钢轧辊修复焊缝中残余奥氏体的存在形态及其影响
金属材料学思考题答案2
金属材料学思考题答案2绪论、第一章、第二章1．钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类，各有什么特点？答：分为简单点阵结构和复杂点阵结构，前者熔点高、硬度高、稳定性好，后者硬度低、熔点低、稳定性差。
2．何为回火稳定性、回火脆性、热硬性？合金元素对回火转变有哪些影响？答：回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解、残余奥氏体的分解、碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力回火脆性：在200-350℃之间和450-650℃之间回火，冲击吸收能量不但没有升高反而显著下降的现象热硬性：钢在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能合金元素对回火转变的影响：①Ni、Mn影响很小，②碳化物形成元素阻止马氏体分解，提高回火稳定性，产生二次硬化，抑制C和合金元素扩散。
③Si比较特殊：小于300℃时强烈延缓马氏体分解，3．合金元素对Fe-Fe3C相图S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？答：凡是扩大奥氏体相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等；凡是封闭奥氏体相区的元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo等？E点左移：出现莱氏体组织的含碳量降低，这样钢中碳的质量分数不足2％时就可以出现共晶莱氏体。
S点左移：钢中含碳量小于0.77％时，就会变为过共析钢而析出二次渗碳体。
4．根据合金元素在钢中的作用，从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能:40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。
1）淬透性：40CrNiMo 〉40CrMn 〉 40CrNi 〉 40Cr2）回火稳定性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉 40CrMn 〉 40Cr3）奥氏体晶粒长大倾向：40CrMn 〉 40Cr 〉 40CrNi 〉 40CrNiMo4）韧性：40CrNiMo 〉40CrNi 〉40Cr〉40CrMn (Mn少量时细化组织)5）回火脆性： 40CrMn 〉40CrNi> 40Cr 〉40CrNiMo5.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异，主要不在于合金元素本身的强化作用，而在于合金元素对钢相变过程的影响。
residual austenite的英文缩写
Residual austenite 的英文缩写是RA。
Residual austenite 又称残余奥氏体，是在钢铁材料中存在的一种组织结构。
它的存在对于钢铁材料的性能和应用具有重要影响，因此在工程领域中备受关注。
以下将从多个方面对 residual austenite 进行介绍，以便更好地了解这一重要的材料组织。
1. 残余奥氏体的含义残余奥氏体是指在经过热处理或冷处理后，仍然存在于金属材料中的奥氏体组织。
奥氏体是一种具有面心立方结构的铁素体，其稳定的温度范围在摄氏723度至912度之间。
在这个温度范围内，铁所具有的晶体结构会发生变化，从面心立方结构变为体心立方结构，形成奥氏体组织。
而残余奥氏体则是指在经过相变后仍保留在材料中的奥氏体组织，这种组织对材料的性能具有重要影响。
2. 残余奥氏体的形成残余奥氏体的形成可能受到多种因素的影响，其中最主要的是材料的热处理工艺。
