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含铌非调质钢铸坯角部内裂纹机制分析

钢铁 2024年

作者：黎玉唐徐瑞军王梓菲曾凡政张璐付建勋上海大学材料科学与工程学院先进凝固技术中心上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室湖南华菱湘潭钢铁有限公司

含铌非调质钢是裂纹敏感性钢种，在连铸过程中易产生裂纹，从而严重恶化铸坯的表面质量。针对国内某厂生产的46MnVNbS5含铌非调质钢，采用光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱仪、电子探针、三维刻蚀仪、高温激光共聚焦显微镜以及Thermo-C... 详细信息

含铌非调质钢是裂纹敏感性钢种，在连铸过程中易产生裂纹，从而严重恶化铸坯的表面质量。针对国内某厂生产的46MnVNbS5含铌非调质钢，采用光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱仪、电子探针、三维刻蚀仪、高温激光共聚焦显微镜以及Thermo-Calc软件等设备手段，对含铌非调质钢铸坯角部内裂纹原因进行解析。对320 mm×425 mm规格的铸坯表面裂纹分布进行观察，在距内弧0～20 mm范围内无明显裂纹，仅在距内弧20 mm的试样上观察到点状坑缺陷。在距内弧20～40 mm范围有明显裂纹，裂纹尺寸普遍大于10 mm；距内弧表面25 mm处，仅在铸坯低倍面观察到裂纹；在距内弧表面30、35、40 mm处，试样多个观察面均有裂纹，裂纹沿枝晶生长方向生长。利用扫描电镜分析及能谱分析确定了裂纹内部及附近存在大量硫化锰与碳氮化物的耦合析出物。对裂纹试样的表面进行腐蚀后观察发现，裂纹沿仿晶界铁素体扩展。热力学计算结果表明，在两相区夹杂物主要为硫化锰，随后会依次析出富铌碳氮化物、富钒碳氮化物，这也与试验得到的夹杂物类型相符。最后，采用高温激光共聚焦显微镜和数值模拟确定了含铌非调质钢的裂纹区（794.3～620.1 ℃），模拟了连铸坯角部温度场，并优化了冷却制度以避开含铌非调质钢的裂纹敏感区。为解决铸坯裂纹提供了方法和手段，具有重要现实意义。

关键词：铌非调质钢连铸裂纹夹杂物

镁处理对Q690D钢中夹杂物的改质调控探究

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冶金分析 2024年

作者：曹昊天徐康付建勋沈平上海大学材料科学与工程学院先进凝固技术中心省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室

Q690D钢因其较高的强度和韧性具有优异的性能,而钢中的夹杂物是影响强度和韧性的重要因素,对夹杂物的改质调控是提升产品性能的重要措施。为了探究镁对Q690D工程机械用钢中夹杂物的改质作用,采用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、夹... 详细信息

Q690D钢因其较高的强度和韧性具有优异的性能,而钢中的夹杂物是影响强度和韧性的重要因素,对夹杂物的改质调控是提升产品性能的重要措施。为了探究镁对Q690D工程机械用钢中夹杂物的改质作用,采用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、夹杂物三维蚀刻仪和FactSage热力学软件对比分析了镁处理和钙处理后钢中夹杂物的分布规律及尺寸。结果表明,Q690D钢经钙处理后夹杂物主要以CaO-Al2O3形式存在,一部分被CaS包裹;镁处理后钢中夹杂物主要为MgO·Al2O3或MgO,一部分被MgS包裹。Mg可使Al2O3更加细小弥散,分布更加均匀,夹杂物平均等效直径减小,并且镁处理轧材中夹杂物数密度和面积占比分别为65 mm2和0.031%,低于钙处理的96 mm2和0.050%。镁处理具有更好的净化钢液和改善夹杂物尺寸和分布的作用。

关键词： Q690D钢高强钢镁处理钙处理夹杂物

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铋系、铅系、硫系易切削钢的切削性对比研究

钢铁研究学报 2024年第8期36卷 1071-1079页

作者：赵欣宜徐翔宇张晓宇刘贝贝邹虎付建勋上海大学材料科学与工程学院先进凝固技术中心省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海200444 芜湖新兴铸管有限责任公司安徽芜湖214000

