原位观察MnS对非调质钢拉伸性能各向异性的影响

利用激光共聚焦扫描显微镜原位观察S质量分数为0.065%的非调质钢纵向与横向拉伸过程中MnS的行为,研究MnS形貌与分布对非调质钢各向异性的影响.原位观察表明锻后钢中存在大量长条形MnS,横向与纵向拉伸过程中MnS长度方向与拉力方向取向不同.横向拉伸过程中MnS更易与基体分离产生裂纹,裂纹随MnS长度方向扩展长大,最终导致基体的断裂.MnS在纵向拉伸时不易与基体分离,因此对纵向拉伸性能影响较小.钢中群聚分布的MnS有利于裂纹的聚合长大,会促进基体的断裂.      

硫化物形貌对非调质钢力学性能各向异性的影响

为了明确硫化物变性处理前后材料力学性能各向异性的变化规律，利用金相显微镜、SEM、拉伸及冲击试验机研究了工业生产的具有不同硫化物形貌特征(硫化物变性与未变性处理)的35MnVS非调质钢锻态力学性能的各向异性。结果表明，经变性处理后硫化物由未经变性处理的细长条状向短棒状或纺锤状转变，硫化物长宽比在1～8范围内的个数比例由未经变性处理的不到40%提高到变性处理后的90%以上，且分布更加均匀，组织有所细化。硫化物变性处理能够明显地降低试验钢塑性和韧性的各向异性，断面收缩率和冲击功的各向异性分别减小了约10%和34%，横向断口形貌由脆性的朽木分层状向韧窝韧性断裂转变。     

硫化物形貌对非调质钢力学性能各向异性的影响

为了明确硫化物变性处理前后材料力学性能各向异性的变化规律,利用金相显微镜、SEM、拉伸及冲击试验机研究了工业生产的具有不同硫化物形貌特征(硫化物变性与未变性处理)的35MnVS非调质钢锻态力学性能的各向异性。结果表明,经变性处理后硫化物由未经变性处理的细长条状向短棒状或纺锤状转变,硫化物长宽比在1～8范围内的个数比例由未经变性处理的不到40%提高到变性处理后的90%以上,且分布更加均匀,组织有所细化。硫化物变性处理能够明显地降低试验钢塑性和韧性的各向异性,断面收缩率和冲击功的各向异性分别减小了约10%和34%,横向断口形貌由脆性的朽木分层状向韧窝韧性断裂转变。     

钙处理对含硫非调质钢中夹杂物演变行为的影响

进行了钙处理变性含硫非调质钢中夹杂物的工业试验,通过SEM+EDS定性研究钢中夹杂物类型随工序的变化,得到钙处理对夹杂物演变的影响。针对硫化物夹杂的形态控制,用牛津INCA能谱仪Feature工具的自动扫描夹杂物功能定量分析钙处理前后钢中硫化物夹杂的类型、数量和尺寸的变化。研究结果表明,钙处理能够增加钢中复合硫化物数量,尤其是含钙复合硫化物,从而有利于降低轧材中长条状硫化物的比例,形成较多的球状或纺锤状硫化物,改善钢材的各向异性。进一步分析钙处理改性硫化物的作用机理,在不影响钢材机械性能前提下,钙处理适当降低钢液洁净度有利于含硫非调质钢中硫化物的形态控制,工业生产中采用钙处理的方法来进行硫化物的形态控制是可行的。     

控轧控冷中碳非调质钢的高周疲劳性能

 采用中碳非调质钢制造的轴类等零件常承受交变载荷，因而对钢材疲劳性能具有高的要求。为了评估控轧控冷工艺生产的非调质钢棒材的疲劳性能，利用旋转弯曲疲劳试验机研究了一种常用的钒微合金化中碳非调质钢38MnVS及对比钢38MnS的高周疲劳性能。结果表明，与38MnS钢相比，38MnVS钢中铁素体体积分数增加，组织明显细化；相分析表明约有54%的钒处于M（C，N）相中，且尺寸小于10 nm的M（C，N）粒子质量分数为32%，这些细小粒子的析出强化增量约为116 MPa。38MnVS钢的疲劳极限较38MnS钢提高了62 MPa，提高幅度约为18%；疲劳极限比从38MnS钢的0.43提高到38MnVS钢的0.48。M（C，N）相的析出强化及组织细化是38MnVS钢较38MnS钢具有优异疲劳性能的主要原因，但其疲劳性能仍低于锻态非调质钢。根据试验结果及文献数据，给出了预测铁素体＋珠光体型非调质钢疲劳极限的简便方法。     