一般来说，残余奥氏体的形成需要经历相变过程，包括加热至奥氏体转变温度、保温一段时间以使奥氏体形成、然后进行冷却。
在这个过程中，如果冷却速度过慢或者温度控制不当，就会导致残余奥氏体的形成。
材料的化学成分、晶粒结构和热处理温度等因素也会对残余奥氏体的形成产生影响。
3. 残余奥氏体的性能残余奥氏体对材料的性能具有重要影响，主要体现在以下几个方面：3.1 机械性能：残余奥氏体的存在会影响材料的硬度、强度和韧性等机械性能。
一般来说，奥氏体相对于马氏体而言具有较低的硬度，因此残余奥氏体的存在会降低材料的硬度，但提高其韧性。
3.2 耐蚀性能：残余奥氏体的存在会对材料的耐蚀性能产生影响。
一些研究表明，适当的残余奥氏体含量可以提高材料的耐蚀性能，因为奥氏体相对于马氏体而言具有更好的耐蚀性。
3.3 热处理稳定性：残余奥氏体对材料的热处理稳定性也具有一定影响。
高温下，残余奥氏体可能会发生相变，影响材料的组织结构和性能。
在工程领域中，需要对残余奥氏体进行研究和分析，以确保材料在高温环境下具有良好的稳定性。
浅谈焊接残余应力对结构的影响
浅谈焊接残余应力对结构的影响【摘要】残余应力的存在虽然不会影响结构的静态承载能力，但仍然会引起一些问题，比如结构会由于焊接初始缺陷，导致在低应力下裂纹扩展而导致脆性破坏。
本文选取焊接残余应力为研究对象，分析残余应力下构件或结构的刚度、低温冷脆、疲劳强度，并讨论残余应力给它们带来的影响。
【关键词】残余应力；焊接结构；影响0.引言焊接残余应力简称焊接应力，它是一种无荷载作用下的内应力。
由于焊接的过程是一个不均匀加热和冷却的过程，在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，不均匀的温度场产生不均匀的膨胀，由此就形成了残余应力。
残余应力的存在对结构的刚度、受压构件的承载力、低温冷脆以及疲劳强度均会有一定的影响。
1.焊接残余应力的分类及产生的原因焊接过程是一个对焊件局部加热继而逐渐冷却的过程，焊件由于焊接而产生的内应力我们称之为焊接应力，对于钢结构而言，焊接残余应力和变形是影响结构断裂强度、疲劳强度和结构稳定性的重要因素。
从焊缝的方向，焊接残余应力可以分为三类：1.1沿焊缝长度方向的纵向焊接应力施焊时，焊缝附近温度最高，在焊缝区以外，温度则急剧下降。
由于不均匀温度场的影响，温度高的钢材膨胀大，但受到周围温度较低、膨胀量较小的钢材所限制，产生了热塑性压缩；焊缝冷却时，被塑性压缩的焊缝区趋向内收缩，但受到周围钢材限制而产生收缩应力，这是垂直于焊缝方向的纵向拉应力就是纵向焊接应力。
此时，由于焊件不受约束，焊接产生的应力是自相平衡的应力，即由于在焊缝附近出现收缩拉应力，则必然会在距焊缝稍远区段内产生压应力，可以把纵向焊接应力的这种分布规律简称为“热拉冷压”。
1.2垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力横向焊缝产生的原因有两个：一是由于焊缝纵向收缩，使得被焊接的两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形，但实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是两块钢板的中间会产生横向拉应力，而两端则产生压应力；二是由于先焊的焊缝已经凝固，会阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，使其发生横向塑性压缩变形。
浅析焊接残余应力的产生及影响
浅析焊接残余应力的产生及影响焊接是一个复杂的、包含电弧物理、传热、冶金以及力学的钢结构工艺过程，对工程质量的好坏以及工程结构的安全有着直接的影响。
在进行焊接的过程中以及焊接完成之后，由于一些高度集中的瞬时热输入，焊接会产生很大的残余应力和变形。
焊接过程中的残余应力对焊接的结构的使用性能会产生极大的影响，所以，我们要对焊接的残余应力进行相关研究。
