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預(yù)硬化以及服役過程中的變形會使得高錳鋼組織性能發(fā)生改變,相應(yīng)的腐蝕性能發(fā)生改變。
本文旨在研究變形對65錳鋼板高錳鋼腐蝕性能的影響,可為其在服役環(huán)境中的腐蝕評價及防護提供參考。依據(jù)變形后高錳鋼組織性能的變化,選取變形量為0%,20%,40%,60%四個有代表性的變形量進行研究。本文以變形量為0%,20%,40%,60%的高錳鋼為研究對象,分別進行電化學測試、慢應(yīng)變速率拉伸試驗和鹽霧腐蝕實驗。利用金相、XRD、EBSD和TEM表征方法觀察形變對高錳鋼組織結(jié)構(gòu)的影響。利用增重法、極化曲線和電化學阻抗譜分析方法研究不同變形量的高錳鋼在不同腐蝕條件下的腐蝕行為。結(jié)合SEM對腐蝕后的表面形貌的對比和XRD對銹層成分分析來探究不同腐蝕條件下的腐蝕機理。65mn錳冷軋鋼板研究結(jié)果表明:隨著軋制變形量的增大,位錯密度逐漸提高,形變孿晶數(shù)量逐漸增加。孿晶的生成阻礙了位錯的運動,使得高錳鋼硬度提高;位錯密度隨著軋制變形量增大而提高,位錯密度的提高是影響高錳鋼腐蝕性能的主導因素。位錯密度的提高使得高錳鋼表面處于高度無序的狀態(tài)增強,表面的電子活性增大,不僅為陰陽離子快速傳輸提供更多的通道,還促進滑移臺階的形成與發(fā)展,利于化學反應(yīng)的進行。
65mn錳冷軋鋼板高錳鋼受拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)的共同作用,斷裂方式呈現(xiàn)脆性斷裂,塑韌性受到了損失。應(yīng)力腐蝕敏感性隨著變形量的增大而增大。高錳鋼的基體和銹層產(chǎn)物共同作用影響其耐鹽霧腐蝕的性能,銹層產(chǎn)物主要由?-Fe OOH、?-FeOOH、?-Fe OOH、Fe3O4等組成。變形量大的高錳鋼因鋼基體活性較大和銹層產(chǎn)物中存在更多的具有一定反應(yīng)活性的?-FeOOH和Fe3O4而耐蝕性較差
3）65錳冷軋鋼板o熱軋實驗鋼佳臨界退火+淬火和配分（IA&QP）工藝參數(shù)為760℃臨界區(qū)退火30min,180℃等溫淬火10s并在350℃等溫配分180s。該工藝下熱軋實驗鋼展現(xiàn)出了 力學性能,即抗拉強度1231MPa,伸長率24.8%,強塑積可達30.5GPa·%。IA&QP工藝處理后4Mn-Nb-Mo熱軋實驗鋼的抗拉強度均超過了 1024MPa,但伸長率和RA含量不高。
（4）采用新型循環(huán)淬火和奧氏體逆相變（CQ-ART）65錳鋼板工藝處理后的4Mn-Nb-Mo冷軋實驗鋼,晶粒尺寸得到了明顯的細化,同時RA含量顯著提高。兩次循環(huán)淬火后的CQ2-ART冷軋試樣具有高RA含量（62.0%）、佳晶粒尺寸（0.40μm）以及穩(wěn)定性;這為RA在變形期間TRIP效應(yīng)的產(chǎn)生提供了有力的保證。終CQ2-ART試樣獲得了 綜合性能,即抗拉強度為838MPa,伸長率為90.8%,強塑積達到76.1GPa·%。（5）研究4Mn-Nb-Mo和5Mn-Nb-Mo實驗鋼奧氏體穩(wěn)定性因素,發(fā)現(xiàn)Mn元素的含量是影響其穩(wěn)定性的主要因素。不同晶粒尺寸和Mn含量的RA具有不同等級的RA穩(wěn)定性。實驗鋼RA中存在明顯的Mn配分行為,進而導致RA具有不同級別的穩(wěn)定性,也因此表現(xiàn)出不同的加工硬化行為。本論文設(shè)計的4Mn-Nb-Mo和5Mn-Nb-Mo兩種低合金實驗鋼在擁有明顯綜合性能優(yōu)勢的同時達到了盡量減少總合金元素含量的目的。
