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    超高鉻高碳雙相鋼的凝固過程及組織性能研究
    發布者: 發布時間:2020/10/8 閱讀:351

     腐蝕、磨損和斷裂是工業領域中零部件失效的三大主要形式,其中腐蝕和磨損占70%左右。腐蝕和磨損失效主要發生在具有高固體含量和腐蝕性介質的工業環境中,如石油化工、環境工程、核電能源等,是導致設備中泵、葉輪、管道等零部件失效的主要原因。傳統的耐磨性能優良的鑄鐵和耐蝕性能優良的雙相鋼不能同時滿足腐蝕和磨損并存的苛刻環境,因此開發具有耐磨抗蝕雙重優異性能的材料成為現代高端裝備制造的迫切要求。

     

     材料的性能是具有一定化學成分和微觀組織的材料在服役環境下的外部表現,通常是外因和內因綜合作用的結果。外因是材料的工作條件,材料的化學成分與組織結構是內因,也是研究和開發材料的基礎。18世紀90年代,法國化學家Vauquelin率先在紅鉛礦中發現了鉻,并了解到其具有優良的耐酸蝕性和耐氧化性。隨后,國內外學者開始嘗試往合金材料中添加一定含量的鉻元素,來提高材料的耐腐蝕性能,并取得了較為滿意的成果,掀起了多年來國內外對鉻系合金的研究熱潮。目前,高鉻合金是諸多工業領域中使用較為廣泛、研究較為深入、性能優良的一類鉻系合金,其鉻含量一般高于20%,可大致分為高鉻鑄鐵、高鉻Fe-Cr-C堆焊合金和高鉻不銹鋼三類。高鉻鑄鐵和高鉻Fe-Cr-C堆焊合金組織中含有大量M23C6或M7C3碳化物,作為基體的強化相,可以有效地阻止磨粒對基體的磨損,降低合金的磨損率。但大量形成的鉻碳化物在降低材料韌性的同時,也會降低基體的鉻含量,對材料的耐腐蝕性能造成負面影響。此外,粗大的初生碳化物會影響堆焊層與基體的結合性,堆焊層易與基體分離并脫落,這也給焊接工藝方面增加了難度。高鉻不銹鋼的基體富含抗酸蝕性的鉻元素,具有良好的耐腐蝕性能,但組織中缺乏硬質相,其耐磨性能欠佳。雙相鋼結合了鐵素體和奧氏體不銹鋼的優點,具有高強度、高韌性和優異的耐蝕性能,是高鉻不銹鋼中最具發展潛力的。

     

     考慮到以上因素,改善高鉻雙相鋼摩擦學和電化學的綜合性能是發展耐磨抗蝕材料的最佳途徑。近些年來,國內外學者從析出硬質相和合金化技術兩個方面做了研究,調整熱處理工藝析出硬質金屬間相,雖顯著改善了雙相鋼的耐磨性,但會導致耐腐蝕性能降低。德國學者通過合金化技術在提高碳含量的同時,將鉻元素不成比例地增加到40%,開發了超高鉻高碳雙相鋼GX150CrNiMoCuN41-6-2。此合金因含有大量硬質碳化物和基體中含有足夠高的鉻元素,具有良好的耐磨耐蝕性能,已經成功應用于核電裝備關鍵零部件的高性能制造。因此我國在相關方面急需彌補不足,但是超高鉻高碳雙相鋼的制備方面存在諸多困難,具體有以下幾個方面:

     

     1. 該類合金成分比較復雜,各合金元素在超高鉻高碳雙相鋼中的協同作用了解并不全面。

     

     2. 超高鉻元素的加入,使得合金的熔煉溫度很高,導致其它合金元素極易燒損,合金的成分不易控制。

     

     3. 合金的凝固過程及熱處理過程中的組織變化復雜,缺乏相關完整相圖的支持。另外,該類合金在各國都屬于高端制造的核心材料,其具體的成分,熔煉工藝以及熱處理工藝都處于嚴格保密狀態,很少有非常具體的實驗參數報道,這也是本工作研究的一個主要困難。本工作的目的就是在探究成分,熔煉工藝以及熱處理工藝對超高鉻高碳雙相鋼組織性能的影響以及其內在關系,為開發具有自主知識產權的超高鉻高碳雙相鋼做準備。

     

     
     

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