含硫非调质钢中硫化锰夹杂物的控制

在非调质钢中加入硫元素用于改善钢材切削性能，但硫与锰结合形成MnS夹杂严重影响钢材的横向冲击性能，因此含硫钢中的MnS夹杂物的控制是该类钢种生产的主要难题之一。对含硫非调质钢中MnS进行研究发现，在铸坯的柱状晶区域，MnS夹杂物分布均匀、量多细小；在等轴晶区域，MnS夹杂物分布不均匀，量少粗大；MnS超标比例为45%。通过在连铸过程中降低拉速和过热度、调整冷却参数，控制铸坯冷却速度，MnS夹杂显著细化，主要以2.5～3.5为主；在热处理过程中，随着加热温度由800℃提高到1 200℃,MnS分裂球化逐渐明显。调整连铸和加热工艺参数后，MnS超标比例降至10%,铸坯不合格率大大降低。     

转向节用贝氏体型非调质钢的高周疲劳性能

 利用旋转弯曲疲劳试验方法对比研究了新开发的两种转向节用贝氏体型非调质钢的高周疲劳性能。结果表明, 两种不同碳含量的贝氏体型非调质钢具有细小均匀的贝氏体铁素体+M-A岛组成的粒状贝氏体组织;两者具有相当的强度水平和疲劳性能,但其疲劳性能低于同等强度水平的调质钢。与锻态相比,正火处理后,试验料的抗拉强度和疲劳强度均有一定程度的降低,但屈强比和疲劳极限比明显提高。对疲劳断口的分析表明,试验料的疲劳裂纹均起源于表面基体,疲劳裂纹以准解理机制扩展。裂纹扩展速率试验表明,含碳量较低的试验料的疲劳裂纹扩展速率da/dN明显低于含碳量较高的试验料。     

钙、镁在含硫钢中硫化物变性过程中的作用

 为了保证含硫钢的切削性能,同时改善MnS对钢材造成的各向异性,通常对MnS进行变性处理。对含硫钢分别进行了镁处理和钙处理试验,分析了这两种处理方式对钢中夹杂物尺寸和成分的影响。镁处理有利于在钢中形成更加细小的Mg-Al-O氧化物夹杂。在钢液凝固过程中,Mg-Al-O夹杂可以作为MnS的形核核心,减少MnS沿晶界析出的数量;Mg-Al-O氧化物核心外围包裹的Mg-Mn-S中的镁主要来源于氧化物核心中的镁向外层MnS中的扩散。钢经过钙处理后,形成的Ca-Al-O氧化物作为MnS的形核核心;氧化物核心外围包裹的Ca-Mn-S主要是由钢液中溶解的钙进入外层包裹的MnS中所形成;复合硫化物中的钙进一步向氧化物核心中扩散,使核心中钙质量分数逐渐升高。     

碲处理改善汽车曲轴用非调质钢38MnVS6硫化物形貌的研究

为研究碲元素对汽车曲轴用非调质钢38MnVS6硫化物形貌的影响,在冶炼过程中喂入70 m的Mn-Te线,加入0.012%Te,通过金相显微镜及扫描电镜对Φ380 mm连铸圆坯及Φ105 mm热轧圆钢的非金属夹杂物进行研究。研究发现,硫化物的形态在连铸坯横向与纵向的形态相同;MnS与MnTe形成共晶化合物,MnTe的存在改变了MnS的析出形态,可以使硫化物形态向短杆甚至椭球态转变,整体长度尺寸变小,平均长度由45μm缩短为15μm;加入0.012%Te后,MnTe与MnS两种夹杂物发生固溶,轧材夹杂物与铸坯相似,而未Te处理的圆钢硫化物随轧制的方向被明显的拉长。     

碲对非调质钢中硫化物形态调控的实践

非调质钢中硫化物的形态和分布对产品性能,尤其是磁痕缺陷的产生有重要影响.利用碲改质技术对非调质钢中硫化物的形态进行调控,并将碲改质后的非调钢与国内外产品进行对比,结果表明:在钢中添加碲时,能够有效改善硫化物形态,非调质钢中硫化物长宽比在1～3的硫化物占比达95％ 以上;按照GB/T 10561—2005评级,含碲非调质...     

中碳非调质钢的高周疲劳性能

非调质钢常用来代替调质钢制造用于疲劳设计的运动部件,因而改善其疲劳性能十分重要.对于铁素体一珠光体型非调质钢,由于存在软相铁素体,其疲劳裂纹基本上萌生于试样表面的铁素体/珠光体边界,并优先沿着该边界扩展.因此,强化铁素体、改善铁素体的分布状态和组织细化是改善其疲劳性能的关键.研究结果证实,具有粗大网状铁素体一珠光体组织...     

