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矿用圆环链25MnV钢凝固和冷却过程的组织性能影响

时间:2024-11-06

王 刚,陈黔湘,魏福龙

(首钢水城钢铁(集团)有限责任公司,贵州 六盘水 553000)

1 材料成分

根据GB3414-82的规定,矿用圆环链25MnV钢的化学成分包括C、Mn、V、Si、P、S等,具体成分要求如表1所示。根据试验试制工艺成分控制具体数据可知,C、Mn、V成分控制过程较为稳定,而Si波动较大。

表1 化学成分要求/%

2 计算原理

本文通过利用JMatPro软件,对该钢凝固和冷却过程中的组织性能进行了计算。此软件是在合金热力学数据库开发的基础上,建立物理模型动态求解材料性能,结合所需的实验验证,以此得到准确的计算结果。对于多元合金系,计算固溶相吉布斯自由能时,采用(1)方程,方程(1)中,第一项表示纯组元的吉布斯自由能;第二项表示理想状态下的焓;第三项表示两两之间的相互作用[1,2]。

相转变动力学模型的计算,采用TTT计算的一般方程,即

式(2)中,α=β2(G-1)/2,β是经验系数,G为晶粒大小(ASTM标准),D是有效扩散系数,ΔT是过冷度,q是取决于有效扩散机制的指数,X是转变的百分比。

在JMatpro软件中,采用式(3)、(4)判定有关材料力学性能的计算。对于微小γ粒子对合金的屈服强度的强化效果,可用以下方程来衡量:

式(3)中,YS0和YS1表示晶格屈服强度和合金屈服强度;M为泰勒系数;b是柏氏矢量;A是形状因子常量;d为析出粒子直径;τ为位错的线张力;f是γ体积分数。

对于大尺寸的粒子,强化效果可用方程(4)来衡量:

其中,ω实质是一个经验系数。

3 实验结果与分析

3.1 实验工艺

矿用圆环链作为煤矿机的关键键,它的质量和性能优劣,将直接影响设备的工作效率和煤矿的煤炭产量。该钢包括三个等级,分别为:B、C、D。本文通过安排了一组3炉的矿用圆环链钢25MnV试制生产,轧钢厂分别轧制了1炉Φ18mm规格的20MnSi和25MnV。试制工艺主要分为炼钢工艺和轧钢工艺。

3.1.1 炼钢工艺

(1)铁水条件。

表2 炼钢工艺铁水注入量

由上表2可知,本次试制铁水成份适中、波动小,有害元素P%,S%含量不高。

(2)造渣及热平衡控制。

①本次品种钢生产总装入量为95.5吨,从连铸钢水量看,第26200270炉次钢水量较低83.6t,其余两炉正常;②转炉消耗:3炉25MnV的石灰消耗分别为38.5kg/t,37.1kg/t,36.1kg/t;石灰、轻烧和冷料等渣料消耗在:102kg/t~122kg/t范围,如上表所示。

(3)合金消耗。

表4 合金消耗分析

从单耗看出,本次试制生产单耗较标准低,主要原因是用钢水量进行计算,实际产量因短尺和分坯较低。

3.1.2 轧钢工艺

(1)工艺参数。

表5 轧钢工艺参数分析

(2)力学及其他物理检验。

表6 力学及其他物理检测

(3)力学检测满足。

表7 力学检验

3.2 显微组织分析

在900℃标准化后,实验钢的贝氏体形态具有颗粒特征。该钢的组成部分包括四部分,分别为:贝氏体铁素体(BF)、马氏体、残余奥氏体和少量珠光体。粒状贝氏体是具有马氏体/奥氏体岛的板条铁素体基体。在贝氏体元素的演化和碰撞过程中C原子从BF元素到奥氏体的连续扩散和富集,导致了这种结构的形成,并导致最终形成的岛区域中存在碳浓度梯度。冷却后,这些富含C的奥氏体岛区将转变为板条马氏体,双马氏体或保留的奥氏体状态,从而形成岛面积。M/A马氏体边缘的奥氏体岛。该结构硬度(20HRC~23HRC)适用于实际生产中的圆钢剪切。

在880℃淬火(20℃水淬)后,芯基质为马氏体;当水温为37℃时,除马氏体外,中心有许多铁素体块,非马氏体结构,铁素体晶粒尺寸为8.5级~9级。这表明较低冷却介质温度的核心结构可以硬化并且结构良好。这种差异的原因取决于冷却速度。

4 结论

(1)组织性能。对圆环链用25MnV热轧圆钢进行内部组织分析,分析显示,该钢的热轧组织为铁素体和珠光体,并且这两种组织呈现均匀分布状态。通常,热处理工艺为:淬火、差温回火。通过以上热处理工艺我们可以得到回火索氏体或回火屈氏体组织。与此同时,通过热处理工艺,我们还得到了此工艺处理后的正常组织及出现的异常组织,该异常组织中含有马氏体。通过对异常组织出现原因的探究,实验表明其与直臂部分的回火温度和Mn元素产生偏析现象有关。

(2)结合实验结果、25MnV矿用圆环链用钢要求和工艺条件,我们不难发现,钢中碳含量应该控制在0.23%~0.26%。

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