耐磨复合钢管耐磨层用钢的研究与开发

论文摘要

目前,国内针对耐磨钢的研究大多集中在普通环境中所使用的耐磨钢,针对耐磨复合钢管这一特殊使用前提下的耐磨钢研究与开发鲜有报道,本论文结合某厂“耐磨复合钢管耐磨层用钢的开发”课题,通过合理设计耐磨复合钢管耐磨层用钢的成分,控制热处理工艺中的相关参数,研究开发一种专用于耐磨复合钢管的新型高硬度耐磨钢。本论文的主要研究工作和成果如下：（1）利用MMS-300热力模拟试验机,绘制了实验钢的静态和动态CCT曲线,研究了保温温度、冷却速率和变形对实验钢连续冷却转曲线的影响。实验结果表明,在3℃/s～20℃/s的冷却速度范围内,实验钢都能获得马氏体组织；随着保温温度和冷却速率的提高实验钢的相变点降低；高温变形会提高实验钢的相变温度。（2）研究了实验钢的高温变形行为,分析了变形抗力的影响因素,得到材料常数：a=0.0136Mpa-1、n=4.2645.A=2.4×10-6,计算出热变形激活能Q=372.8KJ/mol,得到了Z参数表达式以及流变应力峰值公式。分别利用传统数学模型和人工智能算法实现了对实验钢变形抗力模型的拟合,并将两者的拟合效果进行了对比。（3）采用再结晶区轧制加离线热处理的工艺,选取不同的热处理参数,研究了淬火工艺参数和回火工艺参数对实验钢组织性能的影响规律。通过TEM观察分析发现：淬火温度在890℃时,实验钢淬火后马氏体板条相互交割、板条平均宽度为200nm；当回火温度在200℃～300℃之间时,实验钢回火马氏体组织仍然保留着淬火态马氏体的形貌,在板条内部有点状s碳化物析出；当回火温度达到350℃以上时,实验钢回火马氏体板条形貌逐渐模糊,从回火马氏体中析出了χ碳化物、θ碳化物；碳化物随着回火温度的升高而聚集长大。（4）对淬火工艺的研究发现：淬火温度和淬火保温时间对实验钢的影响比较明显,当淬火温度为890℃、淬火保温时间为42min时实验钢经过淬火回火后的力学性能最佳。对回火工艺的研究发现：随着回火温度的升高,实验钢的硬度会显著降低；在300～400℃回火时实验钢出现回火脆性。回火时间对实验钢硬度的影响较小。（5）利用MLD-10动载磨粒磨损实验机研究了实验钢的磨损机制,发现200℃回火时实验钢具有最好的耐磨性能。通过成分调整来改善实验钢的综合力学性能,发现通过提高Mn含量到1.2%,在适当的热处理工艺下实验钢的硬度提高到725HV,冲击功提高到17.5J。上述理论研究和工艺开发已应用到合作厂家的实际生产中,并已经取得了理想的效果,本文的研究同时也为我国耐磨复合钢管耐磨层用钢的进一步研究和开发提供了重要的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 磨损现状
• 1.2 耐磨钢的种类
• 1.2.1 锰钢
• 1.2.2 复相耐磨钢
• 1.2.3 低合金耐磨钢
• 1.3 低合金耐磨钢中元素成分的设计原则
• 1.3.1 耐磨钢中主要元素成分的设计
• 1.3.2 耐磨钢中合金元素成分的设计
• 1.4 耐磨钢磨损的基本形式
• 1.4.1 磨粒磨损
• 1.4.2 疲劳磨损
• 1.4.3 粘着磨损
• 1.5 耐磨钢的发展现状与发展方向
• 1.5.1 国内耐磨钢的发展现状
• 1.5.2 国外耐磨钢的发展现状
• 1.5.3 耐磨钢的发展方向
• 1.6 本课题研究的主要背景、内容及意义
• 第2章 耐磨钢连续冷却转变的研究
• 2.1 实验原理
• 2.2 实验材料及方案
• 2.2.1 临界温度点的测定
• 2.2.2 静态CCT曲线的测定
• 2.2.3 动态CCT曲线的测定
• 2.3 实验结果及分析
• 2.3.1 实验钢的临界温度点
• 2.3.2 静态CCT曲线及显微组织
• 2.3.3 动态CCT曲线及显微组织
• 2.4 分析与讨论
• 2.4.1 温度对连续冷却转变的影响
• 2.4.2 冷却速度对连续冷却转变的影响
• 2.4.3 变形对连续冷却转变的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 耐磨钢高温变形行为的研究
• 3.1 实验材料及设备
• 3.2 单道次压缩实验方案
• 3.3 高温变形抗力影响因素分析
• 3.3.1 变形温度对变形抗力的影响
• 3.3.2 变形速率对变形抗力的影响
• 3.3.3 变形程度对变形抗力的影响
• 3.4 高温变形特征值的确定
• 3.5 变形抗力模型的建立
• 3.5.1 变形抗力模型的发展
• 3.5.2 实验钢变形抗力传统数学模型建立
• 3.5.3 实验钢变形抗力神经网络模型建立
• 3.6 本章小结
• 第4章 耐磨钢实验室轧制及热处理实验
• 4.1 实验材料与方案
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 轧制制度
• 4.1.3 热处理实验方案
• 4.1.4 实验组织及性能检测方案
• 4.2 实验钢轧制后组织与性能
• 4.3 实验钢的热处理工艺研究
• 4.3.1 淬火温度对实验钢组织性能的影响
• 4.3.2 淬火时间对实验钢组织性能的影响
• 4.3.3 回火过程中组织变化规律
• 4.3.4 回火温度对实验钢组织性能的影响
• 4.3.5 回火时间对实验钢组织性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 耐磨钢磨损性能的研究与改善
• 5.1 耐磨钢磨损性能的研究
• 5.1.1 磨料磨损的影响因素
• 5.1.2 耐磨性的评价标准
• 5.1.3 实验材料与方案
• 5.1.4 实验结果与分析
• 5.2 耐磨钢磨损性能的改善
• 5.2.1 2#实验钢的设计
• 5.2.2 2#验钢热处理工艺研究
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