易切削不锈钢1Cr17MoS的硫化物形态对力学性能的影响

易切削不锈钢1Cr17MoS中硫化物随冶炼控制方式的差异会呈现不同的形态。采用正常冶炼方式对1Cr17MoS钢进行锻制,硫化物呈细长条形状,长度一般为50～80 μm,长宽比为5～12;夹杂物尺寸为1～5 μm,大部分夹杂物小于3 μm。在冶炼中通过添加微量元素使1Cr17MoS钢经过锻制后的硫化物呈纺锤状、点球状,长度为10～30 μm,长宽比为2～5;夹杂物尺寸为3～20 μm,大部分夹杂物为10～20 μm。通过对不同硫化物形态的1Cr17MoS钢进行纵向和横向拉伸试验,结果表明,2种形态下1Cr17MoS钢的纵向拉伸断口均为韧窝断口,韧窝数量和大小受硫化物数量和宽度的影响,其形态与力学性能没有明显关系;1Cr17MoS的横向拉伸断口以准解理断口为主,还存在部分韧窝断口。传统冶炼方式中,冶炼过程未经过硫化物形态处理,细长条状硫化物破坏了试验钢基体的连续性,加速了横向拉伸的脆性断裂。而经过硫化物形态处理的冶炼方式中,纺锤状和点球状硫化物以韧窝形态出现,保留了试验钢的塑性特征,使其具备较好的横向拉伸性能。     

Fatigue anisotropy in cross-rolled, hardened medium carbon steel resulting from MnS inclusions

Anisotropy of forged steel components is especially adverse when it concerns rotationally symmetric components. Manganese sulfides (MnS) in steels may be desired for their improvement of machining properties; however, they also deteriorate fatigue behavior. A quantification of the effect of MnS on anisotropy is necessary to find an optimum for component dimensioning. To isolate the influence of MnS on anisotropy only, high cleanness of the test material is required. The test material in the current investigation was molten in a vacuum furnace to high-cleanness composition. Materials with two different S levels were produced to detect variations in anisotropy according to amount, shape, and distribution of the MnS inclusions. The two batches were cross-rolled to plates with a deformation ratio of 4.5. The MnS phase constitutes, upon forging or rolling, pancake-shaped inclusions. In the case of cross-rolling, an in-plane rotational symmetry of the inclusions could be created. The shape and size of these inclusions are essential for the mechanical behavior of the material. Push-pull fatigue testing was performed in longitudinal (in plane) and short transversal directions relative to the rolling plane. The results showed strong anisotropy of the fatigue behavior with inferior performance in short transverse directions where the principal stress is perpendicular to the flattened inclusions. The anisotropy was somewhat more pronounced for the high-S material, resulting from a different fatigue crack growth mechanism.     

Low-cycle fatigue properties of microalloyed medium carbon precipitation hardening steels in comparison to quenched and tempered steels

Monotonic and cyclic stress strain curves and strain fatigue-life curves of a normalized carbon steel Cf 53 N, two quenched and tempered steels Ck 45 QT, 34 CrMoS 4 QT and three microalloyed medium-carbon precipitation-hardening steels 27 MnSiVS 6 + Ti BY, 38 MnSiVS 5 BY and 44 MnSiVS 6 + Ti BY, have been evaluated. Similar strain hardening was observed in the monotonic tensile tests whereas different hardening or softening was found under cyclic loading conditions. QT steels reveal pronounced cyclic softening over the entire strain range investigated, the ferritic pearlitic steels show only a slight decrease in the cyclic proof stress and cyclic hardening at larger strains. Strain fatigue-life curves result in a common scatterband of all steels investigated with the microalloyed steels 27 MnSiVS 6 + Ti BY and 44 MnSiVS 6 + Ti BY lying at the upper limit. Crack initiation probability of the microalloyed medium-carbon precipitation-hardening steels in the low-cycle fatigue range is equivalent or lower than for the normalized carbon steel and the QT-steels.     

节能低成本高品质非调质钢的研发

 结合近年来国内外的发展趋势,从化学成分的精确稳定控制、硫化物控制,前轴、半轴和胀断连杆等典型零部件用非调质钢的开发,及非调质钢的长疲劳寿命化技术等方面对中国近年来非调质钢的部分研发工作进行了综合论述。为了进一步提高非调质钢的技术经济性,非调质钢的少无微合金化元素的低成本化、精确成分和尺寸控制是其中的重要发展方向。此外,随着冶金生产和零件制造技术的不断进步,为了替代调质处理的合结钢等以制造更多的保安件,具有更高的强韧性配合的贝氏体型非调质钢必将得到更多的应用。     

Analysis of Largest Sulfide Inclusions in Low Carbon Steel by Using Statistics of Extreme Values

The statistics of extreme values was applied for the determination of the largest sulfide inclusions with different morphology in low carbon steel samples by using both two‐dimensional (2D) observations on the polished cross section and three‐dimensional (3D) observations on a surface of a film filter after electrolytic extraction of the samples. It was found that the globular, rod‐like and dendritic sulfides in the molten steel sample as well as the elongated sulfides in the rolled steel sample can be successfully extracted from the both samples, and analyzed precisely by using extreme value analysis in 3D. Based on the geometrical considerations of the probability for measurement of the true length of rod‐like and elongated inclusions on a cross section, it was found that this probability for inclusions decreases dramatically with an increasing real aspect ratio value of them. Particularly for the determination of the true length for elongated inclusions in the rolled steel sample by 2D investigations on a metal cross section, it is required to be cut investigating section of steel sample within ± 1 degree against rolling direction. Therefore, a 3D observation is considered to be more preferable and accurate than the conventional cross sectional observation in 2D, due to the possibility for the measurements of the real size of them.