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三種芯棒用合金鋼（TBX-1, TBX-4, H13）的熱疲勞性能對(duì)比芯棒是現(xiàn)代熱連軋無(wú)縫鋼管生產(chǎn)中最重要的工具之一，其服役條件十分惡劣，在高溫下承受很大的復(fù)雜機(jī)械應(yīng)力，同時(shí)經(jīng)受著反復(fù)循環(huán)熱應(yīng)力。隨著使用次數(shù)的增多，疲勞裂紋擴(kuò)展延伸，最終由于裂紋超深或局部出現(xiàn)凹坑、掉塊、劃痕等缺陷導(dǎo)致芯棒失效，熱疲勞裂紋是芯棒的主要失效形式。因此，熱疲勞性能對(duì)芯棒的使用壽命起著重要作用。本次工作主要利用自約束熱疲勞試驗(yàn)方法，對(duì)比研究新型芯棒用鋼TBX-1、TBX-4和傳統(tǒng)芯棒用鋼H13的熱疲勞性能，分析其熱疲勞裂紋萌生、擴(kuò)展過(guò)程以及影響其熱疲勞性能的主要因素，為有效提升國(guó)產(chǎn)芯棒用鋼性能提供理論依據(jù)。 H13鋼為電渣重熔的國(guó)產(chǎn)鋼，經(jīng)退火切削后截面尺寸為210mm×170mm，TBX-1和TBX-4鋼采用相同的冶煉工藝，得到150mm的鋼錠，三種鋼的化學(xué)成分如表1所示。熱疲勞試樣從鋼材橫截面中心沿軋制方向取材。三種試驗(yàn)鋼的熱處理工藝，以及熱處理后的硬度與沖擊功如表2所示。經(jīng)過(guò)淬回火試驗(yàn)后，三種鋼的組織均為回火馬氏體，馬氏體基體上分布著回火析出的碳化物顆粒，其中H13鋼的組織較為細(xì)小，碳化物顆粒尺寸也小于TBX-1和TBX-4鋼。 表1 三種鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
表2 三種鋼的熱處理工藝及性能
采用自約束冷熱疲勞試驗(yàn)方法，即瑞典Uddeholm熱疲勞方法進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)。熱循環(huán)方式：高溫700℃，室溫控制在20℃；加熱時(shí)間3.8s，加熱后停1s，冷卻時(shí)間8s，冷卻后停1s；冷卻介質(zhì)：自來(lái)水；循環(huán)次數(shù)400～3000次。試樣分別經(jīng)循環(huán)400、1000、3000次后，在稀鹽酸（10%）溶液中浸泡1015min去除表面氧化皮。采用體視顯微鏡對(duì)熱疲勞裂紋形貌進(jìn)行觀察。采用先進(jìn)的圖像處理技術(shù)對(duì)熱疲勞裂紋進(jìn)行分析，并將試樣沿其加熱區(qū)中部剖開(kāi)，觀察熱疲勞裂紋深度。采用MH-3型數(shù)顯式顯微硬度計(jì)從樣品表面至心部測(cè)量顯微硬度，并借助計(jì)算機(jī)輔助平臺(tái)計(jì)算鋼的熱疲勞表面損傷因子和截面損傷因子。沖擊試驗(yàn)在JB-50B型沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果表明： （1）H13鋼在400次循環(huán)時(shí)表面未出現(xiàn)明顯疲勞裂紋，TBX-1鋼和TBX-4鋼均在400次左右萌生疲勞裂紋。 （2）分別計(jì)算三種芯棒用鋼的熱疲勞損傷因子，TBX-4鋼的熱疲勞損傷因子小于H13鋼和TBX-1鋼的。熱疲勞試驗(yàn)后，TBX-4鋼表面裂紋均勻、細(xì)小，截面裂紋深度最小，未形成明顯的主裂紋，其熱疲勞抗力高于TBX-1鋼和H13鋼。 （3）三種芯棒用鋼在硬度相近的情況下，由于TBX-4鋼具有優(yōu)異的沖擊性能，故其表現(xiàn)出良好的熱疲勞性能，說(shuō)明沖擊韌性對(duì)材料的熱疲勞性能起著決定性作用。
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