标签：焊接残余应力；成因；对焊接结构的影响0 引言焊接应力即是在焊接结构时由于焊接而产生的内应力，它可以依据产生作用的时间被分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。
所谓焊接瞬时应力是指在焊接的过程中某一个焊接瞬时产生的焊接应力，它是会跟着时间的变化而发生变化的，而在焊接之后，某一个受到焊接的焊件内还残留的焊接应力被称为焊接残余应力。
1 产生焊接残余应力的原因之所以会产生焊接残余应力，主要是由于焊件在焊接的过程中所受到的加热是不均匀的。
按照焊接残余应力的发生来源，可将焊接残余应力分为直接应力、间接应力和组织应力三种。
（1）直接的焊接应力是焊接残余应力所产生的最主要的原因，它是受到不均匀的加热和冷却之后所产生的，根据加热和冷却时的温度梯度而发生变化。
（2）间接的焊接应力则是焊件由于焊前的加工状况造成的应力。
焊件在受到轧制和拉拔时会产生一定的残余应力。
间接的残余应力如果在某一种场合下叠加到焊接的残余应力上去，焊件受到焊接发生变形，也会将其影响附加到焊接残余应力上去。
而且，焊件一旦受到外来的某一种约束，产生相应的附加应力，也属于间接应力的范畴。
（3）组织应力也就是由相变造成的比容变化而产生的应力，它的产生是由于焊件的组织发生了变化。
虽说组织应力会由于含碳量和材料其他成分的不同而产生差异，但我们一般都会将其所产生的影响进行分析研究。
2 焊接残余应力会对焊接结构产生哪些影响焊接是一个局部的受热不均匀、冷却不均匀的过程，加之受焊缝和靠近焊缝的温度场的影响，焊件的内部会有大小不同、分布不均匀的残余应力—应变场。
碳钢淬火后残余奥氏体含量_概述说明以及解释
碳钢淬火后残余奥氏体含量概述说明以及解释1. 引言1.1 概述碳钢是一种关键的结构材料，广泛应用于汽车制造、建筑和航空航天等领域。
在使用过程中，为了增强碳钢的硬度和强度，常常采用淬火工艺对其进行处理。
淬火工艺能够通过快速冷却来改变碳钢的组织结构，从而影响材料的性能。
然而，在淬火完成后，残余奥氏体的含量成为影响碳钢性能的一个重要指标。
残余奥氏体会降低材料的硬度和强度，并且可能导致脆性断裂。
因此，准确理解和控制碳钢淬火后残余奥氏体含量对于确保材料质量和性能至关重要。
1.2 文章结构本文将首先概述碳钢淬火后残余奥氏体含量的重要性以及其在不同领域中的应用情况。
接着将着重介绍淬火工艺对碳钢中奥氏体含量的影响机制，包括冷却速率、温度梯度等因素对奥氏体相变过程的影响。
同时，我们将讨论淬火参数对残余奥氏体含量的影响机制，以及调控方法和措施。
最后，本文将对主要观点进行总结，并指出研究存在的不足之处，并展望未来关于碳钢淬火后残余奥氏体含量的研究方向。
1.3 目的本文旨在提供一个全面而清晰地概述碳钢淬火后残余奥氏体含量的情况，并解释其中影响因素及其机制。
通过对相关领域中已有研究成果和实验数据的整理和分析，我们将进一步理解碳钢淬火后残余奥氏体含量与材料性能之间的关系，并为工程师和科研人员提供有用的参考信息。
最终目标是提高碳钢淬火工艺的效率和质量，推动相关行业的发展。
2. 碳钢淬火后残余奥氏体含量的概述2.1 碳钢的重要性和应用领域碳钢作为一种常用的金属材料，在工业生产、建筑结构以及机械制造等领域得到广泛应用。
由于其具有良好的强度、耐磨性和可塑性，碳钢在汽车制造、船舶建造、家具制造等行业中扮演着重要角色。
2.2 淬火工艺对碳钢中奥氏体含量的影响淬火是一种常用的金属加工方法，通过迅速冷却使材料发生相变，从而提高其硬度和强度。
对于碳钢而言，淬火会导致其中的奥氏体相转变为马氏体，从而使材料获得优良的力学性能。
在淬火过程中，冷却速率和温度是影响残余奥氏体含量的两个重要因素。
轧辊的材料及热处理
轧辊的寿命主要取决于轧辊的内在性能和工作受力，内在性能包括强度和硬度等方面。
要使轧辊具有足够的强度，主要从轧辊材料方面来考虑；硬度通常是指轧辊工作表面的硬度，它决定轧辊的耐磨性，在一定程度上也决定轧辊的使用寿命，通过合理的材料选用和热处理方式可以满足轧辊的硬度要求。
