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氮合金化對注漿管組織和性能的影響

點擊次數:130   更新時間2019-04-11     【關閉分    享:
目前,我國用于制造注漿管的材料主要為9Cr18及9Cr18Mo,后者相比前者添加Mo以細化晶粒并提高鋼的淬透性和熱強性能。由于鋼中碳、鉻含量較高,使得該系列軸承鋼擁有良好的耐磨性能及一定的耐腐蝕性能。但較高的碳含量在常規熱處理過程中容易發生表面脫碳而直接影響產品的加工和使用。并且較高的C、Cr含量在冶煉凝固過程中極易出現成分偏析區而形成難以消除并分布于晶界處的富Cr型共晶碳化物,既嚴重影響軸承的性能穩定性、表面質量和加工精度,同時所導致的基體貧Cr對軸承的耐腐蝕性能具有不良影響。
 
氮作為比碳作用更強的間隙強化元素,更小的原子半徑使其在固溶于基體的同時還可少量溶于碳化物中,可有效地抑制合金中碳化物沿晶界大量析出,從而減少了碳化物與合金基體間的適配度及界面能;氮還能夠部分替代Ni、Mn、Mo等合金元素提高鋼的耐腐蝕性能。此外,國內外關于高氮鋼的研究表明,由于氮元素的加入,鋼的強度、斷裂韌性、耐磨性能以及抗腐蝕性能等得到了有效的改善。對鋼性能的改善可歸因于氮元素在鋼中的獨特性能,氮能促進彌散分布細小氮化物的析出,從而增強其耐磨性能。
 
新冶高科技集團有限公司研究人員采用降碳-增氮工藝以有效提高鋼的韌性、耐磨性能及耐腐蝕性能,并開展對馬氏體不銹軸承鋼經氮合金化前后及熱處理后的力學性能和微觀組織的研究,并探討氮元素的加入對馬氏體不銹軸承鋼性能和微觀組織影響原因。
 
實驗以高氮注漿管為主,并以未添加氮元素的注漿管作為對比。兩種實驗鋼除氮元素含量不同外,其他元素含量均相同。實驗鋼采用非真空冶煉和電渣重熔制得。熔煉后的鋼錠在1100℃開始鍛造,終鍛溫度約為900℃,棒料的終鍛尺寸為60mm,隨后置于空氣中冷卻至室溫。研究結果表明:
 
(1)氮合金化后的注漿管軸承鋼在經過熱處理后,抗拉強度為2188MPa,屈服強度為1812MPa,硬度達到58.7HRC,比未添加氮元素的注漿管分別提高了20%、26%和21%。同時,鋼的沖擊韌性沒有明顯降低,很好地滿足了軸承鋼對高強度、高硬度和一定韌性儲備的需求。
 
(2)氮合金化處理對注漿管中碳化物的析出行為的影響較大。氮的加入能顯著減小碳化物尺寸,改善碳化物分布,同時抑制了注漿管中大塊沉淀相(主要是M23C6相)的析出,降低了碳化物所占面積比例。
 
(3)氮元素的固溶強化作用和納米級碳氮化合物的沉淀強化是導致含氮注漿管強度和硬度提升的主要原因。
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