新型Fe-Cr-Mo-V系热强耐蚀钢的制备与热处理工艺研究

论文摘要

某些热强钢制结构件在使用前长期保存过程中会受到一定的腐蚀,但现行热强钢的研究多注重其力学性能而对其耐腐蚀性的研究较少,因此,开发具高红硬性和一定常温耐腐蚀性的新型热强耐蚀钢具有十分重要的意义。为此本文以常用热强钢种的成份为依据,以余氏理论为指导,利用正交实验方法对新型热强耐蚀钢的成分进行优化设计;熔炼制备了一系列合金体系的试样,试验考察了合金成分对新钢种的硬度、红硬性和耐蚀性的影响;通过多元线性回归法建立新型热强耐蚀钢的淬火硬度、回火硬度、红硬性和极化电压与合金成分的关系方程,并对回归方程和回归系数的显著性进行了检验;基于以上结果优选了一种新型热强耐蚀钢成份,熔炼制备钢样后,利用金相显微镜、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等分析测试手段对新钢种的显微结构进行表征,考察热处理工艺对新钢种硬度、红硬性、耐蚀性和力学性能的影响,并确定最佳热处理工艺。结果表明,在正交设计的9组成分中,有4种成份的含量具有较高的硬度、红硬性和耐蚀性。经F检验法判定各回归方程显著,可用于实际的预测;经T检验法判定各项性能的回归系数显著性可知,C元素是影响淬火硬度的主要因素,Cr元素和C元素对于回火硬度和红硬性有很大影响,影响极化电压的主要因素是Cr、V、Mo。在980℃～1200℃温度区间研究了淬火温度对新钢种组织和性能的的影响。结果表明,不同温度淬火后材料内部均为马氏体组织,同时伴有碳化物析出;随淬火温度的升高,晶粒尺寸在逐渐增大,温度高于1140℃时,晶粒出现异常长大现象。硬度、红硬性和耐蚀性均随淬火温度的升高而增大。回火工艺的研究过程中发现,随着回火时间的延长硬度逐渐下降,在560℃回火2h时出现明显的二次硬化现象。随着回火温度的升高,硬度整体呈逐渐下降的趋势,材料的抗拉强度降低而韧性提高,碳化物析出逐渐增多并发生偏聚。采用1120℃淬火+560℃（2h）回火试样的力学性能如下:拉伸强度1607MPa,冲击功8.2J,断面收缩率30.56%,延伸率4.4%;腐蚀试验表明,新钢种可用于NaCl腐蚀环境中但不能用于稀硫酸腐蚀环境中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外热作模具钢研究现状
• 1.3 国内外耐候钢研究现状
• 1.4 热作模具钢使用性能要求
• 1.5 热作模具钢的主要强化机制
• 1.6 合金元素对钢材性能的影响
• 1.7 钢铁的腐蚀与腐蚀试验
• 1.7.1 钢铁常见的腐蚀类型
• 1.7.2 钢铁的大气腐蚀及影响因素
• 1.7.3 钢铁耐蚀性的测试
• 1.8 本文的研究目的和主要内容
• 第2章 材料及研究方法
• 2.1 研究思路
• 2.1.1 成分优化设计
• 2.1.2 热处理工艺的研究
• 2.2 试验钢的制备
• 2.2.1 原材料
• 2.2.2 试验钢的熔炼
• 2.2.3 锻造与热处理
• 2.3 组织结构分析
• 2.3.1 金相组织观察
• 2.3.2 扫描电镜及能谱测试
• 2.3.3 X射线衍射分析
• 2.4 力学性能及耐蚀性的测试
• 2.4.1 硬度和红硬性测试
• 2.4.2 冲击韧性测试
• 2.4.3 拉伸性能测试
• 2.4.4 耐腐蚀性测试
• 第3章 新型热强耐蚀钢的成份设计与优化
• 3.1 新型热强耐蚀钢合金体系的选择
• 3.2 新型热强耐蚀钢的成份设计
• 3.3 所熔炼的系列热强耐蚀钢的组织结构分析
• 3.4 所熔炼的系列热强耐蚀钢的性能测试
• 3.4.1 硬度及红硬性
• 3.4.2 耐腐蚀性
• 3.5 新型热强耐蚀钢的回归分析
• 3.5.1 新型热强耐蚀钢回归方程的建立
• 3.5.2 新型热强耐蚀钢回归方程的检验
• 3.6 新型热强耐蚀钢的成分优选
• 3.7 本章小结
• 第4章 优选的新型热强耐蚀钢的制备与热处理工艺
• 4.1 合金的熔炼与预处理
• 4.2 淬火工艺对组织和性能的影响
• 4.2.1 合金相变点与淬火工艺
• 4.2.2 淬火温度对组织的影响
• 4.2.3 淬火温度对性能的影响
• 4.3 回火工艺对组织和性能的影响
• 4.3.1 淬火温度对回火组织的影响
• 4.3.2 回火工艺对组织的影响
• 4.3.3 回火工艺对性能的影响
• 4.4 耐腐蚀性测试
• 4.5 讨论
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