为探究铋系、铅系、硫系3种易切削钢切削性能的差异和铋对易切削钢切削性能影响及其作用机制,利用Kistler测力仪、表面粗糙度测量仪等对1215MS硫系易切削钢、1215Bi铋系易切削钢、12L14铅系易切削钢3种盘条开展了切削对比测试。结果表明... 详细信息

为探究铋系、铅系、硫系3种易切削钢切削性能的差异和铋对易切削钢切削性能影响及其作用机制,利用Kistler测力仪、表面粗糙度测量仪等对1215MS硫系易切削钢、1215Bi铋系易切削钢、12L14铅系易切削钢3种盘条开展了切削对比测试。结果表明:在转速w=1200r/min、切削深度ap=0.4mm、进给量f=0.2mm/r,且切削刀具和切削角度相同的的切削条件下,1215MS、1215Bi、12L14三种易切削钢盘条的切削合力分别为:130、123、116N;材料的表面粗糙度Ra分别为:5.3、4.9、4.6μm,C型屑的占比分别为:28%、37%、42%,1215Bi易切削钢的切削性接近于12L14易切削钢,显著优于1215MS易切削钢;在铋系易切削钢中,Bi元素以Bi颗粒的形式存在,或者附着在Mn S的表面,形成Bi-Mn S复合夹杂物,在切削过程中,切削热使得Bi颗粒发生熔融,起到了润滑作用,断屑性增加,改善了切削性能。

关键词：易切削钢 1215MS 1215Bi 12L14 Bi-MnS复合夹杂物切削性

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Cr12MoV钢铸坯夹杂物及碳化物解析

钢铁钒钛 2024年第5期45卷 158-166页

作者：伦明睿沈平刘斌付建勋上海大学材料科学与工程学院先进凝固技术中心省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室鞍钢集团北京研究院有限公司

使用Factsage热力学软件计算Cr12MoV冷作模具钢中不同相的转变、不同夹杂物和碳化物析出情况，OM与SEM等对模铸坯的夹杂物与碳化物进行解析。研究表明，Cr12MoV钢中主要是不规则稀土复合氧硫化物和硫化物夹杂，具体为Ce2S3、Ce2O2S和La... 详细信息

使用Factsage热力学软件计算Cr12MoV冷作模具钢中不同相的转变、不同夹杂物和碳化物析出情况，OM与SEM等对模铸坯的夹杂物与碳化物进行解析。研究表明，Cr12MoV钢中主要是不规则稀土复合氧硫化物和硫化物夹杂，具体为Ce2S3、Ce2O2S和La2S3夹杂，而Al2O3和MnS夹杂经过稀土元素的改质后，几乎都以稀土复合氧硫化物和硫化物夹杂形式存在于模铸坯中，夹杂物密度和面积比例分别为102～136个/mm2和0.06%～0.15%，夹杂物等效直径集中分布于2.5～3.0μm。Cr12MoV冷作模具钢中含有大量碳化物，其类型为富Fe和Cr的M23C6型的共晶碳化物，铸坯心部的碳化物平均等效直径为4.9μm，边部化物平均等效直径为3.7μm，从铸坯边部到心部碳化物面积比例为2.94%～4.31%。

关键词： Cr12MoV 模铸坯稀土夹杂物碳化物

G95Cr18轴承钢模铸坯夹杂物及碳化物解析

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钢铁钒钛 2024年第4期45卷 189-197页

作者：付宇豪吴强朱浩然季灯平刘斌付建勋上海大学材料科学与工程学院先进凝固技术中心省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室浙江青山钢铁有限公司鞍钢集团北京研究院

基于Thermo-calc软件分析了G95Cr18轴承钢基体组织、相变及碳化物析出情况，用金相显微镜、扫描电镜对模铸坯组织、夹杂物和碳化物进行了解析。研究表明，在G95Cr18轴承钢铸坯中，夹杂物主要成分为Ce、O、Al、Ca等，夹杂物类型主要为稀... 详细信息

