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超强结构钢的冶金工艺研究

作　者: 张伟
导　师: 徐玉松
学　校: 江苏科技大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 马氏体时效钢真空感应熔炼电渣重熔非金属夹杂物
分类号: TF762
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着尖端科技的高速发展,人们对高性能的设备和机器有了新的要求。进而需要制造出强度更高、韧性更好的零部件材料。因此,生产超高强度钢是材料科学发展的一大热点。马氏体时效钢作为优良的超强钢种,被广泛应用于火箭发动机壳体、导弹和飞机武器的重要构件中。本文研究的18NiNb马氏体时效钢不仅具有良好的热加工、冷加工性能和焊接性,而且其热处理工艺也很简单。本文通过采用真空感应熔炼(VIM)和电渣重熔(ESR)双重冶炼工艺来降低18NiNb马氏体时效钢中的气体、夹杂物和有害元素含量,改进组织结构的均匀性,提高钢的强、韧性。通过加入Nb元素、优化钢的各元素的成分比,来改善材料的组织与性能。在双重熔炼过程中,选用了适合本钢种特点的工艺参数。本次熔炼中选用三元渣系CaF2:Al2O3:TiO2=50:25:25和四元渣系CaF2:Al2O3:CaO:TiO2=65:20:10:5。通过对钢的成分进行分析表明:真空感应熔炼中,铝元素有一定烧损;而电渣重熔过程中,铝钛有很大程度的烧损。应用电子扫描法(SEM+EDS)和金相法,对真空感应熔炼(VIM)及随后进行电渣重熔(ESR)的18NiNb马氏体时效钢中的非金属夹杂物进行了定性和评级分析。结果表明,电渣重熔对去除钢中的硫化物和尺寸较大的单颗粒夹杂效果明显,电渣重熔后钢中的夹杂物主要为细小的氧化物夹杂,数量明显减少、且呈弥散分布,进一步提高了18NiNb合金钢的钢锭质量。根据对电渣重熔前后的钢以及对两种电渣系钢的组织结构与性能的分析,结果表明:钢经过电渣重熔后,钢中的夹杂物和有害气体有效减少,钢的致密性大大提高,并且晶粒得到细化。钢的硬度、强度均有提高。四元渣系钢在相同时效温度下,硬度和强度优于三元渣系钢。这是因为四元渣系钢的铝、钛元素烧损较少,时效析出的强化相(如Ni3Ti、Ni3Mo等)比三元渣系钢多,所以强度要高。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-14
第1章绪论  14-23
  1.1 引言  14-15
  1.2 相关领域的研究  15-17
    1.2.1 超纯净马氏体时效钢的研究  15-16
    1.2.2 超高强度无钴马氏体时效钢  16
    1.2.3 喷射沉积马氏体时效钢复合材料的研究  16
    1.2.4 细晶超高强度钢的开发  16-17
    1.2.5 马氏体时效钢的发展趋势  17
  1.3 合金元素在马氏体时效钢中的作用  17-18
  1.4 马氏体时效钢性能的特点  18-19
  1.5 非金属夹杂物对力学性能的影响  19-21
    1.5.1 钢中非金属夹杂物的来源  19-20
    1.5.2 夹杂物对力学性能的影响  20
    1.5.3 夹杂物的控制对韧性的影响  20-21
  1.6 电渣重熔概况  21
  1.7 本文的研究背景与研究内容  21-23
第2章试样制备和试验方法  23-27
  2.1 试样制备方法  23-25
    2.1.1 成分设计  23-24
    2.1.2 冶炼  24
    2.1.3 热加工方案  24
    2.1.4 热处理方案  24-25
  2.2 试验方法与设备  25-27
    2.2.1 成分分析  25
    2.2.2 显微组织观察分析  25
    2.2.3 硬度测量  25
    2.2.4 室温拉伸试验  25-26
    2.2.5 夏比冲击试验  26
    2.2.6 扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）  26-27
第3章真空感应熔炼工艺研究  27-35
  3.1 引言  27
  3.2 真空感应熔炼的特点  27
  3.3 氧在钢中的存在的形态及其危害  27-28
    3.3.1 氧在钢中的存在的形态  27-28
    3.3.2 钢中氧的危害  28
  3.4 真空碳脱氧  28-29
  3.5 真空感应熔炼基本工艺  29-33
    3.5.1 装料  29-30
    3.5.2 熔化  30-31
    3.5.3 精炼  31-32
    3.5.4 合金化阶段  32-33
    3.5.5 出钢浇注  33
    3.5.6 破空  33
  3.6 真空感应熔炼工艺对成分的影响  33-34
  3.7 本章小结  34-35
第4章电渣重熔工艺研究  35-50
  4.1 引言  35
  4.2 基本过程  35-36
  4.3 渣系的作用与结晶特点  36-37
  4.4 渣系的选择  37-39
    4.4.1 渣系特性  37
    4.4.2 常见电渣重熔渣系  37-38
    4.4.3 渣系对冶金质量的影响  38-39
    4.4.4 渣系的确定  39
  4.5 电渣重熔的工艺流程  39-42
    4.5.1 自耗电极制备  40
    4.5.2 电极尺寸与长度的确定  40-41
    4.5.3 电极成分的确定  41
    4.5.4 炉渣与引燃方法  41
    4.5.5 电参数选择  41-42
    4.5.6 补缩  42
    4.5.7 冷却水的使用  42
  4.6 电渣过程中的冶金反应与冶金质量  42-48
    4.6.1 脱硫过程与结果  43-44
    4.6.2 脱磷过程与结果  44-45
    4.6.3 去气（氧、氢、氮）过程  45-46
    4.6.4 电渣重熔对化学成分的影响  46-48
  4.7 本章小结  48-50
第5章电渣重熔对夹杂物分布与形态的影响  50-56
  5.1 引言  50
  5.2 夹杂物分析试验方法  50-51
  5.3 钢中非金属夹杂物的SEM 分析结果  51-53
  5.4 电渣重熔工艺对钢的纯净度的影响  53
  5.5 电渣重熔工艺的去夹杂原理  53-55
  5.6 本章小结  55-56
第6章不同冶炼工艺对材料组织与性能的影响  56-63
  6.1 引言  56
  6.2 冶炼工艺对材料组织与硬度的影响  56-59
  6.3 冶炼工艺对材料冲击功的影响  59-61
  6.4 冶炼工艺对材料拉伸性能的影响  61-62
  6.5 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-67
攻读硕士期间发表的论文  67-68
致谢  68-69
详细摘要  69-73

超强结构钢的冶金工艺研究

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