重型钎杆用钢40SiMnCrMoV

D0I:10.13374/i.issn1001053x.1991.s2.010 北京科技大学：学报 第13卷第5(1)期 Vol.13No.5(1) 1n91年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sept.1991 重型钎杆用钢40 SiMnCrMoV 胡梦怡·洪纪林·董鑫业“李秀清… 摘要：在H2O和5%N2C1水溶液中以设泡试验用腐蚀增重和腐蚀失重法测量，并结合 机械性能进行分析，可以认为40 SiMnCrMoV钢完全可以代替40 SiMnMoV和40CrNi 3Mo钢制做重型仟杆。 关键词：重型钎杆，耐腐蚀性，浸泡试验 40SiMnCrMoV Heavy Duty Drill Rod Hu Mengyi Hong Jilin Dong Xinye Li Xiuging ABSTRACT:The imersion test was performed in H2O and NaCl 5%aqueous solution in order to measure the corrosion weight loss or weight gain of the steel.In combination with their mechanical properties,it is concluded that 40SiMnCrMoV steel can be substituted for 40CrNi3Mo or 40SiMnMoV steel in the case of heavy -duty drill rod, KEY WORDS:heavy-duty drill rod,corrosion resistance,immersion test 1983年接受治金部“高精度优质钎钢生产工艺的研究”课题，承担了重型纤杆用材质的 研究任务。1985年曾推出了40 SiMnMoV钢作为重型钎杆用钢，同时改进了渗碳工艺，测定 了寿命，并投入生产使用1。 然而，40 SiMnMoV钢制造的钎杆存在一定的缺点，如耐蚀性差(2)。本文研究了合金元 1991-06-13收稿 ·北京科技大学(University of Science and Tochnology Beijing) ··北京钢铁研究总院(Centra】Iron and St::c】Research Institute) ?

第 卷第 期 ，， 年 月 北 京 科 技 大 、 学 学 报 。 牙乌工 ‘ 一 一一 一 一 一 一 一 一 一 一一 声 一一 一一 一一 一 一 一 一一 一，一 一 ， 一一 一户，一一 丫 ，，‘ 一一一峨，，，户一 一一 ‘ 一一 一 ， 一 一 一一一 一一 一一 ， 一 一 一 ， 一一 一一 一 ， 一 ‘ 一一 一一 一一 ，内 ，，尸旧少 众 重型钎杆用钢 胡梦怡 ’ 洪纪 林 ’ 董鑫业 ‘ 李秀清” 润‘ 州 摘 要 在 和 水溶液中以浸泡试验 用腐蚀增重和腐蚀失重法 侧量 ， 并结合 机械性能进行分析 ， 可以 认为 钢完全 可以 代 替 ‘ 和峨 。 钢制做 重型 钎杆 。 关键词 重型钎杆 ， 耐腐蚀性 ， 浸泡试验 “ 夕夕‘ ” 夕 了 夕 ” 夕 纬 百 ， 五 一 一 ， ， 刁日口 年接受冶 金部 “ 高精度优 质钎钢 生 产工艺的研究 ” 课题 ， 承 担 了重 型钎 杆用 材质的 研究任务 。 年 曾推 出了 “ 钢 作 为重型 钎杆用 润 ， 同时 改进 了渗碳工艺 ， 侧定 了寿命 ， 并投入生产使用 ‘ ’ 。 然 而 ， 钢制造的钎杆存 在一定的 缺点 ， 如耐蚀性差 〔 〕 。 本 文研究 了合金元 一 一 收稿 娜口 北 京科技大学 北京钢铁研究总院 。 命︸ 帝 勺﹄论 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1991．s2．010