基于Thermo-calc软件分析了G95Cr18轴承钢基体组织、相变及碳化物析出情况，用金相显微镜、扫描电镜对模铸坯组织、夹杂物和碳化物进行了解析。研究表明，在G95Cr18轴承钢铸坯中，夹杂物主要成分为Ce、O、Al、Ca等，夹杂物类型主要为稀土氧硫化物Ce-Al-O-Ca-S，同时还发现少量镁铝尖晶石Al-Mg-O，夹杂物密度为31～48 mm-2，夹杂物尺寸集中分布在2.2～2.6μm，夹杂物面积占比为0.02%～0.03%；碳化物边部至心部面积占比由3.0%逐渐增加到7.5%，碳化物形貌有块状→棒状→长条状→网状的转变趋势，靠近铸坯心部网状碳化物大多沿晶界分布；碳化物类型为：亮白色富含Nb的MC型碳化物和灰色富含Cr元素的M7C3型碳化物。MC型碳化物的尺寸相较M7C3型碳化物小，在晶内以块状碳化物形式存在，在晶界处以网状碳化物形式存在。

关键词： G95Cr18轴承钢夹杂物碳化物 Thermo-calc软件

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Cr12MoV钢铸坯碳化物解析

中国冶金 2024年第9期34卷 45-54页

作者：郑鹏刘松涛徐翔宇刘斌付建勋上海大学材料科学与工程学院先进凝固技术中心省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室鞍钢集团北京研究院有限公司

Cr12MoV钢是应用最广泛的冷作模具钢，属于高铬高碳莱氏体钢，钢中碳化物的形态、数量、大小和分布对Cr12MoV钢的性能有重要影响。采用金相显微镜、扫描电镜、夹杂物三维腐刻装置、X射线衍射仪和能谱分析仪对某厂生产的Cr12MoV模铸坯中... 详细信息

Cr12MoV钢是应用最广泛的冷作模具钢，属于高铬高碳莱氏体钢，钢中碳化物的形态、数量、大小和分布对Cr12MoV钢的性能有重要影响。采用金相显微镜、扫描电镜、夹杂物三维腐刻装置、X射线衍射仪和能谱分析仪对某厂生产的Cr12MoV模铸坯中碳化物类型、形态及分布情况进行解析，使用Thermo-Calc 2020b计算Cr12MoV冷作模具钢的相转变和碳化物析出行为。结果表明，Cr12MoV冷作模具钢碳化物类型为富铬富铁的M7C3型碳化物和M23C6型碳化物，M7C3型碳化物所含主要元素为铬、铁、碳、钼，M23C6型碳化物所含主要元素为铁、铬、钼、碳。铸坯中碳化物形貌主要可以分为4类，颗粒状碳化物、块状碳化物、棒状碳化物、网状碳化物。颗粒状碳化物尺寸为2～5μm,块状碳化物尺寸为10～15μm,棒状碳化物尺寸为30～40μm,网状碳化物由颗粒状、块状、棒状碳化物聚集形成，其尺寸达80μm。从边部到芯部碳化物形态的演变规律为颗粒状→块状→棒状→网状，边部到芯部碳化物不均匀性逐渐增强，边部碳化物呈颗粒状弥散分布，1/4处碳化物呈长棒状，芯部碳化物偏聚成网状；铸坯从边部到芯部，碳化物的平均等效直径由边部的5.7μm增加到芯部的8.5μm,碳化物面积比例由边部的8.2%增长到芯部的9.5%,碳化物的密度由边部的2 961个/mm2下降到芯部的1 189个/mm2。通过解析Cr12MoV钢铸坯中碳化物的类型、形态与分布，寻找碳化物在铸坯中的分布规律，为工厂调控钢中碳化物形态、优化钢的性能提供理论依据。

关键词： Cr12MoV 冷作模具钢模铸坯碳化物三维腐刻

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H13模具钢铸坯一次碳化物分布研究

材料与冶金学报 2024年

作者：高占江吴强徐翔宇刘斌付建勋上海大学材料科学与工程学院先进凝固技术中心省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室鞍钢集团北京研究院有限公司

H13钢中大尺寸碳化物是导致其疲劳失效的主要原因，碳化物的类型、尺寸、分布等特征均会对疲劳裂纹的萌发和扩展产生影响。因此本文在Thermo-Calc热力学软件分析基础上，采用金相显微镜、扫描电子显微镜、三维腐刻装置，XRD等装备对某厂... 详细信息

