As对40Cr力学性能影响.doc

As对40Cr力学性能影响夏辉华1 , 张金柱2(1. 贵州大学材料科学与工程学院工程硕士; 2. 贵州大学材料科学与工程学院)摘要: 通过对合金结构钢40Cr中砷含量不同浓度梯度的试样进行热加工、拉力、冲击试验,讨论砷对40Cr 合金结构钢热加工及机械性能的影响趋势。关键词:砷、合金结构钢、浓度梯度、热加工、拉力、冲击、影响趋势A Discussion about Impact of Arsenic on MechanicalProperties in 40Cr Alloy Constructional Steel Xiahuihua1，Zhangjinzhu2Abstract :Taking 40Cr alloy construction steel as reference and comparison , we use the test specimens of the arsenic content in steel of different concentration gradient to be making hot working , tension and falling weight test and discuss the impact tendency for arsenic content to hot working and mechanical properties in 40Cr alloy constructional steel.Key words :arsenic 、 alloy construction steel 、 concentration gradient 、hot working 、 tension 、 falling weight、 impact tendency1 问题的提出由于西南地区铁矿资源中的As含量较高，在高炉炼铁过程中，As几乎被全部进入生铁当中，而在炼钢冶金过程中,无论是采用氧气吹炼转炉炼钢法,还是采用电弧炉炼钢法,铁液或废钢所带入的砷全部转入钢中。砷对钢性能影响主要表现在降低钢的焊接性能,也有资料报道,钢中砷含量超过临界值引起钢材冷脆,至于钢中砷含量临界值目前无定论1。对于部分钢种,国家标准规定钢中砷的残余含量应不大于0.080 % ,或供需双方协议2。砷(As)是一种非合金元素，有金属光泽；砷是降低钢液表面张力的元素，易析集在结晶边界附近，随含量增加，钢液表面张力下降，从而降低了钢的抗热裂性能；砷能降低钢的塑性，特别是冲击韧性3。钢中砷的来源主要是铁矿石和废钢，在炼钢过程中不可避免的将原料中的砷带入炼钢炉中，由于砷的氧化位能比铁低，在常规的钢铁冶炼工艺中不能有效除去，含砷钢在热加工过程中表面富集，引起表面热脆，出现龟裂。随着我国经济的发展，废钢资源越来越充足，电炉炼钢的比重越来越大。无论采用氧气吹氧转炉法炼钢，还是采用电弧炉氧化法炼钢，均无法将钢中的As有效地去除。在工业生产条件下，通过研究As对钢材的硬度、抗拉强度、屈服点、断后收缩率、断面收缩率、冲击吸收功的影响，探索适合本地区原材料资源、产品结构、生产工艺等条件下钢中As含量的安全控制范围，具有重要的现实意义。2 实验2.1 实验材料选取合格40Cr合金结构钢连铸坯，经轧钢轧制成25的成品钢材作参比,同时以同炉号铸坯的轧钢切头、切尾作原料,在实验用50kg中频感应炉中熔炼,经加砷制成含砷浓度不同的小钢锭 (表2)。再经热加工轧制成25圆钢,检验热加工性能,并取样做机械性能试验. 40Cr 钢主要化学成分见（表1）表1 ：40Cr化学成分（）Table 1 Chemical requirements of steel 40Cr ( % )项目CSiMnCrPSCuNiMo0.380.270.681.010.0170.0150.150.040.04表2 ：试样砷成分含量（%）试样编号1#2#3#4#5# 6#As含量（%）0.0350.0600.2000.2800.5000.6001# 是参比试样。2. 