Page 40 - 理化检验-物理分册2023年第十一期
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赵映辉, 等: 多次调质对 C110钢组织和摩擦磨损行为的影响
OKONKWO 等 [ 9 ] 对 X42管线钢的冲蚀磨损行为进 表面硬度和摩擦磨损行为, 分析多次调质处理工艺
行了研究。这些研究主要集中在 X70 、 X80 等低钢 下 C110 钢组织和耐磨性能演变的机制, 获得了最
级管线钢, 对以 C110钢为代表的高钢级套管钢、 管 佳的热处理工艺。
线钢摩擦磨损行为的研究尚处在起步阶段, 对于提
1 试验材料与方法
升高钢级套管钢、 管线钢耐磨性方面的研究很少。
相关研究表明 [ 10-12 ] , 多次调质可以降低残余奥氏体 1.1 试验材料
含量, 获得细小的等轴晶粒和细化组织, 在不降低材 试验所用材料为笔者公司生产的 C110级热轧
料塑性的情况下提升材料的硬度和低温力学性能。 无缝钢管, 钢管外径为273mm , 壁厚为12.57mm ,
笔者以 C110 钢为研究对象, 对其进行不同循 其化学成分如表1所示。
环次数的调质处理, 然后研究 C110钢的显微组织、
表1 试验用 C110钢的化学成分 %
质量分数
项目
C Si Mn P S Ni Cr Mo V Al Nb
实测值 0.25 0.25 0.50 0.013 0.002 0.03 0.63 0.75 0.105 0.02 0.02
1.2 试验方法 2 试验结果
从 C110钢管上截取4个长度为300mm 、 宽度
为100mm 的试样, 分别编号为试样1~4 。在箱式 2.1 金相检验
电阻炉中对试样进行调质处理, 调质工艺曲线如图 试样1~4的显微组织形貌如图2所示。由图
1所示。固溶温度为930℃ , 保温时间为30min , 水 2可知: 经过调质处理后, C110 钢的组织均为典型
淬至室温, 回火温度为710℃ , 保温时间为90min , 的回火索氏体, 没有大尺寸的夹杂物或析出相; 试样
再空冷到室温。将试样1~4分别按该调质处理工 1的晶粒尺寸较大, 且大小不一, 析出大量的第二
艺制度进行1~4次循环处理。 相, 主要分布在晶界边缘和铁素体板条之间, 板条形
状明显; 试样2的晶粒明显细化, 组织细小而均匀,
板条发生解体, 存在较多细小的等轴晶粒组织, 但仍
有部分残余的马氏体板条, 第二相主要分布在残余
马氏体板条边界和等轴晶粒边缘部位; 随着调质次
数进一步增加, 试样3和试样4的组织进一步细化,
晶粒细化效果与试样2相差不大, 试样3和试样4
原有的板条组织完全消失, 基体组织为等轴晶粒, 第
图1 C110钢调质处理工艺曲线 二相均匀分布在整个基体中。
采用线切割方法截取金相试样, 将试样进行磨 2.2 SEM 分析
制、 抛光、 腐蚀处理, 然后用光学显微镜和扫描电子 试样1~4 的 SEM 形貌如图 3 所示。由图 3
显微镜( SEM ) 对其微观形貌进行观察。 可知: 试样 1~4 组织中深色部分均为基体 α-Fe
采用数显显微硬度计测试试样的洛氏硬度, 载 相, 浅色部分均为第二相, 且试样 1~4 中均不存
荷为1470N , 载荷时间为5s , 每个试样取5个点进 在大尺寸第二相夹杂, 而是在基体中分布着一系
行测试, 以获得其硬度平均值。 列小而弥散的第二相; 试样 1 的第二相尺寸细小,
在摩擦磨损试验机上进行试验, 采用球 - 盘摩擦 且明显沿板条分布; 试样 2 的第二相尺寸明显增
方式。将试样加工成尺寸为 30mm×8mm ( 直径 大, 数量有所减少, 第二相主要分布在新形成的等
×厚度) 的圆盘, 用砂纸预磨试样端面, 使用超声波 轴晶粒边缘和未分解的原马氏体板条边缘处, 少
清洗试样, 采用冷风充分干燥试样, 使用分析天平称 量第二相分布在等轴晶粒内部; 试样 3 和试样 4
量试样的质量。摩擦磨损试验载荷为25N , 磨球为 的组织相似, 均由大量尺寸细小的等轴晶粒组成,
钨钢球, 滑动速率为 100mm / s , 试验结束后, 超声 原有的马氏体板条已完全消失, 第二相分布较为
清洗试样并烘干, 称量试样的质量, 并观察其表面 均匀, 在晶界和晶内均有分布, 晶界处略多于晶
形貌。 内, 第二相开始聚集、 长大。
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