V對含氮20MnSi螺紋鋼組織和力學性能影響的研究

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在V元素以及N元素相融合后,放入20MnSi螺絲鋼里,形成微合金化,目前以是管、線材工業生產的重要工藝。本文主要是以冶煉多種V含量的含氮20MnSi螺紋鋼的方式,來研究V對含氮20MnSi螺紋鋼組織和力學性能的影響,以為工業生產帶來充足的理論依據。

一、各種V含量下含氮20MnSi鋼的冶煉和研究方法

(一)不同V含量下含氮20MnSi鋼的冶煉

(1)試驗材料

1.高氮錳鐵。其成分為:Fe含量為16.12%;C含量為0.19%;Mn含量為78.25%;Si含量為0.03%;S含量為0.003%;P含量為0.008%;N含量為5.4%。

2.氮化錳硅成分。其成分為:Fe含量為9.66%;C含量為0.37%;Mn含量為42.14%;Si含量為27.44%;S含量為0.04%;P含量為0.03%;N含量為18.7%。

3.純鐵。Fe含量為99.8%;C含量為0.002%;Mn含量為0.004%;Si含量為0.003%;S含量為0.003%;P含量為0.005%;N含量為0.006%。

4.高碳錳鐵。Fe含量為21.12%;C含量為1.98%;Mn含量為75.2%;Si含量為1.4%;S含量為0.017%;P含量為0.28%。

(2)試驗鋼的冶煉

一號鋼:C含量為0.215%;Mn含量為1.494%;Si含量為0.536%;S含量為0.011%;P的含量為0.011%;V的含量為0.014%。

二號鋼:C含量為0.217%;Mn含量為1.536%;Si含量為0.549%;S含量為0.012%;P的含量為0.013%;V的含量為0.027%。

使用真空感應熔煉爐進行冶煉,來降低鋼里的氧元素給碳、錳元素所造成的的損耗。讓氮氣達到常壓狀態,降低高氮鋼里氮元素的溢出量,在原料受到溶解后放入足夠的氮化合金,并使用鋼澆注。

在還沒有放進爐里的時候,先切割原料,以達到爐膛熔煉的標準,而且純鐵大小要滿足要求,以防止在溶解期間發生“搭橋”的情況,進而使下料產生問題。同時還要以打磨的方式,保證原料表面的整潔度。把原料融入到爐子當中,采取真空處理,清理掉爐里的氧化性,確保鋼液的干凈程度,防止氧化物的形成。

鍛造后把試驗鋼掐頭去尾,使用ARL3460電火花直讀光譜儀,來檢測試驗鋼里C、Si、Mn、P、S、V、N等元素含量。

(二)研究方法

(1)熱處理試驗。使鋼錠溫度達到1100℃,并進行2個小時的保溫,在此期間使用400kg空氣錘打造25mm×25mm的鋼棒,并將900℃的終鍛溫度降低到室溫。在完成對鍛造的掐頭去尾后,清理掉應力偏析。對試驗鋼Ac3以及Ac1進行檢驗,若溫度分別為867℃、704的話,這就可以使用正火熱處理方式,對30℃Ac3進行保溫,時間要達到40分鐘,并采用晶粒進行細化,以及均勻分布碳化物。

(2)室溫沖擊試驗。把通過正火后的20MnSi螺紋鋼加工成標準沖擊試樣,并打磨沖擊試樣的每個面,尤其是V型缺口處,以避免外在因素的干擾而導致應力集中。

這部分試驗,主要是為了分析各種釩含量中含氮20MnSi沖擊韌性的變化。并給沖擊斷口形態開展電鏡分析。

而意義在于能夠掌握各種釩含量中含氮20MnSi螺紋鋼給沖擊負荷的抵抗力。

二、V對含氮20MnSi鋼的力學性能的影響

(一)未時效室溫拉伸試驗結果和分析。通過試驗了解到,鋼未時效時力學性為:

一號鋼:419Rel/MPa;897Rm/MPa;二號鋼為589ReL/MPa;1048Rm/MPa。

由此能夠了解到,在使用釩之后,鋼伸長量明顯加大,V的放入讓鋼里的游離的N元素溶入到鐵素體基里,并以VN的方式溢出,從而降低了游離的N元素,這樣一來試驗鋼脆性就會下降,并提升塑韌性。

同時還通過試驗還了解到,試驗鋼屈服度并不大,而且在一號鋼中還形成了屈服平臺,原因主要在于屈服強度,和沒有合理的試驗鋼組織。同時還發現V含量不多的試驗鋼里存在一定的帶狀組織,并且含有較粗的晶粒,沒有形成屈服平臺。

(二)時效拉伸室溫拉伸試驗結果和分析。通過相關實驗收集到了自然時效90天和180天的試驗鋼力學性能。

自然時效90天的試驗鋼力學性能:

一號鋼:839ReL/MPa;1047Rm/MPa;二號鋼為908ReL/MPa;1091Rm/MPa。

自然時效180天的試驗鋼力學性能:

二號鋼:730ReL/MPa;1026Rm/MPa;二號鋼為768ReL/MPa;1020Rm/MPa。

圖一和圖二分別代表的是試驗鋼自然時效90

天后時拉伸曲線圖以及試驗鋼自然時效180天后時拉伸曲線圖:

圖一:

圖二:

通過比較能夠了解到,和自然時效90天的試驗鋼力學性能相比,自然時效180天的試驗鋼力學性能下降了不少,在強度上也減少了109MPa,而且抗拉強度降低了21MPa,不過伸長率增長了3.2%。首先試驗鋼游離的N元素的降低,使得試驗鋼的強度下降了不少;此外,面組織更加的均勻,從而讓伸長率提升。不過因為固N元素,導致試驗鋼伸長率無法滿足規定的要求,很有可能造成脆斷。

結束語

(1)通過對未時效室溫拉伸試驗結果和分析了解到,試驗鋼屈服度并不大,同時還發現V含量不多的試驗鋼里存在一定的鋼狀組織,并且含有較粗的晶粒,沒有形成屈服平臺。(2)通過時效拉伸室溫拉伸試驗結果掌握到,和自然時效90天的試驗鋼力學性能相比,自然時效180天的試驗鋼力學性能下降了不少,在強度上也減少了109MPa,同時抗拉強度降低了21MPa,不過伸長率增長了3.2%。