（6）65錳鋼板三種實驗鋼S3階段加工硬化率曲線的大幅度波動歸因于不連續(xù)TRIP效應(yīng)。其原因在于RA在拉伸過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體并且發(fā)生了體積膨脹,進而抵消部分應(yīng)力集中并使應(yīng)力轉(zhuǎn)移到周圍相中而產(chǎn)生協(xié)同變形,伴隨著應(yīng)力的松弛和轉(zhuǎn)移;其次,實驗鋼中的RA需要有不同等級批次的穩(wěn)定性,當應(yīng)力值達到或超過該等級批次RA可發(fā)生相變的臨界值才可產(chǎn)生TRIP效應(yīng)。（7）Ms點受到RA中化學成分、晶粒尺寸、屈服強度和應(yīng)力狀態(tài)等作用影響?？赏ㄟ^將實驗鋼MSσ溫度控制在使用溫度以下,以獲得更多更穩(wěn)定的RA,進而產(chǎn)生更為廣泛的TRIP效應(yīng),終提高實驗鋼的綜合性能。
傳統(tǒng)高錳鋼在中低載荷工況下不具有優(yōu)勢,在其基礎(chǔ)上通過降低或增加碳錳元素含量研發(fā)出中錳和超65錳鋼板高錳鋼,在一定程度上彌補了其應(yīng)用中存在的不足。
本文對比研究了Mn8、Mn15及Mn18三種錳鋼的滑動和沖擊磨料磨損性能,分析了磨損機理。同時模擬礦井淋水腐蝕環(huán)境,探討了三種錳鋼的電化學腐蝕性能,論文得到以下主要結(jié)論:酸性礦井淋水腐蝕條件下,三種錳鋼表現(xiàn)出更負的腐蝕電位,酸性工況下耐腐蝕性能弱于堿性和中性腐蝕環(huán)境。酸、中、堿性礦井淋水腐蝕環(huán)境中,Mn8鋼的開路電位正（65mn錳冷軋鋼板）,極化曲線外推擬合腐蝕電壓 ,腐蝕電流小,且容抗弧半徑小,其耐腐蝕性能優(yōu)于Mn15和Mn18耐磨鋼?；瑒幽p實驗表明,三種錳鋼的摩擦系數(shù)均呈現(xiàn)先快速升高,后下降到一定的范圍趨于平穩(wěn)的變化趨勢,低載平均摩擦系數(shù)高于高載。相同磨損工況條件下,Mn8均具有 磨損失重,其抗滑動磨料磨損性能優(yōu)于Mn15和Mn18耐磨鋼。
三種耐磨鋼磨損層硬度分布均呈現(xiàn)梯度變化特征,Mn8磨損亞表層（50mm處）65錳鋼板硬度達到550HV,Mn15和Mn18分別為450HV和510HV,Mn8的加工硬化效果佳,Mn18則優(yōu)于Mn15。三種耐磨鋼干摩擦磨損機理主要表現(xiàn)為粘著磨損,伴有局部區(qū)域的疲勞剝落破壞,石英砂磨料磨損機理主要為磨粒磨損,表現(xiàn)形式為寬且深的犁溝和較大區(qū)域的疲勞剝落。沖擊磨料磨損實驗表明,隨沖擊功的增大,三種錳鋼的加工硬化能力均提高,磨損失重也明顯降低。1.5J沖擊功時,Mn18的磨損失重低于Mn8和Mn15;3.5J沖擊功時,Mn8具有 的磨損失重。Mn8和Mn18亞表層組織具有較高密度的孿晶,亞表層（50mm處）硬度分別達到50HRC和48HRC,其加工硬化效果明顯優(yōu)于Mn15,加工硬化層深度超過1.5mm。三種錳鋼磨損形式主要表現(xiàn)為鑿削磨損和不同程度疲勞剝落磨損。
