钒对螺纹钢的影响研究论文

钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能，钒是钢的优良脱氧剂。钢中加的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。钒的熔点很高，常与铌、钽、钨、钼并称为难熔金属。有延展性，质坚硬，无磁性。具有耐盐酸和硫酸的本领，并且在耐气-盐-水腐蚀的性能要比大多数不锈钢好。如果说钢是虎，那么钒就是翼，钢含钒犹如虎添翼。只需在钢中加入百分之几的钒，就能使钢的弹性、强度大增 ，抗磨损和抗爆裂性极好，既耐高温又抗奇寒，难怪在汽车、航空、铁路、电子技术、国防工业等部门，到处可见到钒的踪迹。此外，钒的氧化物已成为化学工业中最佳催化剂之一，有“化学面包”之钒称。主要用于制造高速切削钢及其他合金钢和催化剂。把钒掺进钢里，可以制成钒钢。钒钢比普通钢结构更紧密，韧性、弹性与机械强度更高。钒钢制的穿甲弹，能够射穿40厘米厚的钢板。但是，在钢铁工业上，并不是把纯的金属钒加到钢铁中制成钒钢，而是直接采用含钒的铁矿炼成钒钢。钒具有众多优异的物理性能和化学性能，因而钒的用途十分广泛，有金属“维生素”之称。最初的钒大多应用于钢铁，通过细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而起到增加钢的强度、韧性和耐磨性。后来，人们逐渐又发现了钒在钛合金中的优异改良作用，并应用到航空航天领域，从而使得航空航天工业取得了突破性的进展。随着科学技术水平的飞跃发展，人类对新材料的要求日益提高。钒在非钢铁领域的应用越来越广泛，其范围涵盖了航空航天、化学、电池、颜料、玻璃、光学、医等众多领域。

模具是现代制造业核心工具,是工业制造中不可缺少的成型工具。近20年来，我国模具工业发展非常迅速,尤其是近几年,模具需求一直以每年15%左右的速度快速增长。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了强大的动力。作为主要模具材料的模具钢则是模具制造的基础,随着模具工业的迅速发展,对模具钢的数量、质量、品种、规格、性能等各个方面提出更高、更新的要求。Cr12MoV钢是应用最为广泛的冷作模具钢"。虽然强度、硬度较高,耐磨性好，但其韧度较差,对热加工工艺和热处理工艺要求较高，处理工艺不当，很容易造成模具的过早失效[2-3]。

Cr12MoV是国标的说法，德标叫做：X165CrMoV12

化学成份：

碳 C ：～

硅 Si：≤

锰 Mn：≤

硫 S ：≤

磷 P ：≤

铬 Cr：～

镍 Ni：允许残余含量≤

铜 Cu：允许残余含量≤

钒 V ：～

钼 Mo：～

电炉真空精炼生产，锻造开坯，共晶碳化物均匀，高淬透性，高耐磨性，高韧性，淬火时体积形变小；因此它的市场用量非常的大。

①减少Cr、Mo、V元素的含量，直接降低成本，也严重影响使用性能，如用Cr8、Cr12充当Cr12MoV；

②改变其生产方法，用中频炉代替电炉精炼，导致的成分杂质过多，用连铸方法代替球化退火，减少压延比等等多种方法来减少成本，zui终客户在使用时材料达不到预期的效果，模具寿命减少，严重的直接导致开裂报废。

研究发现,淬火过程中得到马氏体加下贝氏体复相组织具有比单一马氏体或者下贝氏体组织更好的强韧性[°;另外,淬火后组织中含有适量的残留奥氏体可一定程度上提高材料的韧性,对于合金钢来说,合金元素的种类和含量对钢淬火后残留奥氏体的量也有显著影响[5;合理的淬火温度会使钢保留需要的高温组织和细小的晶粒,以保证回火后获得良好的综合性能。

近年来,国内外学者在Cr12MoV钢热处理新工艺方面开展了广泛的研究[68]。研究表明,Cr12MoV钢中碳化物的形态和分布对其韧性有很大影响(弥散碳化物析出强化)。因此,通过适当的回火工艺控制材料组织中碳化物的形状、数量、尺寸和分布等,可改善强韧性，获得较高的综合力学性能。另外,不同回火温度对合金钢的拉伸和冲击性能有很大影响,通常情况下,增加回火温度会增加冲击韧性并降低拉伸强度;由于二次硬化现象的发生,在500 ~600 ℃间增加回火温度也可一定程度上提高合金钢的硬度。综上,在Cr12MoV热处理工艺开发已取得了一些成果,但也存在工艺过程较复杂.热处理过程能源消耗大等缺点。本论文拟通过研究不同回火工艺参数条件下Cr12MoV钢的微观组织和力学性能特征,进而找出更节能的热处理工艺。

试验采用的Cr12MoV钢是一种典型的高碳高合金钢,其化学成分见表1。将用于热处理的Cr12MoV钢加工成大小为$b20 mm x 50 mm 的圆柱试样,进行调质试验,具体工艺为1025℃淬火,在490、510 ℃分别保温、3 h。对热处理后的试样进行力学性能分析和微观组织表征。为了检验热处理后试样的切削性和耐磨性,采用MHT-10显微硬度测量仪(载荷砝码100 g,加载时间10 s)对硬度进行测量;利用Rigaku PSPC/MICRO应力分析仪对残余应力进行测量,具体位置见图1。采用JEOLJXA-8100电子探针(EPMA )对元素分布进行测定;采用ZEISS Axiovert 200 MAT光学显微镜观察微观组织分布;采用Rigaku Smartlab X射线衍射仪对不同衍射峰进行物相标定,通过相对强度法计算残留奥氏体体积分数。

畸变量及力学性能分析

图2为不同回火条件下Cr12MoV钢试样畸变量、残余应力和硬度分布的测量结果。从图2中可以看出,不论是试样底面还是侧面,当回火时间由 h增加到3 h时,残余应力显著降低,畸变量显著减小。通常情况下,表面压应力越高,则疲劳强度越高,切削性能越差。因此,通过增加回火时间降低表面压应力,可提高钢的切削性能。通过比较490℃和510℃回火温度下的测量结果,发现与回火时间相比,回火温度对畸变量和残余应力的影响较小。

图2( c)为测量得到的硬度结果。可以看出,尽管随着回火时间的增加 ,最大硬度值降低,但当回火时间较长时,试样不同位置的硬度分布更为均匀。当前研究采用的Crl2MoV钢热处理前硬度为 ,热处理后各测定点硬度均大于此值,并没有因为回火处理出现硬度下降。另外,从图2( c)中还可以看出,不同回火温度条件下测量得到的硬度结果变化较小。

Cr12MoV属于国标冷作模具钢，执行标准：GB/T 1299-2014

Cr12MoV钢的淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、强度均比Cr12高。用于制造截面较大、形状复杂、工作条件繁重下的各种冷冲模具和工具，如冲孔凹模、切边模、滚边模、钢板 深拉伸模、圆锯、标准工具和量规、螺纹滚模等。

Cr12MoV化学成分如下图：

cr12mov化学成分：

碳C：～。

硅Si：≤。

锰Mn：≤。

硫S：≤。

磷P：≤。

铬Cr：～。

镍Ni：允许残余含量≤。

铜Cu：允许残余含量≤。

钒V：～。

钼Mo：～。

Cr12MoV力学性能：

密度g/cm³：。

硬度：交货硬度：（退火）≤255-207HBW。试样热处理制度及淬回火硬度：≥58HRC。

交货状态：以热处理（正火、退火或高温回火）或不热处理状态交货，交货状态应在合同中注明。