H13钢中大尺寸碳化物是导致其疲劳失效的主要原因，碳化物的类型、尺寸、分布等特征均会对疲劳裂纹的萌发和扩展产生影响。因此本文在Thermo-Calc热力学软件分析基础上，采用金相显微镜、扫描电子显微镜、三维腐刻装置，XRD等装备对某厂H13钢铸坯中碳化物的三维形貌及尺寸和分布规律进行了研究。结果表明：H13钢铸坯中一次碳化物主要为深灰色的富V型的MC和富Mo-Cr型的M2C；从边缘到中心，一次碳化物面积占比，碳化物平均面积以及平均等效直径都呈增大的趋势；碳化物的形态从边缘到中心依次变化：粒状、块状、棒状、细长状、网状；这主要是因为铸坯凝固时不同部位冷速不同所引起的。

关键词： H13钢模具钢碳化物三维腐刻

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碲对40Cr13塑料模具钢加工性能的影响

机械工程材料 2024年第2期48卷 49-55页

作者：周茂华钟亮美唐佳丽陈炜付建勋攀钢集团四川长城特殊钢有限责任公司江油621000 上海大学材料科学与工程学院先进凝固技术中心省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海200444

对硬度为41,38,36 HRC的无碲低硫(硫质量分数为0.003%)40Cr13钢,41 HRC的含碲中硫(碲质量分数为0.003%,硫质量分数为0.022%)40Cr13钢以及硬度为33,41 HRC的无碲高硫(硫质量分数为0.070%)40Cr13钢进行了铣削、钻削及抛光试验,分析了夹杂... 详细信息

对硬度为41,38,36 HRC的无碲低硫(硫质量分数为0.003%)40Cr13钢,41 HRC的含碲中硫(碲质量分数为0.003%,硫质量分数为0.022%)40Cr13钢以及硬度为33,41 HRC的无碲高硫(硫质量分数为0.070%)40Cr13钢进行了铣削、钻削及抛光试验,分析了夹杂物的形貌与显微硬度,研究了碲对试验钢加工性能的影响。结果表明:相比无碲低硫钢,含碲中硫钢中夹杂物主要为MnS,尺寸增大,长宽比几乎未变,多为椭球状;无碲高硫钢中夹杂物主要为MnS,数量、尺寸、长宽比均增加,为长条状;碲在硫化物中的固溶使得含碲中硫钢中硫化物的显微硬度增大;相同硬度下,含碲中硫钢的铣削力、钻削力、铣削后的表面粗糙度相比无碲低硫钢更小,加工性能更好,但抛光后表面粗糙度更大,抛光性能略差。

关键词：易切削模具钢碲改质切削力表面粗糙度抛光性能

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碲改质C70S6非调质钢的旋转弯曲疲劳性能

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机械工程材料 2024年第4期48卷 1-7页

作者：张璐王梓菲刘年富李杰徐翔宇付建勋上海大学材料科学与工程学院省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海200444 上海大学材料科学与工程学院先进凝固技术中心上海200444 宝武杰富意特殊钢有限公司韶关512123

采用升降法和成组法对碲改质C70S6非调质钢进行旋转弯曲疲劳试验,研究了试样的旋转弯曲疲劳性能,分析了碲改质作用机理。结果表明:当置信度为95%,失效概率分别为10%,50%时采用升降法得到的疲劳强度分别为385.0,458.8 MPa,采用成组法时... 详细信息

采用升降法和成组法对碲改质C70S6非调质钢进行旋转弯曲疲劳试验,研究了试样的旋转弯曲疲劳性能,分析了碲改质作用机理。结果表明:当置信度为95%,失效概率分别为10%,50%时采用升降法得到的疲劳强度分别为385.0,458.8 MPa,采用成组法时分别为379.9,432.0 MPa,两种方法所测疲劳强度均高于企业要求和未经碲改质C70S6非调质钢;试验钢中硫化物为MnS和Mn(S,Te),大多呈曲率半径小的椭球状,评级结果为细系1.5级,粗系2.0级,其尺寸小于国内未经碲改质C70S6非调质钢,与国外未经碲改质C70S6非调质钢相当;碲改质主要通过调控硫化物形态、减小硫化物尺寸来改善C70S6非调质钢的旋转弯曲疲劳性能。

关键词：碲改质 C70S6钢疲劳性能硫化物 S-N曲线

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