2 实验用设备采用贵阳万里公司生产的3吨电液锻锤锻造;拉伸试验采用WAW-Y500材料试验机;冲击韧性采用JB-30A冲击试验机; CTS-8005超声波探伤仪。2. 3 冲击试样经轧钢500轧机组轧制成25的圆钢,取样再经加热至12001250 ,再在3吨锻锤上锻造成板料冲击试样毛坯,终锻温度控制在830 104 ,进行机械加工，做成冲击试样,最后进行淬火、调质处理。2.4 拉伸实验拉伸试验测定屈服极限s ,抗拉强度b ,伸长率5 ,断面收缩率 ,实验结果数值见表3.2.5 冲击韧性实验对经过机械加工完后, 再经热处理的冲击韧性试样在 25 , 0 , - 40 , - 80 温度下进行冲击试验,实验测定的结果数值见表4.2.6 热加工性能检验含砷浓度梯度不同的试验钢锭,经轧钢加热炉加热至12001250后, 经轧制成25圆钢,然后又取样在锻造加热炉上加热,锻造成板料冲击试样毛坯。两次热加工,均对每次热加工完后的试样进行检验,所有加工试样都没有发现裂纹现象,而且表面洁净。 拉伸实验数值 表3试验项目s（MPa）b（MPa）5（%）（%）1#812.5997.510.541.42#810.6996.49.841.83#808.9989.49.640.94#811.4994.510.241.65#806.8992.610.440.66#806.2988.89.740.2冲击韧性实验数值(J cm- 2) 表4试样编号 淬火(油) T= 840 、h = 30min 淬火(油) T= 840 、h = 30min回火 T= 160 、h = 90min 回火T= 550 、h = 90min25 0 - 40 - 80 25 0 - 40 - 80 AK AK AK AK AK AK AK AK 1# 85.0 75.4 68.5 16.6 94.3 87.3 76.4 7.62# 83.2 78.5 67.8 2.8 86.6 69.1 130.9 18.53# 73.3 65.2 60.6 4.6 82.2 73.0 74.8 2.84# 66.9 108.6 97.1 25.2 173.2 137.2 67.4 8.25# 79.6 99.6 64.2 4.8 162.6 120.8 98.8 3.46# 80.2 78.4 74.3 3.2 135.2 130.2 112.9 4.63 实验结果分析3.1、通过对含砷浓度梯度不同的试样经加热，轧制，锻造后,进行热加工性能检验表明,40Cr含砷量在所实验的范围内(0.60 %以下) ,与常用40Cr 钢热加工性能非常接近。3.2、通过表3可以看出,40Cr的抗拉强度随砷含量的增加而增加。3.3、40Cr的塑性随钢中砷含量的增加而明显降低。根据实验数据可以看出，砷不仅不恶化钢的塑性，而且有利于改善钢的力学性能。3.4、通过表4可知,砷对40Cr 钢冲击韧性影响是随砷含量的增加，钢的冲击韧性趋于降低。但在所试验的砷含量范围内,调质状态(淬火后,550 回火) 的冲击试样数值大于低温回火(淬火后,160 回火)状态的冲击试验数值,与常用40Cr 钢情况基本相当。当降低试验温度时,在- 40 以上,冲击值降低数值并不明显。在- 80 时,所有试样无论砷含量高低,冲击韧性数值均急剧下降,其数值降至2.624.9 Jcm- 2之间,说明40Cr钢低温脆性转变温度在- 40 - 80 之间,而钢中砷含量多少并不是影响钢低温脆性转变温度的主要原因。4 结论4.1、40Cr中砷含量在0.5%范围时,其力学性能与正常40Cr 没有明显区别。4.2、40Cr低温脆性，与其砷含量多少没有明显的联系。4.3、40Cr中砷含量在0.5%范围时，其抗拉强度、耐磨性能比普通碳素结构钢更优。参考文献:1 黄海燕等.砷对40Cr合金结构钢机械性能影响讨论。湖南邵阳学院学报,2003 年10 月2 GB700 - 88. 碳素结构钢 S。3 刘建军.砷对ZG25MnNi钢机械性能的影响, 现场经验 第10期2007年l0月4东北工学院炼铁教研室.高