低合金高强度耐磨钢延迟裂纹形成机制及裂纹控制研究

作     者：刘敬敬 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：左秀荣

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：低合金高强度耐磨钢 延迟裂纹 晶粒长大 脱碳行为 

摘      要：低合金高强度耐磨钢以其优异的强韧性而被广泛应用于各个行业。但是随着耐磨钢级别的升高,钢材的硬度与强度随之增高,在火焰切割后易诱发延迟裂纹。并且钢材在受热过程中,会伴随晶粒长大及脱碳行为。钢材晶粒尺寸越细小,裂纹扩展抗力越大。脱碳会使得钢材的强度下降,并且受到外应力时容易产生裂纹。因此研究延迟裂纹的形成机理以及钢材的晶粒长大行为和脱碳行为具有重要意义。本文研究结果如下:(1)NM450耐磨钢板经火焰切割后,其火切面出现延迟裂纹,裂纹起源于含有多个高硬度偏析带和含有较多微米级Ti N夹杂物的偏析区。偏析区由于合金元素的富集,其位错密度高于非偏析区,导致偏析区的硬度和强度增加,形成了局部的应力集中,进而易诱导裂纹的萌生。偏析区Ti N夹杂物的尺寸和数量高于非偏析区,导致了更多的准解理断裂,使得偏析区试样断口表面准解离面多于非偏析区及偏析区,断后伸长率和断面收缩率低于非偏析区。(2)含V的NM500和含Nb的NM500钢材在加热过程中晶粒尺寸随温度升高均有增大现象。在850-1210℃温度区间加热,随加热温度的升高,晶粒尺寸增大且大尺寸晶粒占比增加,小尺寸晶粒占比减少。含V的NM500和含Nb的NM500钢奥氏体晶粒粗化临界温度分别约为910℃和940℃,高于此温度晶粒明显长大。含V钢强度高于含Nb钢,说明V的析出强化效果高于Nb的细晶强化效果。含Nb钢在晶粒粗化温度(940℃)之前随温度增加,屈服强度、断后伸长率、断面收缩率增加,抗拉强度变化不大;940℃之后随温度增加,屈服强度、断后伸长率、断面收缩率降低,抗拉强度略有降低。含V钢在850℃,强度及塑性最好;850℃之后,随温度增加断后伸长率、断面收缩率降低,抗拉强度、屈服强度变化不大。(3)NM500钢在850-1150℃温度区间加热,当加热温度≤910℃时,表面的氧化铁皮层较薄,颗粒细小;随着温度的升高,表面氧化膜开始出现浮凸,并且氧化铁皮表面出现明显的裂纹,易引起表层铁皮的脱落。在15、30和45 min保温制度下,氧化层厚度均随着加热温度的升高而增大,当温度升高到一定程度时,氧化层均出现脱落现象。完全脱碳层和总脱碳层厚度整体均呈现先增加后减小的趋势。