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超强结构钢的冶金工艺研究

张伟  
【摘要】: 随着尖端科技的高速发展,人们对高性能的设备和机器有了新的要求。进而需要制造出强度更高、韧性更好的零部件材料。因此,生产超高强度钢是材料科学发展的一大热点。马氏体时效钢作为优良的超强钢种,被广泛应用于火箭发动机壳体、导弹和飞机武器的重要构件中。本文研究的18NiNb马氏体时效钢不仅具有良好的热加工、冷加工性能和焊接性,而且其热处理工艺也很简单。 本文通过采用真空感应熔炼(VIM)和电渣重熔(ESR)双重冶炼工艺来降低18NiNb马氏体时效钢中的气体、夹杂物和有害元素含量,改进组织结构的均匀性,提高钢的强、韧性。通过加入Nb元素、优化钢的各元素的成分比,来改善材料的组织与性能。在双重熔炼过程中,选用了适合本钢种特点的工艺参数。本次熔炼中选用三元渣系CaF2:Al2O3:TiO2=50:25:25和四元渣系CaF2:Al2O3:CaO:TiO2=65:20:10:5。 通过对钢的成分进行分析表明:真空感应熔炼中,铝元素有一定烧损;而电渣重熔过程中,铝钛有很大程度的烧损。应用电子扫描法(SEM+EDS)和金相法,对真空感应熔炼(VIM)及随后进行电渣重熔(ESR)的18NiNb马氏体时效钢中的非金属夹杂物进行了定性和评级分析。结果表明,电渣重熔对去除钢中的硫化物和尺寸较大的单颗粒夹杂效果明显,电渣重熔后钢中的夹杂物主要为细小的氧化物夹杂,数量明显减少、且呈弥散分布,进一步提高了18NiNb合金钢的钢锭质量。 根据对电渣重熔前后的钢以及对两种电渣系钢的组织结构与性能的分析,结果表明:钢经过电渣重熔后,钢中的夹杂物和有害气体有效减少,钢的致密性大大提高,并且晶粒得到细化。钢的硬度、强度均有提高。四元渣系钢在相同时效温度下,硬度和强度优于三元渣系钢。这是因为四元渣系钢的铝、钛元素烧损较少,时效析出的强化相(如Ni3Ti、Ni3Mo等)比三元渣系钢多,所以强度要高。


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