65錳鋼板Mn8、Mn15磨損層亞結(jié)構(gòu)主要為位錯、孿晶及馬氏體,其耐磨強化機制為馬氏體相變復(fù)合強化機制。Mn18磨損層亞結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大量位錯、孿晶外,未發(fā)現(xiàn)馬氏體相變,但出現(xiàn)Fe-Mn-C原子團偏聚區(qū),其強化機制是通過位錯、孿晶和Fe-Mn-C原子團強化
傳統(tǒng)高65mn錳鋼板（Hadfield鋼）在室溫下能獲得單相奧氏體,具有優(yōu)良的加工硬化能力和抗沖擊能力,因此廣泛用作沖擊載荷下的耐磨材料。然而較低的屈服強度和初始硬度,導致材料在低沖擊載荷下不能完全發(fā)揮其耐磨性就發(fā)生塑性變形,降低了使用壽命。本文設(shè)計出一種輕質(zhì)超高錳鋼（Fe-31.6Mn-8.8A1-1.38C）,具有低密度、高屈服強度、高初始硬度、良好沖擊韌性等特點,適用于低沖擊載荷下的磨損條件。通過研究時效處理后的相轉(zhuǎn)變、壓縮變形、沖擊磨損分析了實驗鋼的強化機理和磨損機理。
實驗鋼經(jīng)1050℃保溫1.5h水韌處理后獲得單相奧氏體,65錳冷軋鋼板時效后奧氏體基體會彌散析出納米級別的κ’-碳化物,有助于屈服強度和初始硬度。在550℃時效2h綜合力學性能65錳鋼板佳,與僅水韌處理相比屈服強度提高107.4%,初始硬度提高28.7%,其抗拉強度為1041.7 MPa、屈服強度為1002.7 MPa、斷后伸長率為17.6%、沖擊韌性（V型缺口）為62 J/cm2和硬度為268.5 HB。隨著時效溫度升高（550℃～900℃）相轉(zhuǎn)變的順序為:κ’→納米-κ’+β-Mn→亞米-κ’+β-Mn+α→納米-κ’。其中四種類型的κ相析出涉及尺寸、形貌和分布被總結(jié),包括晶內(nèi)型:納米-κ’（<50nm）,亞米-κ’（>100nm）。
晶間型:κ*（～1μm）。以及片層狀κ,存在α+κ群落中。在550℃時效下,納米-κ’能促進β-Mn沿晶界析出,不需要借助α相;而在700℃和800℃長時間時效下,由于α相的大量析出,其形成主要借助于γ→α反應(yīng)。通過納米壓痕測試,獲得了不同時效溫度下基體與析出相的納米硬度。計算得到理論層錯能（SFE）為82.3 mJ/m2,由于平面滑移軟化效應(yīng),變形模式以位錯平面滑動為主,隨著變形量的增加,主要的亞結(jié)構(gòu)演變順序為:平面位錯隊列→平面位錯配置（偶極子和Lomer-Cottrell鎖）→泰勒晶格→帶。65錳冷軋鋼板本研究利用壓縮變形,觀察到了高層錯能下被抑制的形變孿晶以及一種多晶結(jié)構(gòu)。通過分析理論臨界孿生應(yīng)力（σT）,當外加應(yīng)力大于σT,形變孿晶出現(xiàn)。多晶結(jié)構(gòu)內(nèi)部以位錯纏結(jié)為主,通過波狀滑移形成了位錯胞。并提出了多效協(xié)同的強化機理:1)位錯平面滑移導致滑移帶細化和帶形成,2)形變孿晶,3)多晶結(jié)構(gòu)。這些形變亞結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)共同限制了位錯運動,促進基體內(nèi)位錯密度的不均勻,從而增強了應(yīng)變硬化。低沖擊載荷（0.5 J）下,時效后實驗65mn錳鋼板耐磨性更好,磨損百分比更低（0.55%～0.57%）。
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