素的作用、合金的连续冷却动力学曲线以及力学性能等。 1实验方法 1,1钢的成分 试验用钢在60kg高频感应炉冶炼，其成分如表1所示。 表1钢的成分 Table 1 Chemical composition of this steel 钢种 Ma Cr Mo V Ni P 40SiMnCrMoV 0.411.33 1.21 1,11 0.51 ^.09 <0.002 ≤0.003" 40CrNi3 Mo 0.4C 0.430,791.95 0,54 3.1 ≤n.003 40SiMnMoV 0,401.40 1,45 .51 0.10 ≤0.005 ≤0.005 。设计值 1.2钢的热处理工艺 钢材在锻造后经过730℃，2h高温回火，加工成试样。试样又经过正火或调质处理。 40 SiMnCrMoV和40CrNi3Mo的正火工艺：加热到950℃，以30~60℃/min空冷至室温。 40 SiMnMoV钢高温回火温度为720℃，保温2h,炉冷。 1,3铜的临界点测定 临界点测定是在HTV型示差热膨胀仪上进行的，以3℃/min升温，并以40~60℃/min降 温，结果如表2所示。 表2钢的 临界点（℃） Table 2 Critical point of this steel (C) 钢种 Ac1 Ac3 Bs B: Ms 40SiMnCrMoV 762 845 455 290 未测 40CrNi3Mo 730 818 250 1-440 SiMnCr MoV钢的C.C.T曲线 使用日产Fermaston FTM-4型自动精密膨胀仪，直接绘出温度(T)和伸长(A1)一时间 (r)的关系曲线，如图1所示2该图所用40 SiMnCrMoV的成分为(%)C一040，Si一 1.38,Mn-0.90,Cr一1.04，M0一0.53，V一0.1，S-0.008。原始状态一轧态，奥氏体 化温度为900℃保温5min,晶粒度一8级。 1.5金相组织 试验用钢的正火组织和调质组织如图2所示。图2a为正火40 SiMnCrMoV.金相组织，主要 5符

素的作用 、 合 金的连续冷却动 力学 曲线以及 力学性能等 。 户 实验方法 钢 的成分 试验用钢在 高频 感应炉冶炼 ， 其成分 如表 所示 。 表 钢 的 成 分 叫阳 ‘ ‘ 以 ， 陈 ‘ ‘ 二 ‘ 二‘ ‘ ，一杏 子 性二 甘 咭 门目 不 曰 仍 ‘ 内州 巴 曰 口 钢 种 。 。 。 。 。 。 。 ‘ 。 。 。 叹 。 乓 。 内 。 ’ 。 设计 值 。 银的热处理工艺 钢 材在锻造后 经过 ℃ ， 高温回火 ， 加 工成试样 。 试样又经过 正火 或调质处理 。 。 和 的正火工艺 加热到 ， ， 以 一 ℃ 空冷至室温 。 钢高温回火温度为 ℃ ， 保温 五 ， 护冷 。 。 钥的 临界点翻定 临 界点 侧定是在 型示差 热膨胀 仪上进行的 ， 以 ℃ 升温 ， 并 以 一 ℃ 降 温 ， 结果如表 所示 。 表 钢 的 临 界 点 ℃ ℃ 钢 种 月 居 未 洲 ‘ 眺 钢的 曲线 使用 日产 “ ， “ “ 一 型 自动精密 膨胀仪 ， 直接绘 出温度 和伸长〔」 厂时 间 仃 的 关系曲线 ， 如图 所示 。 该 图 所 用 的 成 分 为 肠 一。 一’‘ ， 一 ， 一 ， 一 ， 一。 万 ， 一。 ， 一 。 原始状态一 轧 态 ， 奥 氏 体 化温度为 ℃ 保温 ， 晶粒 度一 级 。 金相组织 试验 用钢 的正火组 织和调 质祖织如图 所示 。 图 为正火 ‘ 金相组 织 ， 主要 荟考

为马氏体+上贝氏体+下贝氏体+我余奥氏体。图2b为正火0 CrNi,Mof钢的金相组织，主 要为马氏体+少是下贝氏+残余奥氏体。图C为40 SiMnCrMoV调质组织，主要为回火素氏 原始状态轧制 奥氏体化900℃ 5分 品粒度：8 900 TTIIn 800 700 A 600 500 400 300 3=264℃ 200 A- 64603 495 100 4020 10:5 0.5 0.C5 0.510° 10 102 10 104 Time/s 1钢的连续冷却转变曲我 Fig.1 The curves of continuous cooling transformation of the steel (C.C.T.curve) 20n 图2金相照片 (a)正火40 SiMnCrMoV (b)正火40CrNi3Mo (c)调质40 SiMnCrMoV Fig.2 Microstructure of 40SiMnCrMoV steel (a,c)and 40CrNi3Mo stee 1 (b) 54

