船用軸系碳錳鋼由于材料簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等因素在船用軸系用鋼中占據(jù)很大比例,此類鍛鋼的交貨條件通常為鍛后正回火處理后交貨,而力學(xué)性能中的韌性指標(biāo)往往達(dá)不到船級(jí)社的要求。

影響鍛件沖擊韌性的原因主要有鋼水純凈度、含碳量、晶粒度、固溶元素、回火脆性即雜質(zhì)元素的偏聚析出等,從影響鍛件沖擊性能的幾個(gè)方面來分析,應(yīng)從以下幾個(gè)角度對(duì)鋼的化學(xué)成分進(jìn)行優(yōu)化并對(duì)其熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn)。

1)降低鍛件含C量,增加Mn含量。一般認(rèn)為C含量高,能提高淬透性,但因滲碳體增多,P片層內(nèi)滲碳體寬厚而增加基體脆性,提高了韌脆轉(zhuǎn)變溫度。降低C含量,可以通過提高M(jìn)n的含量部分補(bǔ)償鍛件的強(qiáng)度,Mn含量提高的同時(shí)能增加A穩(wěn)定性,增加淬透性,另鋼中含1%～1.5%Mn可促使F在變形時(shí)發(fā)生交滑移,使{112}、<111>滑移系在低溫下仍起作用,從而改善鋼的沖擊性能,降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。

2)添加適當(dāng)?shù)募?xì)化晶粒元素Nb、Al。晶粒的細(xì)化,加大了晶界總面積,使晶界雜質(zhì)濃度降低,避免產(chǎn)生沿晶脆性斷裂,同時(shí)增大裂紋擴(kuò)展功,從而提高韌性。最終熱處理后的晶粒度主要由加熱形成A時(shí)的晶粒度來決定,A晶粒的大小將影響F的尺寸及P團(tuán)的大小,最終影響鋼的強(qiáng)韌性。鋼在加熱A化時(shí),A的晶粒長(zhǎng)大主要依靠晶界的移動(dòng)進(jìn)行的,其驅(qū)動(dòng)力是晶界兩側(cè)晶粒表面自有能差。凡能影響這兩者的因素都可以改變A晶粒長(zhǎng)大的進(jìn)程,鋼中促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大的元素有C、P、Mn(高碳時(shí)),C元素促使晶粒長(zhǎng)大的主要原因是降低晶界Fe原子的擴(kuò)散激活能,降低Fe原子間的結(jié)合力,加速A晶粒的長(zhǎng)大。強(qiáng)烈阻止A晶粒長(zhǎng)大的元素有Al、Nb、V、Ti等元素,故在成分上增加Nb、Al,用來細(xì)化晶粒,Nb的作用尤其給與關(guān)注。關(guān)于用Nb微合金化結(jié)構(gòu)鋼,從而大幅度提高鋼的強(qiáng)韌性,國(guó)內(nèi)外學(xué)者已有大量研究及報(bào)道,取得了良好的效果。鋼中的Nb在鍛造熱加工過程中一部分形成鈮的碳化物,一部分固溶于鋼中,未溶的彌散分布于晶界、位錯(cuò)線附近的NbC,在高溫鍛造的過程中對(duì)A再結(jié)晶有強(qiáng)烈拖拽作用,抑制A的再結(jié)晶,從而細(xì)化F晶粒和P團(tuán)的尺寸。

3)熱處理工藝上增加一次高溫正火,調(diào)整晶粒度。溫度選擇在900～910℃,此溫度能使化學(xué)成分均勻,同時(shí)Nb所形成的碳、氮化合物部分溶于A,剩余碳、氮化物在冷卻時(shí)作為彌散結(jié)晶核心,有利于進(jìn)一步細(xì)化F晶粒及P組織。二次正火工藝不變,選擇840～850℃,鼓風(fēng)冷卻至約500℃,抑制先共析F析出?；鼗鸷笾苯涌绽?盡量抑制第二類回火脆性,約400℃時(shí)再回爐冷卻,減小殘余熱應(yīng)力及防止白點(diǎn)的生成,低于300℃后出爐空冷。

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