轧辊按工作状态可分为热轧辊和冷轧辊，按所起的作用可分为工作辊、中间辊、支承辊，按材质可分为锻辊和铸辊（冷硬铸铁）。
通常轧辊的服役条件极其苛刻，工作过程中承受高的交变应力、弯曲应力、接触应力、剪切应力和摩擦力。
容易产生磨损和剥落等多种失效形式。
不同的用途、不同类型的轧辊处在各自特定的工况条件，其大致的性能要求如下：冷轧辊在工作过程中要承受很大的轧制压力，加上轧件的焊缝、夹杂、边裂等问题，容易导致瞬间高温，使工作辊受到强烈热冲击造成裂纹、粘辊甚至剥落而报废。
因此，冷轧辊要有抵抗因弯曲、扭转、剪切应力引起的开裂和剥落的能力，同时也要有高的耐磨性、接触疲劳强度、断裂韧性和热冲击强度等。
国内外冷轧工作辊一般使用的材质有GCr5、9Cr2、9Cr、9CrV、9Cr2W、9Cr2Mo、60CrMoV、80CrNi3W、8CrMoV、86CrMoV7、Mo3A等。
20世纪50～60年代，这一时期的轧件多为碳素结构钢，强度和硬度不高，所以轧辊一般采用 1.5%～2%Cr锻钢。
此类钢的最终热处理通常采用淬火加低温回火，常见的淬火方式有感应表面淬火和整体加热淬火。
其主要任务是考虑如何提高轧辊的耐磨性能、抗剥落性能，并提高淬硬层深度，尽量保证轧辊表面组织均匀，改善轧辊表层金属组织的稳定性。
从20世纪70年代开始，随着轧件合金化程度的提高，高强度低合金结构钢（HSLA）的广泛应用，轧件的强度和硬度也随之增加，对轧辊材料的强度和硬度也提出了更高的要求，国际上普遍开始采用铬含量约2%的Cr-Mo型或Cr-Mo-V 型钢工作辊，如我国一直使用的9Cr2Mo、9Cr2MoV和86CrMoV7、俄罗斯的9X2MΦ、西德的86CrMoV7、日本的MC2等。
残余应力的危害及消除方法
焊接残余应力对构件的危害是1、对结构刚度的影响当外载产生的应力与结构中某区域的残余应力叠加之和达到屈服点时，这一区域的材料就会产生局部塑性变形，丧失了进一步承受外载的能力，造成结构的有效截面积减小，结构的刚度也随之降低。
2、对受压杆件稳定性的影响当外载引起的压应力与残余应力中的压应力叠加之和达到屈服点口。
，这一部分截面就丧失进一步承受外载的能力。
这就削弱了构件的有效截面积，并改变了有效截面积的分布，降低了受压杆件的稳定性。
3、对静载强度的影响没有严重应力集中的焊接结构，只要材料具有一定的塑性变形能力，残余应力不影响结构的静载强度。
反之，如材料处于脆性状态，则拉伸残余应力和外载应力叠加有可能使局部区域的应力首先达到断裂强度，导致结构早期破坏。
4、对疲劳强度的影响残余应力的存在使变载荷的应力循环发生偏移。
这种偏移，只改变其平均值，不改变其幅值。
结构的疲劳强度与应力循环的特征有关，当应力循环的平均值增加时，其极限幅值就降低，反之则提高。
因此，如应力集中处存在着拉伸残余应力，疲劳强度将降低。
5、对焊件加工精度和尺寸稳定性的影响机械加工把一部分材料从焊件上切除时，此处的残余应力也被释放。
残余应力原来的平衡状态被破坏，焊件发生变形，加工精度受影响。
6、对应力腐蚀开裂的影响应力腐蚀开裂是拉伸残余应力和化学腐蚀共同作用下产生裂纹的现象，在一定材料和介质的组合下发生。
应力腐蚀开裂所需的时间与残余应力大小有关，拉伸残余应力越大，应力腐蚀开裂的时间越短。
焊接残余应力消除方法有：利用锤击焊缝区来控制焊接残余应力焊后用小锤轻敲焊缝及其邻近区域，使金属展开，能有效地减少焊接残余应力。
利用预热法来控制焊接残余应力构件本体上温差越大，焊接残余应力也越大。
焊前对构件进行预热，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减小焊接残余应力。
利用“加热减应区法”来控制焊接残余应力焊接时，加热那些阻碍焊接区自由伸缩的部位，使之与焊接区同时膨胀和同时收缩，就能减小焊接应力，这种方法称为“加热减应区法”，加热的部位就称之为“减应区”。
轴承钢零件淬回火后的残余奥氏体
万方数据
刘耀中等：轴承钢零件淬回火后的残余奥氏体
