合金元素對冷拔無縫鋼管機械性能的影響
冷拔無縫鋼管材料的強化方法 冷拔無縫鋼管材料的強化途徑，主要有以下幾個方面； (1)結晶強化。結晶強化就是通過控制結晶條件，在凝固結晶以后獲得良好的宏觀組織和顯微組織，從而提高冷拔無縫鋼管材料的性能。它包括： 1） 細化晶粒。細化晶粒可以使冷拔無縫鋼管組織中包含較多的晶界，由于晶界具有阻礙滑移變形作用，因而可使冷拔無縫鋼管材料得到強化。同時也改善了韌性，這是其它強化機制不可能做到的。 2） 提純強化。在澆注過程中，把液態冷拔無縫鋼管充分地提純，盡量減少夾雜物，能顯著提高固態 冷拔無縫鋼管的性能。夾雜物對冷拔無縫鋼管材料的性能有很大的影響。在損壞的構件中，常可發現有大量的夾雜物。采用真空冶煉等方法，可以獲得高純度的冷拔無縫鋼管材料。 (2)形變強化。冷拔無縫鋼管材料經冷加工塑性變形可以提高其強度。這是由于材料在塑性變形后 位錯運動的阻力增加所致。 (3)固溶強化．通過合金化(加入合金元素)組成固溶體，使冷拔無縫鋼管材料得到強化稱為固溶強化。 (4)相變強化。合金化的冷拔無縫鋼管材料，通過熱處理等手段發生固態相變，獲得需要的組織結構，使冷拔無縫鋼管材料得到強化，稱為相變強化。 相變強化可以分為兩類： 1) 沉淀強化(或稱彌散強化)。在冷拔無縫鋼管材料中能形成穩定化合物的合金元素，在一定條件下，使之生成的第二相化合物從固溶體中沉淀析出，彌散地分布在組織中，從而有效地提高材料的強度，通常析出的合金化合物是碳化物相。在低合金鋼(低合金結構鋼和低合金熱強鋼)中，沉淀相主要是各種碳化物，大致可分為三類。一是立方晶系，如TiC、V4C3，NbC等，二是六方晶系，如M02、W2C、WC等，三是正菱形，如Fe3C。對低合金熱強鋼高溫強化最有效的是體心立方晶系的碳化物。 2) 馬氏體強化。冷拔無縫鋼管材料經過淬火和隨后回火的熱處理工藝后，可獲得馬氏體組織，使材料強化。但是，馬氏體強化只能適用于在不太高的溫度下工作的元件，工作于高溫條件下的元件不能采用這種強化方法。 (5)晶界強化。晶界部位的自由能較高，而且存在著大量的缺陷和空穴，在低溫時，晶界阻 礙了位錯的運動，因而晶界強度高于晶粒本身；但在高溫時，沿晶界的擴散速度比晶內擴散速度大得多，晶界強度顯著降低。因此強化晶界對提高鋼的熱強性是很有效的。 硼對晶界的強化作用，是由于硼偏集于晶界上，使晶界區域的晶格缺位和空穴減少，晶界自由能降低；硼還減緩了合金元素沿晶界的擴散過程；硼能使沿晶界的析出物降低，改善了晶界狀態，加入微量硼、鋯或硼+鋯能延遲晶界上的裂紋形成過程；此外，它們還有利于碳化物相的穩定。 (6)綜合強化。在實際生產上，強化冷拔無縫鋼管材料大都是同時采用幾種強化方法的綜合強化， 以充分發揮強化能力。例如： 1）固溶強化十形變強化，常用于固溶體系合金的強化。 2）結晶強化+沉淀強化，用于鑄件強化。 3）馬氏體強化+表面形變強化。對一些承受疲勞載荷的構件，常在調質處理后再進行噴 丸或滾壓處理。 4）固溶強化+沉淀強化。對于高溫承壓元件常采用這種方法，以提高材料的高溫性能。 有時還采用硼的強化晶界作用，進一步提高材料的高溫強度。 2、合金元素對正火(或退火)狀態無縫鋼管機械性能的影響 正火狀態下鋼有鐵素體和珠光體組織。合金元素不僅影響冷拔無縫鋼管的強度，同時也影響其韌性。 3、合金元素對調質鋼機械性能的影響 合金元素對調質鋼機械性能的影響，主要是通過它們對淬透性和回火性的影響而起作用的。主要表現于下列幾方面。 (1) 由于合金元素增加了鋼的淬透性，使截面較大的零件也可淬透，在調質狀態下可獲得綜合機械性能優良的回火索氏體。 (2) 許多合金元素可使回火轉變過程緩慢，因而在高溫回火后，碳化物保持較細小的冪顆粒，使調質處理的合金鋼能夠得到較好的強度與韌性的配合。 (3)高溫回火后，鋼的組織是由鐵素體和碳化物組成，合金元素對鐵素體的固溶強化作用可提高調質鋼的強度。
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