G20CrNi2Mo轴承钢洁净度及性能研究

论文摘要

G20CrNi2Mo轴承钢是渗碳轴承钢的一种,它具有切削、加工性能良好、耐冲击、渗碳后耐磨、接触疲劳寿命高等一系列优点。以其为原料制造的轴承,除了表面具有很高的硬度、良好的耐磨性、较高的疲劳强度、良好的尺寸稳定性以外,轴承的内部还具有很高的韧性,它已经广泛应用于承受冲击负荷较大的轴承。随着铁路的提速以及车辆大型化,对其性能提出了更高的要求。电渣重熔能有效提高金属的纯净度及组织的致密性,因此,研究真空感应处理（VIM）+电渣重熔（ESR）+轧制或锻造生产高品质G20CrNi2Mo轴承钢具有很重要的现实意义。本文通过在实验室条件下利用50kg真空感应炉制备自耗电极和电渣重熔双联工艺制备G20CrNi2MoA轴承钢；然后对G20CrNi2MoA轴承钢进行洁净度研究,利用金相显微镜（OM）和Image-Pro Plus6.0分析软件进行夹杂物数量和尺寸统计,利用扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）进行夹杂物形貌和成分分析；进行拉伸试验、冲击试验,利用扫描电镜（SEM）观察断口形貌并研究其断裂机理；进行末端淬透性试验,对其淬透性进行研究。（1）真空感应熔炼G20CrNi2Mo锭中合金元素有很高的收得率,钢中磷、硫、氧质量分数符合预期,但钢中氮质量分数较高。电渣重熔过程中,非保护性气氛条件下,钢中Si和Mn的烧损率较高,在保护性气氛下,Si和Mn的烧损得到抑制,加入强还原剂金属铝,也能减轻钢中Si和Mn的烧损；其他元素,如Cr、V、Mo、Ni和Nb等性质稳定,无论保护性气氛还是非保护性气氛条件下烧损都很少。（2）保护性气氛可以使熔渣保持低的氧势,从而使电渣锭中氧质量分数很低；在电渣重熔过程中加入还原剂铝,能够有效地降低渣的氧势。（3）真空感应炉熔炼的G20CrNi2Mo锭中,夹杂物平均直径在1.5 μm左右；从夹杂物的数量来看,每平方毫米的夹杂物数量在100个左右。（4）夹杂物的种类主要是Al2O3-SiO2-MnO类硅铝酸盐类夹杂物,其次是MnS为主的硫化物,此外还含有少量的多相复合类夹杂物。电渣重熔后,Al2O3-SiO2-MnO系硅酸盐类夹杂物被除去,钢中夹杂物成分主要分为A1203和Al2O3-MnS。（5）电渣重熔过程冷却强度大,热处理后的电渣锭强度更高。晶粒细小和晶界附近的应变相差较小,变形均匀,因为应力集中而引起的开裂也较少,在断裂之前可承受较大的变形量,因此具有良好的力学性能：电渣锭试样末端淬透性均在规定范围之内,此新成分钢种的20CrNi2MoA轴承钢具有良好的淬透性。（6）工业试验中真空感应熔炼锭中合金元素都达到了试验预期的成分,且杂质磷、硫、氧、氮质量分数很低,较实验室冶炼效果明显改善；电渣重熔后钢中合金元素Si含量略有降低,较实验室条件下的烧损减少；Mn的烧损率与实验室条件下电渣重熔结果相比相差不大,其他合金元素的烧损可以忽略不计。（7）电渣重熔后钢中w[P]=0.0040%, w[S]=0.0020%,气体夹杂w[O]=0.0007%和w[N]=0.0005%,总体冶炼效果较实验室条件下要好。（8）电渣锭试样抗拉强度与规定比例延伸强度要优于实验室条件下的保护性气氛电渣重熔锭的拉伸性能；电渣锭的冲击功为197 J。电渣锭试样具有良好的末端淬透性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 G20CrNi2Mo轴承钢简介
• 1.1.2 G20CrNi2Mo轴承钢生产工艺
• 1.2 轴承钢中非金属夹杂物及其危害
• 1.2.1 非金属夹杂物的来源分析
• 1.2.2 非金属夹杂物的分类
