方体状，其体积分数较高且多沿晶界集中散布。由于AlN与奥氏体基体弹性模量和热收缩特性差别较大，其接受连铸矫直应力或后续加工热应力时，很容易在AlN粒子周围构成微孔(Void)、并经过相邻微孔聚合长大构成裂纹缺陷。高的Al、N含量将增大钢的第三脆性区温度范围，这是铸坯在矫直过程容易发作显性或隐性名义裂纹的重要要素，也是当前高温渗碳齿轮钢大方坯连铸消费中经常请求有名义修磨工序的重要缘由。 为理处置连铸名义裂纹问题，早期人们对钢的铸坯第三脆性区间中止了大量的实验研讨与机理剖析。但针对高Al高N钢，特别是保障高温渗碳过程能有效钉扎奥氏体晶粒的高Al高N钢的高温热塑性行为研讨还鲜见报道。本文以高铝氮积齿轮钢SCM420H为研讨对象，经过热模仿拉伸研讨其在不同温度下的应力应变与热塑性行为；基于拉伸断口形貌、组织与AlN析出特性剖析，提示其第三脆性区的构成机制。此外，还应用近年展开并得到公认的Schwerdtfeger K教授所提出的热塑性特征值计算模型，对该钢种第三脆性区特征参数中止定量研讨，以期提示铸坯应变速率、冷却强度以及钢中Al、N含量等对其热塑性的综合影响规律，为降低该类钢种连铸名义裂纹倾向提供理论与实验依据。 04 精 选 图 表
05 结 论 对高铝氮积齿轮钢高温热塑性及其第三脆性区中止了实验与模型研讨，提示了该脆性区的构成机制。基于热塑性曲线定量剖析模型，给出了该类钢种第三脆性区温度范围的牢靠计算措施，进而提出了连铸消费中的可能调控措施。结论如下： (1)关于Al、N质量分数分别为0.020%与0.013%左右的SCM420H齿轮钢，热拉伸实验取得其第三脆性区间范围约为750~950 ℃，模型提示其牢靠温度范围为720~960 ℃。该脆性区内存在2个低谷温度，其中，750 ℃左近低谷区是由拉伸应力诱导先共析铁素体膜生成所致，而850 ℃左近低谷区则是由于AlN粒子的大量析出所致。 (2)Schwerdtfeger热塑性特征值计算模型能够较精确地预测高Al高N齿轮钢第三脆性区的上限温度与最小面缩率，但由其预测的脆性区下限温度偏高，应基于先共析铁素体析出温度加以修正。 (3)高铝氮积齿轮钢的第三脆性区下限温度的葱╇原奥氏体晶界处构成的铁素体薄膜有关，因而先共析铁素体析出温度决议了其下限温度；而这一温度与钢种成分和铸坯冷却速率有关，可调控性较小；其上限温度的葱╇原奥氏体晶界处AlN粒子的大量析出行为有关，而AlN粒子的析出与温度、钢中Al和N含量、铸坯应变速率和冷却速率均有关系，具有较灵活的可控性。实践消费中，在合理范围内进步铸坯拉速、降低二冷强度，均有利于进步其拉矫过程的应变速率，从而有效降低其第三脆性区上限温度；此外，钢中Al、N含量按下限控制也有望取得同样的效果。 来源：《中国冶金》2022年第9期 END 往期精彩回想 1.《钢铁》“北科大冶金学院”虚拟专辑（2018年出版） 2.《中国冶金》“北科大冶金学院”虚拟专辑（2018年出版） 3.《钢铁》首届青年编委招募启事 （10月31日截止） 4.《钢铁》2023年献礼东大百年华诞“钢铁关键共性技术”专刊征稿启事 5.【征稿通知】《连铸》2023年“连铸坯冶金缺陷控制技术”专刊 6.【征稿通知】《连铸》2023年“薄板坯与薄带连铸”专刊 7.【征稿通知】《连铸》2022年“连铸智能化技术与配备”专刊 |
名表回收网手机版
