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大型锻件高温扩散的理论与实验研究

刘鑫刚  
【摘要】: 高温扩散是大型锻件生产中的重要环节,源于上世纪70年代。其目的是通过在高温状态下长时间地加热钢锭,减轻或消除钢锭中的枝晶偏析,以提高大锻件产品的性能。尽管高温扩散在我国已有数十年的使用历史,但由于我国采用该技术时可参考的资料非常少,工艺参数的确定缺乏理论分析和实验研究依据。随着我国电力、冶金、石油化工、造船等工业的迅速发展,大锻件的需求量迅速增加,大型锻件出现了产量与产能的严重矛盾。加之来自成本、节能减排政策和环境法规的压力,对高温扩散工艺提出了一系列问题。本文以加氢锻件用2.25Cr-1Mo-0.25V钢为对象,通过理论分析和多种实验,研究了高温扩散对其在不同变形条件下成分分布、组织结构和力学性能的影响规律,给出了一些新的看法和结论。 本文提出了基于偏析比SR的Guass解形式的枝晶偏析均匀化数学模型。用最小二乘实验拟合方法确定了1100oC~1200oC范围内Cr、Mo元素在2.25Cr-1Mo-0.25V钢中的扩散系数,并进一步确定了Cr、Mo元素在1100oC~1200oC范围内的扩散常数和扩散激活能,最终建立了预测2.25Cr-1Mo-0.25V钢锭中Cr、Mo元素均匀化程度的数学模型。 本文通过组织实验,细致全面地研究了加热温度、保温时间对2.25Cr-1Mo-0.25V钢锭中的树枝晶、枝晶组织、残余奥氏体、显微硬度的影响。基于偏析比SR,依据组织实验结果,建立了制定高温扩散工艺参数的判定准则。 本文通过力学性能实验,研究了不同锻比条件下保温时间对锻后强度的影响。研究了不同锻比条件下高温扩散对锻后冲击韧性的影响。力学性能实验结果表明,对于以2.25Cr-1Mo-0.25V钢锭为坯料的加氢反应器筒体锻件,可以不做锻前高温扩散。 为缩短保温时间、优化工艺,本文提出了预变形高温扩散的概念。在枝晶偏析均匀化数学模型的基础上,建立了预变形后合金元素的均匀化数学模型,实验测得的数据与模型曲线基本吻合。还用实验的方法,研究了预变形高温扩散对树枝晶、枝晶组织的影响。依据理论分析和实验结果,给出了2.25Cr-1Mo-0.25V钢的预变形高温扩散工艺参数。


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