到的压应力减小，一部分残余奥氏体也可发生转 变。西安交大金相室一个高碳钢淬火试样在实验 室放置２０余年后发现：２０余年前的马氏体针长 大，且有新的马氏体形成；轴承成品零件在库存一 定时间后，如淬回火后残余奥氏体量较多，也时常 出现由残余奥氏体转变引起的尺寸胀大现象。
２残余奥氏体对淬回火后性能的影响
有关残余奥氏体对淬回火后性能的影响，一 直是热处理界争论的问题之一，没有统一的定论。 就轴承零件的热处理而言，残余奥氏体对淬回火 后性能的影响主要有以下几个方面。 ２．１ 对力学性能的影响
通常，滚动轴承零件正常失效是滚动接触面 上发生疲劳剥落。疲劳剥落可分为裂纹起源和裂 纹扩展两个阶段。在循环交变接触应力作用下， 首先在材料的薄弱部位产生微裂纹即疲劳源（如 大颗粒碳化物或夹杂物与基体的交界处），进而微 裂纹扩展使局部金属从接触表面剥离形成剥落 坑，使轴承的摩擦力矩和发热量增大，噪声和振动 增加；剥落进一步增大、增多，严重时导致轴承零 件断裂或发热卡死。
能的影响、影响残余奥氏体的因素几个方面进行综合分析和讨论，并指出：轴承零件的使用工况不同，应采用不同
工艺措施控制其残余奥氏体的含量及稳定性，以充分利用残余奥氏体的有益作用，减轻或避免其有害作用。
关键词：滚动轴承；零件；热处理；残余奥氏体；性能 中图分类号：ＴＨｌ３３．３３；ＴＣｌ５６．３；ＴＧｌ５６．５ 文献标志码：Ｂ
成品轴承零件，尤其是精密轴承零件，对尺寸 稳定性有较严格的要求。如果成品零件在存放或 使用过程中发生尺寸变化，轴承的尺寸精度降低， 影响轴承的正常使用，甚至报废。游隙变小使轴 承的摩擦力矩增大，发热量增大，甚至使轴承卡 死；游隙变大使轴承的旋转精度变差，振动增大 等。另外，内圈胀大使轴承内孔与轴的配合过盈 量减小，引起内圈在轴上蠕动或滑动，产生微动磨 损，严重时产生切轴。因此，保持轴承零件的尺寸 稳定性对保证轴承正常使用至关重要。
奥氏体钢管线焊接区域腐蚀原因及对策
奥氏体钢管线焊接区域腐蚀原因及对策奥氏体钢管在焊接区域容易出现腐蚀的问题，这给管道的使用和维护带来了很大的困扰。
本文将从腐蚀原因和对策两个方面进行探讨。
一、腐蚀原因1. 焊接热影响区域（HAZ）的腐蚀：焊接过程中，由于高温和快速冷却，HAZ区域的晶粒会发生相变，形成了腐蚀倾向性较大的组织。
当该区域暴露在潮湿的环境中，容易受到腐蚀。
2. 焊接时产生的残余应力：焊接过程中，由于热膨胀和收缩的影响，会在焊接区域产生残余应力。
这些应力会导致奥氏体钢管的晶界处发生开裂，从而形成腐蚀的起始点。
3. 焊接区域的缺陷：焊接过程中，如果焊接区域存在缺陷，如气孔、夹杂物等，这些缺陷会成为腐蚀的隐患。
潮湿环境中的腐蚀介质会通过这些缺陷进入奥氏体钢管内部，引发腐蚀。
二、对策1. 控制焊接工艺：通过合理控制焊接工艺，减小焊接热影响区域的大小，可以降低奥氏体钢管焊接区域的腐蚀倾向。
可以采用预热和后热处理等方法，缓解焊接引起的组织变化和应力积累。
2. 选择合适的焊接材料：选择耐蚀性良好的焊接材料，可以减少焊接区域的腐蚀风险。
同时，还应注意焊接材料与奥氏体钢管的相容性，以避免发生电偶腐蚀。
3. 加强焊接区域的质量控制：在焊接过程中，要加强对焊接区域的质量控制，避免产生气孔、夹杂物等缺陷。
可以采用超声波检测、射线检测等方法，及时发现并修复焊接缺陷。
4. 表面涂层保护：在奥氏体钢管的焊接区域施加防腐涂层，可以有效阻隔腐蚀介质的接触。
常用的涂层材料有环氧树脂、聚酯、聚氨酯等，可以根据不同的工况选择合适的涂层材料。
5. 增强管道维护：定期对奥氏体钢管进行维护检修，及时发现并处理焊接区域的腐蚀问题。
可以采用防腐涂层修补、局部修焊等方法，延长管道的使用寿命。
奥氏体钢管在焊接区域容易出现腐蚀问题，主要是由于焊接热影响区域的腐蚀、残余应力和焊接区域的缺陷等原因引起的。
为了解决这一问题，可以通过控制焊接工艺、选择合适的焊接材料、加强焊接区域的质量控制、施加表面涂层保护以及增强管道的维护等对策来降低腐蚀的风险，保障奥氏体钢管的使用安全和寿命。
