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铌对H13钢碳化物偏析及力学性能的影响

2015-02-25 09:30 来源:中联钢
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连轧管机用限动芯棒是无缝钢管连轧机组的重要热变形工具,其工作环境极为恶劣,需要在高温下承受很大的复杂应力并经受大的循环热应力。芯棒的主要失效形式是热磨损和热疲劳,因此,影响芯棒使用寿命的最关键性能是高温摩擦抗力和韧性,通常韧性的影响更重要。根据芯棒工作环境及性能要求,国内外芯棒所用材料一般采用H13钢,其具有优良的综合性能。近年来,为进一步提高H13型热作模具钢的性能,以适应日益苛刻的服役条件,在H13钢的基础上进行成分优化,并取得了一定成效,如DIEVAR钢和QRO90钢。

Nb是一种对C有极高亲和力的元素,能形成十分稳定的碳化物,在合金钢中得到广泛的应用。Nb是锅炉钢T92的重要合金化元素,在其马氏体组织形成NbC、Nb(C,N)相,大量弥散分布在晶界和晶内,使钢的强度提高,而且由于其良好的稳定性使此类钢具有高温持久强度。Nb添加至热作模具钢中对改善热强性也有一定的运用,Nb元素在淬、回火后固溶到基体中去,经过长时间的保温后,以NbC的形式析出,提高了材料的抗回火软化能力。
目前,含Nb的H13钢并未在生产中得到有效的应用和推广,因为很多实验基于小尺寸试样,而生产实践中大尺寸H13钢锭凝固易产生缺陷,微量Nb添加在大尺寸的H13钢中会大大改变组织性能,大大降低H13韧性。对于添加Nb的H13钢能否通过提高高温扩散的时间和温度来减轻偏析,以及是否可以提高奥氏体化温度同时提高回火温度来提高韧性,尚没有明确的研究结果。
研究人员在H13基础上添加0.06%Nb,研究Nb对大尺寸H13芯棒退火态偏析、组织、液析碳化物影响,进而研究Nb对H13钢横向韧性的影响规律,对大尺寸含Nb的H13钢产品的实际生产和使用具有一定参考价值和意义。研究结果如下:
    (1)H13-Nb中0.06%Nb加重了偏析,改变了MC相液析碳化物的类型,由VC为主变成以(V,Nb)C为主,提高了MC相析出的温度,产生较多的液析碳化物。
    (2)H13-Nb退火态偏析在经过淬、回火热处理后,偏析造成钢的有效晶粒尺寸较大且分布不均匀,降低了H13-Nb芯棒的韧性。
    (3)液析碳化物经过淬火、回火没有发生改变,H13-Nb中较多较大的液析碳化物对韧性也有较大的影响。
    (4)大型芯棒H13和H13-Nb存在尺寸效应,从芯部到边部,偏析逐渐减轻,液析碳化物数量逐渐减少,冲击功逐渐增大。

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