• 1.2.3 非金属夹杂物对轴承钢疲劳寿命的影响
• 1.3 电渣重熔工艺的原理和特点
• 1.3.1 电渣重熔的原理
• 1.3.2 电渣重熔的特点
• 1.3.3 保护性气氛电渣重熔
• 1.3.4 电渣重熔钢的洁净化控制
• 1.4 课题的研究意义和内容
• 第2章 熔炼过程钢中各元素质量分数控制理论计算
• 2.1 钢中氧质量分数控制理论
• 2.1.1 电渣重熔过程中气氛中氧质量分数的影响
• 2.1.2 自耗电极中的原始氧
• 2.1.3 电渣重熔过程铝脱氧热力学
• 2.2 钢中氮质量分数控制理论
• 2.2.1 真空熔炼过程中氮质量分数控制
• 2.2.2 电渣重熔过程中氮质量分数控制
• 2.3 钢中硫质量分数控制理论
• 2.4 钢中磷质量分数控制理论
• 2.5 电渣重熔过程合金元素烧损的研究
• 2.5.1 Si元素电渣重熔的烧损
• 2.5.2 其他合金元素的烧损
• 2.6 本章小结
• 第3章 G20CrNi2Mo轴承钢制备及洁净度研究
• 3.1 实验内容
• 3.2 G20CrNi2Mo轴承钢真空感应熔炼铸锭的制备
• 3.2.1 原料准备
• 3.2.2 G20CrNi2Mo轴承钢成分
• 3.2.3 实验设备
• 3.2.4 浇注温度
• 3.2.5 真空感应熔炼制备自耗电极铸锭生产工艺
• 3.2.6 真空感应炉熔炼铸锭结果分析及讨论
• 3.2.7 成分分析及讨论
• 3.2.8 试样夹杂物的金相统计结果
• 3.2.9 试样夹杂物形貌成分研究
• 3.3 G20CrNi2Mo轴承钢铸锭锻造工艺
• 3.3.1 锻造参数
• 3.3.2 锻造工艺
• 3.4 G20CrNi2Mo轴承钢的电渣重熔工艺
• 3.4.1 G20CrNi2Mo轴承钢的电渣重熔工艺冶炼工艺要点
• 3.4.2 电渣炉设备特点
• 3.4.3 熔渣的选择
• 3.4.4 电渣前准备工作
• 3.4.5 电渣重熔工艺参数
• 3.4.6 电渣锭形貌
• 3.4.7 熔渣成分及铸锭成分分析
• 3.4.8 试样夹杂物的金相统计结果
• 3.4.9 试样夹杂物形貌成分研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 G20CrNi2Mo轴承钢力学性能及淬透性研究
• 4.1 热处理工艺
• 4.2 电渣重熔20CrNi2MoA轴承钢拉伸性能研究
• 4.2.1 实验研究方法
• 4.2.2 实验结果与讨论
• 4.3 G20CrNi2Mo轴承钢冲击性能研究
• 4.3.1 实验研究方案
• 4.3.2 实验结果与讨论
• 4.4 G20CrNi2Mo轴承钢淬透性研究
• 4.4.1 实验研究方案
• 4.4.2 实验结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 第5章 G20CrNi2Mo轴承钢工业试验
• 5.1 实验内容
• 5.2 G20CrNi2Mo轴承钢真空感应铸锭的熔炼
• 5.2.1 原料准备
• 5.2.3 试验设备
• 5.2.4 真空感应熔炼制备自耗电极铸锭生产工艺
• 5.2.5 成分分析及讨论
• 5.3 G20CrNi2Mo轴承钢的电渣重熔
• 5.3.1 G20CrNi2Mo轴承钢的电渣重熔工艺冶炼工艺要点
• 5.3.2 电渣重熔铸锭成分分析
• 5.3.4 试样夹杂物的金相统计结果
• 5.3.5 试样夹杂物形貌成分研究
• 5.4 电渣重熔后G20CrNi2Mo轴承钢拉伸性能研究
• 5.5 G20CrNi2Mo轴承钢淬透性研究
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 论文包含图、表、公式及文献