奥氏体
奥氏体：奥氏体A或合金元素在γ-Fe中的固溶体。
奥氏体晶粒一般为等轴状多边形，在奥氏体晶粒内有孪晶。
奥氏体为面心立方结构，碳原子位于奥氏体晶胞八面体的中心，即面心立方晶胞的中心或棱边的中点。
碳原子在奥氏体中的分布也是不均匀的，存在浓度起伏。
奥氏体的晶格常数随着含碳量的增加而增加，这是碳原子溶入使晶格膨胀的缘故。
当奥氏体中含有合金元素时，大多数合金元素如Mn,Cr,Ni,Co,Si等，在γ-Fe中取代铁原子的位置而形成置换固溶体。
奥氏体的特点：1,A是最密排的点阵结构，致密度高，故A的质量体积最小。
转变成M形式时，体积膨胀2,点阵滑移系多，故A的塑性好，屈服强度低，易于加工变形3,A是高温相，在室温下不稳定，但在钢中加入足够多的扩大γ-Fe相区的化学元素，则可使A稳定在室温4。
A具有顺磁性5,A的导热性差，线膨胀系数最大，故可用来制造热膨胀灵敏的仪表元件。
奥氏体形成过程：奥氏体的形成是扩散性相变。
分为四个阶段，即1，奥氏体形核，2，晶核向铁素体和渗碳体两个方向长大3，剩余碳化物溶解4，奥氏体成分均匀化。
奥氏体晶核是通过扩散机制形成的。
奥氏体的形成速度取决于形核率N和长大速度vg。
温度越高，晶粒越细。
影响A形成速度的因素：一切影响A形核率和增大素的的因素都影响奥氏体的形成速度。
1.，加热温度：（1）奥氏体形成速度随着加热温度升高而迅速增大。
转变孕育期变短，相应的转变终了时间也变短。
（2）随着奥氏体形成温度升高，形核率增大速度高于长大速度的增长速率。
因此奥氏体形成温度愈高，起始晶粒度愈小(3)随着奥氏体形成温度升高，奥氏体相界面向铁素体的推移速度与向渗碳体的推移速度之比增大。
当奥氏体将铁素体全部溶解时，剩下的渗碳体量增多。
2,钢中含碳量和原始组织的影响：(1)钢中含碳量愈高，奥氏体形成速度愈快(2.)钢的原始组织愈细，奥氏体形成速度愈快。
3,合金元素的影响：(1)对扩散系数的影响。
强碳化物形成元素，降低碳在奥氏体中的扩散系数，因而减慢奥氏体的形成速度。
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冷轧 巨 大 冲 击 应 力 下, 其 相 变 是 高 应 力 诱 发 马 氏 体 转 变. 文 献 [ 4 ] 指 出, 冲 击 应 力 在
1000M Pa 以上块状 A R 即转变为马氏体, 冷轧完全具备了这种条件. 由于部分 C 和弱、非碳
化物元素在块状 A R 中的富集, 使转变产物成为孪晶马氏体 (M t) , 图 4 显示出明显的孪晶
1998 年 6 月 第 28 卷 第 2 期
山 东 工 业 大 学 学 报 JO URNAL O F SHANDO NG UN IVERS ITY O F TECHNOLO GY
V o l. 28 N o. 2 J une 1998
钢轧辊修复焊缝中残余奥氏体的 存在形态及其影响3
(a) SEM 照片 ×1000 (b) M L 和块状 A R 的 (c) M L 和 A R 的衍射斑
T EM 照片 ×30000
标定 ×30000
图 2 2# A R 的 SEM 和 T EM 照片及斑点标定
表 2 2# 基体组织中M L 和 A R 相中元素质量分数 %
表 1 三种试验方案的有关指标
编号 一次轧制 表层裂纹率 熔敷金属 A R 焊缝平均硬
熔敷金属合金元素平均质量分数 %
量 t (mm cm 2) 含量 % 度 HRC C N b T i Zr V N i C r M n Si
1# 12815
315
517
5815 0176 1163 0138 0129 1102 0193 0160 0141 0139
割出A R 量测定试样和金相试样, 作为与退役焊缝比较分析的熔敷金属试样. 由带能谱仪的 日立 H 2800 型透射扫描电镜作金相及微区成分分析; 3080E 型 X 射线荧光光谱仪分析平均 成分; SCA Y- 1 型数字式残余奥氏体测定仪测定 A R 含量.