为马氏体 上贝氏体十 下 贝氏体 残余奥氏体 。 图’ 为正火 。 钢的 金 相组 织叮 主 要为马 氏体 少 量下 贝氏 十 残 余奥氏体 。 图 为 蛇 调 质组 织 ， 主要 为回火索 氏 原始状态 轧制 奥 氏体化 ℃ 分 晶粒 度 卜 拼 全淡资、 、 ，几气 京获 日日耳刁板 奋 ’‘，叼尧闷日旅过 ， 、 气、 、 一 一沐 日一 门 丈、 、 、 气 润 目 仁性 、 习呀邵不火 汽水湮 飞 … … 、又 ’、 义 、 、 飞飞、 炭 入 纵特、 万州分一卜寸 扩异 。 、 、 、 一 ， 尸州 钱片 、 习片一… 一 一 …一 了 习 二州尸黔 刊日冷 份 、 、 、 、祝…一 飞 不 、 平 一 一 了 、 泄 仁 一 一 飞爹叶 朱井 飞 …一 一 逸声 尹丫… 一 … 一几 … 一 ， 日，口 」 。 一 仁 、 土 入了。 二 弃 “ 以 国炙科一 ，与 、 浅耳 了 一刃 一 卜 口 口 。 一 吧 上 节 淤琳嗽 一多 巨 ， 当 上 二 … 一 、 一 ， … … 弓 日 至 明汽 呵 乡 日‘，产 ，’， 石 一 川 业 一 自 一 一 一 卜 一 户 洲 “ ’ ， 多 、 ‘…业 。 多‘ 叮 二且 一 主二 二泣 上 匕 一 扮扩 图 钢 的 连续冷却转变曲线 丁 。 羹热摇 黔 正 火 、 心 血 洲价丫 一 淤单孤班公下嗡赞鹭气抓益 礴 健 图 金相 照 片 正 火 」 ， 调 质盛 订公 气 熟

图8二级复型照片 (a)正火40 SiMnCrMoV(b)正火40 SiMaCrMoV(c)调质40 SiMnCrMoV·(d)调质40CrNi3Mo Fig.3 TEM pbotograph of 40SiMnCrMoV (a,b,c)and 40CrNi3Mo Steel (d) ,t 体。图3为电镜二级复型照片。 2试验结果及分析 2,1强度试验 结果如表4所示。 比较表4正火状态的40 SiMnCrMoV钢c。.2与40 SiMnMoV钢相差不大，比4 CrNi3Mo 钢少238MN/m2。而，值却比40S:MnMoV稍大，比40CrNi3Mo钢少246MN/m。但塑性指 标显然40 SiMnMoV钢为最好，而40CrNi3Mo最差。 其原因可能是40 SiMnCrMoV比40 SiMnMoV钢增加了1%左右的淬透性元素Cr,过冷奥 氏体比40 SiMnMoV钢稳定，所得的马氏体组织比40 SiMnMoV钢较多。从电镜观察两者所得 55

彝龚终 蘸妇 鑫纤幸瀚嘿鹭 黝 巍 撇擞淤 黔 耀 薰 舞属礁 图 二 级复型 赚片 、 正火 正火 调质 丫 飞 · ” 迁 ， ， 凌 〔 调质谁 体 。 图 为 电镜二级复型照 片 。 试验结果及分析 厂 强 度试验 「 、 洲 结果如缸 所斌 比较表 正火状态 的 ‘ 钢 『。 ，与 妞 ” 钢相 差不 大 ， 比 给 。 钢 少才 。 而『 值却 比 、 稍大 ， 比 。 钢少 “ 。 但塑 性 指 标显然 钢 为 最好 ， 而 。 最 差 。 其原 因可能 是 比‘ ” 钢 增加 了 丰 左右 的淬透性元素 ， 过冷奥 氏体比 钢 稳定 ， 所 得的马 氏体 组 织比 ‘ 钢 较多 。 从电镜观察两者所得

