U71Mn鋼高溫氧化與脫碳的研究.pdf

1、目前,我國的鋼軌研發(fā)和生產能力遠遠不能滿足鐵路交通運輸行業(yè)迅猛發(fā)展的需求,在鋼軌質量、種類、規(guī)格、產量、技術等方面都與國外有著很大差距。U71Mn鋼是目前國內應用最廣泛的重軌鋼之一,因此,對其成材率、表面質量、內部質量、力學性能和外觀尺寸提出了更高要求。
　　鋼在熱處理過程中,在鋼坯表面發(fā)生氧化和脫碳是不可避免的。研究表明,鋼坯表面生成氧化膜和脫碳層,會降低鋼的成材率,并使鋼的強度、硬度、疲勞性能等機械性能受到很大影響,這造成了極

2、大的能源損耗和資源浪費。因此,如何在實際生產中減少鋼的氧化和脫碳,成為專家學者研究和關注的焦點。U71Mn重軌鋼在加熱過程中會發(fā)生嚴重的氧化與脫碳現象,本文通過分析不同氣氛、不同溫度、不同時間條件對U71Mn鋼的氧化與脫碳作用,研究U71Mn鋼在高溫加熱過程中的氧化與脫碳機理。
　　本文主要采用實驗的方法,系統(tǒng)研究了U71Mn鋼在空氣氣氛和氧氣氣氛下的恒溫氧化與脫碳行為。對U71Mn鋼分別進行空氣氣氛下與氧氣氣氛下950℃、105

3、0℃、1150℃和1250℃溫度條件下的恒溫氧化,采用連續(xù)稱重法獲取相應的氧化動力學曲線,并計算出在該條件下U71Mn鋼的氧化速率常數值,以及氧化激活能,分析加熱溫度、保溫時間、爐內氣氛等各個因素對U71Mn鋼高溫氧化的影響,從而把握U71Mn鋼的高溫氧化動力學規(guī)律。用線切割將加熱后的試樣切成合適尺寸并制成金相試樣,經3％體積分數的硝酸酒精腐蝕后,放在金相顯微鏡下觀察,用金相法測量脫碳層深度,獲得脫碳層深度隨加熱溫度與保溫時間的變化曲線

4、,計算脫碳過程中碳原子的擴散速率,以及擴散激活能,分析加熱溫度、保溫時間、爐內氣氛以及鋼的氧化等各個因素對U71Mn鋼高溫脫碳的影響。
　　實驗結果表明,U71Mn重軌鋼在空氣中950-1250℃的高溫條件下,隨著加熱溫度的升高和保溫時間的延長,氧化量與脫碳層逐漸增加,氧化動力學遵循拋物線規(guī)律,氧化速率Kp值隨溫度升高而增大,氧化激活能為211.25kJ/mol,碳的擴散激活能為133.08kJ/mol。在氧氣中950-1250℃

5、的高溫條件下,U71Mn鋼隨著加熱溫度的升高和保溫時間的延長,氧化量也逐漸增加,氧化動力學遵循直線規(guī)律,氧化激活能為106.93kJ/mol;脫碳層深度在1150℃時出現峰值,在950-1150℃下,脫碳層深度隨溫度升高以及時間延長而逐漸增大,碳的擴散激活能為87.41kJ/mol。在1150-1250℃過程中,氧化急劇惡化,原有氧化皮出現嚴重破損,原有脫碳層被氧化掉,生成新的致密的氧化膜。在相同的溫度和時間條件下,氧氣對U71Mn鋼的