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Cr-Ni-Mo-V合金钢因其兼具高强度和良好的塑性而得到广泛应用,尤其作为螺栓用钢,在恶劣复杂的海洋环境下,其力学性能及耐蚀性较好,在海洋工程装备中得到了大量推广和使用。
耐候钢 1.9*1020*C 09CuPCrNi-A 首钢 14.7
耐候钢 1.9*1030*C 09CuPCrNi-A 首钢 14.6
在Cr-Ni-Mo钢中加入V元素,并提高Ni含量及降低碳含量,通过调质处理,不仅能够保持钢的高强度,还可以显著降低材料的氢脆敏感性,具有十分重要的工程意义。以高强度螺栓用钢12CrNi9MoV为研究对象,40CrNiMoA钢为对比对象,以期为海洋工程用高强度螺栓的合理选材提供理论和数据支撑。
实验用12CrNi9MoV钢采用中频炉冶炼成电极,并电渣重熔成钢锭, 锻造成Φ50mm的棒材,而40CrNiMoA钢经真空感应熔炼,并浇注成电极,再经电渣重熔精炼出钢锭,同样经锻造开坯后轧成棒材。两种试验钢的化学成分见表1。
表1 试验钢的化学成分(质量分数,%)
钢
C
Si
Mn
S
P
V
Cr
Ni
Mo
Fe
40CrNiMoA
0.43
0.286
0.6
0.005
0.009
-
0.8
1.5
0.3
余
12CrNi9MoV
0.12
0.215
0.6
0.005
0.019
0.1
1.1
9.0
0.3
余
40CrNiMoA和12CrNi9MoV钢的热处理工艺分别为淬火+回火(QT)和淬火+二次淬火+回火(QQ"T)。经热处理后的40CrNiMoA和12CrNi9MoV钢试样分别在光学显微镜下观察其显微组织;在透射电镜上进行微区观察;在拉伸试验机上进行常规力学性能测试;进行慢应变速率拉伸试验;进行氢扩散系数、极化曲线等测定;在升温脱氢分析设备上进行氢在钢中的陷阱行为研究;试样中氢含量的获得采用阴极充氢方法。结果表明:
(1)12CrNi9MoV钢经淬火+二次淬火+回火热处理后,其综合性能较好,能够满足高强度螺栓的使用性能要求。
(2)对于相同强度级别的40CrNiMoA和12CrNi9MoV钢,氢在12CrNi9MoV钢中的扩散能力较弱;由慢应变速率拉伸试验可知,12CrNi9MoV抵抗氢致断裂的能力较强。
(3)40CrNiMoA钢中存在诸如碳化物强氢陷阱和晶格、位错等弱氢陷阱;12CrNi9MoV钢中存在诸如位错、晶界等弱氢陷阱。在高强度螺栓应用中,强氢陷阱对螺栓的具有不利影响。
(3)在海水环境中,12CrNi9MoV钢发生阴极析氢的倾向性较弱,综合分析,低碳高镍钢更适合于低氢脆高强度螺栓的选材要求。
耐候钢原理
沙钢耐候板钢研发再创佳绩,新开发的5个耐候板钢产品已累计销售8196吨,实现销售收入2800余万元,销量及新产品开发个数均创新高。
钢中加入磷、铜、铬、镍等微量元素后,使钢材表面形成致密和附着性很强的保护膜,阻碍锈蚀往里扩散和发展,保护锈层下面的基体,以减缓其腐蚀速度。在锈层和基体之间形成的约50μm~100μm厚的非晶态尖晶石型氧化物层致密且与基体金属黏附性好,由于这层致密氧化物膜的存在,阻止了大气中氧和水向钢铁基体渗入,减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展,大大提高了钢铁材料的耐大气腐蚀能力。耐候钢是可减薄使用、裸 使用或简化涂装,而使制品抗蚀延寿、省工降耗、升级换代的钢系,也是一个可融入现代冶金新机制、新技术、新工艺而使其持续发展和创新的钢系。
此次沙钢新开发的5个耐候板钢产品(SWRY11-Cr、SJA2D、H10Mn2E等)的终端用户涵盖桥梁、工程机械及石化等 重点领域,且均为开发难度较大的合金耐候板钢。其中,越南客户订购的SWRY11-Cr焊条用钢,对盘条的强度和延伸率都提出了更为严格的要求,如要求延伸率大于33%,而同类耐候板钢的延伸率一般为30%。又如,SJA2D为高钛合金耐候板钢,因钛含量较高极易造成水口结瘤而中断生产,且坯料表面质量不佳时可能导致热轧盘条整炉返废。此外,客户还要求该盘条能实现免退火拉拔,故对盘条强度及通条性要求较高。
通过对技术难点一一排查,该棒线研究室制订了炼轧工艺,SWRY11-Cr焊条用钢先后进行了7次轧制工艺优化,终使得该钢种的组织得到明显细化,抗拉强度和延伸率指标均得到大幅提高。通过SJA2D合金耐候板钢的研发,他们形成了一套较为成熟的高钛合金耐候板钢的生产工艺路线,使得盘条强度<850兆帕,通条强度差<60兆帕,产品各项指标均达到客户要求。
作为国内领先的棒线材生产研发基地,沙钢具备耐候板钢生产的各类先进装备和技术优势,目前已能生产耐候板钢50余种,其中高附加值的合金耐候板钢多达29种。
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