表4强度及硬度值 Table 4 The strength and hardness of experimented steel 钢种 工艺 00.2 MN/m2 oMN/m2 % 6% HRC 40SiMnCrMoV 正火 1011,05 1503.40 20.18 6.12 43 40CrNi3Mo 正火 1249.33 1749.25 2.91 2.90 56 40SiMnMoV 正火 1060.36 1366,32 41,50 16.06 43 40SiMnCrMo 调质 699,80 854.87 56.11 16.11 21 40CrNi3Mo 调质 519.78 1032.16 41.66 12.90 27 的下贝氏体含量亦不一样，以40 SiMnCrMoV较多。但从硬度试验来看，两者硬度值基本一 致，所以，两者组织均以下贝氏体为主，只是数量上稍有差别而已。 上列数据亦符合低合金钢的a。=K·HB公式，无论正火态和调质态的硬度值，40CNi3Mo 均大于40 SiMnCrMoV和40 SiMnMoV,放前者抗拉强度比后两者为高。 从n·gg=常数可以看出，40 SiMnCrMoV和40 SiMnMoV的oa.2值均比40CrNi3Mo为 低，所以它的硬化指数要高，即硬化能力强，而硬化能力反映了拉伸时缩颈形成以前的最大 均匀变形，所以40 SiMnCrMoV的延伸率比40CrNi3Mo要大。 2.2冲击试验 冲击试验结果为ak(J/cm2): U型缺口 V型缺口 40 SiMnCrMoV(正火) 76 33 40CrNi3Mo(正火) 55 23 40 SiMnMoV(正火) 74 36 40 SiMnCrMoV(调质) 138 90 40CrNi3Mo(调质) 68 37 冲击值基本上是强度和塑性两者的函数，40 SiMnCrMoV的a4值和40 SiMnMoV基本一 样。40 SiMnMoV的Si、Mn含量均较40 SiMnCr MoV稍高，但差别甚少，因而反映在强度、 塑性和冲击韧性上基本在同一水平。40CrNi- 3Mo钢由于Ni元素的存在，且含量高达3.1%。 N可以无限互溶方式存在于y相中，正火后大 部存在于a-Fe内，随着Ni含量的增加，冲击 韧性值下降。而40 SiMnCrMoV钢由于Si、Mn 的同时存在，且它的含量均在>1.2%左右， 故该钢正火和回火状态下的韧性都得到不断改 图4二级碳复型照片40 SiMnCrMoV冲击 善，因而其冲击值均比40CrNi3Mo为高。 试样断口形貌，有明显韧窝 从冲击试样透射电镜的断口形貌中可以观 Fig.4 TEM Photograph impact 察到40 SiMnCrMoV钢为韧性断口，见图4。 fractography 56

表 强 度 及 硬 度 值 钢 种 工 艺 口 口 正火 正火 正 火 。 别 。 。 。 王 。 。 。 。 。 。 。 。 调质 调质 。 。 。 。 。 。 。 。 的 下 贝 氏体含量亦不一样 ， 以 较多 。 但从硬 度试验 来看 ， 两者硬 度值 基 本 一 致 ， 所 以 ， 两者组 织均以 下贝氏体为 主 ， 只是数 量上 稍有差别 而 已 。 上 列数据亦符合低合金钢 的 ‘ 、 · 公式 ， 无 论 正火态和调 质态 的硬 度值 ， 均 大于 、 和 ， 故前者抗拉强 度 比后 两 者为高 。 从 · ， 。 常数 可 以 看 出 ， 和 的“ 。 值 均 比 为 低 ， ， 所 以 它 的硬 化指数要高 ， 一 即硬化能 力强 ， 而硬 化能 力反 映 了拉伸 时缩颈形 成以前的最大 均 匀变 形 ， 所 以 的延伸 率比 要大 。 冲击 试验 冲击试 验结果 为 正火 正 火 正火 调 质 调 质 型 缺 口 型 缺 口 冲击值 基本上 是强度和 塑性 两 者的 函数 ， 样 。 理 的 、 含 量均较 稍 高 ， 但 差别甚 少 ， 因而 反映 在强 度 、 塑性和 冲击韧 性上 基 本在 同一水 平 。 理 钢 由于 元素 的存 在 且 含量高达 。 可 以 无限 互 溶方式存 在 于夕 相 中 ， 正 火 后 大 部存 在于 一 内 ， 随着 含量的增加 ， 冲击 韧 性值 下 降 。 而 钢 由于 、 的 同时存 在 ， 且 它 的含量均 在 。 左 右 ， 故 该钢 正火和 回火状态 下 的韧 性都得 到不 断 改 善 ， 因而其 冲击值 均比 为高 。 从 冲击试样透射 电镜的断 口形貌 中可 以观 察 到 钢 为韧 性断 口 ， 见 图 。 图 二 级碳 复型 照 片 冲击 试 样断 口形貌 ， 有 明 显 韧 窝 呈 多 唇尽