2 试验结果与分析
在多个试验方案中, 选择三种有代表性的退役焊缝和相应的熔敷金属作为分析对象, 其 各指标列于表 1.
图 4 疲劳斑内的孪晶马氏体 (M t) ×30000
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第2期
任登义等: 钢轧辊修复焊缝中残余奥氏体的存在形态及其影响
任登义 邹增大 王育福 (山东工业大学材料科学与工程学院 济南 250061)
摘要 在 9C r2M o 轧辊局部冷焊焊缝中, 研究了焊缝服役后的疲劳现象与残余奥氏体 (A R ) 数量、形态的关系. 结果表明: 块状 A R 是焊缝早期疲劳的主要原因; 其疲劳机制是块状 A R 塑变切断破坏和高应力诱发相变孪晶. 强碳化物形成元素与 C 符合定比规律后, 固溶入 基体的弱、非碳化物元素影响着 A R 的数量和形态. 薄膜状 A R 与板条马氏体 (M L ) 形成的 M L A R 束, 可显著提高冷轧抗疲劳性.
104
山东工业大学学报
1998 年
212 退役焊缝的疲劳分析 表 1 反映出三种方案的焊缝中, 随 A R 量的增加, 裂纹率增大而一次轧制量 (Q 235 薄钢
带吨数) 明显减少. 3# 焊缝由于含 A R 最多, 其一次轧制量已不能满足生产管理要求 (企业 规定换辊一次最低轧制量为 50t).
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第2期
任登义等: 钢轧辊修复焊缝中残余奥氏体的存在形态及其影响
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宏观硬度差异并不大, 这是因为三者的 C, N b, T i, Zr, V 质量分数接近, 大量弥散第二相密 度亦接近所致. 211 熔敷金属中块状 A R 分析
光镜下三者熔敷金属基体的金相组织均为M L + A R (白亮部分) , 在同一腐蚀液下未能 清 晰显示第二相质点, 如图1. 三者A R 数量和形态差异较大: 1# 的A R 在光镜下并不明显, 2# A R 呈条状, 已属块状形态, 3# 则是大块状. 尽管三者的A R 质量分数差别较大, 但平均
但在初期生产应用中发现, 焊缝有早期疲劳现象: 表层多处微裂甚至呈薄片剥落. 经解 剖分析认定与焊缝中的残余奥氏体 (A R ) 有关. 关于中、低硬度钢质焊缝中 A R 的研究已有不 少文献. 但在硬度> 55HRC 的高硬度钢质焊缝中, 对 A R 的专题研究尚未见报道. 作者从分 析服役焊缝的疲劳裂纹入手, 通过大量上机试验方案, 探讨了 A R 导致疲劳的机理并提出改 善A R 数量、形态的措施.
用有关. 如果说在中、低硬度焊缝中 A R 作 为“软相”对抗疲劳性尚且有利, 那么在高 硬度焊缝中, 随 A R 与基体的硬度差加大, 使焊缝的变形集中在 A R. 冷轧的巨大交变 应力, 使 A R 的变形相应交变进行, 最终导 致塑变疲劳, 椭圆形疲劳斑实质上是围绕 A R 的塑变切断断面. 考查焊缝表层的薄片 剥落, 疲劳斑多出现在亚表层 (2～ 4mm
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深) 内, 文 献 [ 3 ] 指 明: 在 冷 轧 工 作 辊 上 正 是 在 亚 表 层 内 存 在 着 最 大 交 变 周 向 应 力 ( 达
1600M Pa) , 这与作者考察的疲劳位置是完全吻合的.
T EM 对疲劳断口的观察发现, 多数疲劳斑已发生马氏体相变, 如图 4. A R 为亚稳相, 在
图 3 为 3# 退役焊缝沿轧辊切向产生的局部剥落层, 经丙酮, 酒精清洗后的 SEM 低倍 形貌. 在粗瓷状断面上, 分布着若干椭圆形光滑的脆断区, 且该区内存在微裂纹 (图 3b ) , 经 较多的断口分析, 这些脆断区是焊缝内的疲劳斑. 在疲劳源处 (图 3a 的箭头所示) 有更为密 集的疲劳斑. 电子探针分析疲劳班内外的成分, 发现内外成分差异较大, 如表 3. 将表 3 与表 2 比较, 发现疲劳斑内外成分分别与 A R ,M L 的成分极接近, 这决非偶然, 正说明疲劳斑处是 块状 A R 区域.
生M t 的最高含 C 质量分数为 0120% ; 再考虑各合金元素由药皮向焊缝过渡系数差异, 最终
可确定焊缝中 C 与强碳化元素的参考关系式为
ΞC = 0. 20ΞN b + 0. 24ΞT i + 0. 22ΞZr + 0. 19ΞV + 0. 20
(2)
质量分数符合式 (2) 的 C 和合金元素, 将集中在稳定的初生碳化物中, 对基体的固溶强化作
1 试验方法和材料
鉴于冷轧工作辊疲劳因素较复杂, 试验室一般疲劳试验结果难以反映实际情况. 为此, 试验焊缝均在生产中作疲劳考察.
冷轧工作辊材质为 9C r2M o , 直径为 210mm ; 局部缺陷尺寸直径为 40～ 100mm 不等;
收稿日期: 1997206202 3 山东省科技发展计划 (鲁科计字 932387 号) 资助项目. 第一作者简介 任登义, 男, 1946 年出生. 副教授, 山东省专业技术拔尖人才. 主要研究高硬度材料冷
为了认清高硬度焊缝中A R 的特点, 有必要对其作进一步精细分析. 图 2a 为 2# 熔敷金 属中条块状A R 的 SEM 形貌, 在高倍的 T EM 下则显示出与M L 共存的精细结构 (图 2b). 衍 射斑为两套, 标定结果为 Χ2Fe 与 Α2Fe 两相 (图 2c). 至此, 可足以证实图 1b, 1c 中的白亮部 分即为块状 A R. 电子探针在高倍下分析这两相的化学成分如表 2. 可见 A R 与M L 的成分差 异较大, 弱碳化物元素 C r,M n 及非碳化物元素N i, Si 大部分集中在A R 中; 由于强碳化物元 素 N b, T i, Zr, V 以及 R e 已早期生成初生碳化物, 基体组织中质量分数极低 (但在 A R 中的 质量分数仍高于M L 中的质量分数) , 它们对基体组织转变的影响程度相对下降, 而弱、非碳 化物元素由于被排挤在第二相之外而固溶入基体, 使基体组织在二次相变中呈现低合金钢 的行为: 在冷焊快速冷却条件下, 部分初生奥氏体 (A ) 领域中, 形成 C r, N i,M n, Si 的富集 区, 即所谓岛状 A [2], 从而大大增加了这些 A 体区域的稳定性, 最终成为室温下看到的块状 A R. 焊缝内弱、非碳化物浓度越高, 岛状 A 越易形成 (3# 的块状 A R 比 2# 多).
焊. 获国家发明 2 等奖和国家发明 3 等奖各 1 次, 已在《机械工程学报》、《山东工业大学学报》等出版物中发 表论文 10 余篇.
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2#5913
815
1315
5615 0177 1171 0136 0121 1106 1140 0186 0144 0148
3# 2215
1215
1913
5510 0174 1165 0134 0124 1110 2110 1101 0145 0147
(a) 1# ,M L + 极少的 A R (b) 2# ,M L + 块状A R (c) 3# ,M L + 大块状 A R 图 1 三种方案熔敷金属基体组织×600
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山东工业大学学报
1998 年
选用不同试验方案焊后分别配装在四辊冷连轧机上使用, 直至焊缝疲劳损坏而退役. 用 CYE24A 型旋转磁场磁粉探伤仪检查各退役焊缝表面裂纹率 (累计微裂纹长度 焊
缝表面积, mm cm 2). 用 2mm 厚砂轮片在水冷条件下将退役焊缝切割成各种试样, 焊缝堆焊过程中先期切
相
Cr
Ni
Mn