高錳鋼復合變質(zhì)的作用及動(dòng)力學(xué)效應

研究探討 I Research& Discussion高錳鋼復合變質(zhì)的作用及動(dòng)力學(xué)效應楊潔,王仲玨(安徽工程科技學(xué)院,安徽蕪湖241000)摘要:采用Re-Ca-Ti-A對高錳鋼進(jìn)行復合變質(zhì)。在爐內、爐外實(shí)行“二步法”處理并按變質(zhì)合金異質(zhì)形核的生核能大小設計分級處理的順序,起到了控制碳化物的析出量和改善析出形態(tài)、凈化鋼液、凈化晶界、細化晶粒等良好的變質(zhì)效果。這些變化主要是復合變質(zhì)所產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)效應對其影響的結果關(guān)鍵詞:高錳鋼;復合變質(zhì);動(dòng)力學(xué)效應中圖分類(lèi)號:TG145文獻標識碼:A文章編號:1002-2333(2006)05-0078-02近些年來(lái),隨著(zhù)金屬材料改性處理技術(shù)的日趨完善在對傳統高錳鋼的材料改性上亦取得了較大的進(jìn)展,使高錳鋼組織和性能獲得了較大的改善和提高。人們愈來(lái)愈注意到這種變化與復合變質(zhì)的作用關(guān)系較大,其原主要是所產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)效應對其影響的結果。1復合變質(zhì)的作用改性高錳鋼的冶金任務(wù)主要是:減少碳化物析出量;控制碳化物析出形態(tài);通過(guò)細化奧氏體、強化奧氏體、穩圖1變質(zhì)后碳化物分布形態(tài)圖2變質(zhì)后的球粒狀夾雜物定奧氏體實(shí)現在實(shí)際工況、材料呈現較小變形情況下就細化能體現出良好的加工硬化的特性。因此,變質(zhì)與孕育是1.3細化晶冶金處理技術(shù)中十分重要的內容。從現象上看,添加Re的鋼不僅使鋼的過(guò)冷度小,而在改性高錳鋼的冶金處理中,變質(zhì)與孕育應該是兩且凝固所需的時(shí)間短,也就是說(shuō)在同一過(guò)冷度下加入稀個(gè)看似相仿,其實(shí)各有側重的對材料施行改性處理的方土使晶核增多,使鋼的組織和晶粒得以細化。經(jīng)檢測傳法2。在過(guò)程中,它們共同發(fā)揮著(zhù)相輔相成的作用統高錳鋼晶粒度1級,改性后高錳鋼晶粒度4級,結果對此類(lèi)高錳鋼采用ReCa-Ti-A復合變質(zhì)劑,在爐內、比如圖3)、(b)所示。爐外實(shí)行“二步法”處理,并按變質(zhì)合金異質(zhì)形核的生核能大小設計分級處理的順序。1.1改善碳化物形態(tài)Re合金中含有大量的表面活性元素,它們吸附在新生碳化物表面,阻礙了熔體中的Fe、C、Cr等碳化物形成元素的原子向碳化物的晶體擴散,降低了碳化物在[001]擇優(yōu)長(cháng)大方向的長(cháng)大速度,使其難以連結成網(wǎng)狀。圖1為變質(zhì)后,碳化物分布的二維形態(tài)。1.2減少夾雜凈化鋼液loUm未經(jīng)稀土變質(zhì)的高錳鋼夾雜含量高,多屬Al2O3、FeO、MnO和 Fes Mns的復合夾雜,形態(tài)不規則,夾雜物(a)傳統高錳鋼晶粒度(b)變質(zhì)后高錳鋼晶粒度圖3表面呈多角狀、性脆,這類(lèi)夾雜物熔點(diǎn)低,多分布在凝固的枝晶間和奧氏體晶界,使晶界弱化。通過(guò)變質(zhì)處理,一1,4穩定合金元素方面變質(zhì)元素與鋼液中的非金屬夾雜形成體容大、比重由于釩等合金元素對細化高錳鋼晶粒、提高加工硬小的氧化物、硫化物及復合夾雜物上浮至渣中;一方面熔化能力作用顯著(zhù),故采用釩渣一方面用作微合金化處理點(diǎn)高、殘存在鋼中含有TiA1、Ca和Ce的硫·氧稀土類(lèi)方組成以釩渣為主的復合孕育劑對鋼液實(shí)施硅酸鹽復合夾雜物(MgO+SiO2 Al2O, CeS·Ce2O3)呈粒狀、進(jìn)中國煤化工C、Al、si、Fe、Mn等元散亂分布在基體中(如圖2所示),部分此類(lèi)夾雜還可作素發(fā)CNMHG,但在熔煉溫度下,V為初晶奧氏體的晶核基底使奧氏體晶核數增加,晶粒很容易被重新氡化成VO3進(jìn)人渣中,因此稀土強烈脫氧基金項目:安徽省教育片自然科學(xué)研究責助項目(200048)作用有利于穩定(VO,的還原效果,亦有利于提高和穩8萬(wàn)痂蔽耀師2006年第5期Research& Discussion I研究探討定其它合金元素的吸收率。(4)良好的變質(zhì)不僅利于增強孕育處理的效果,而且1.5分級變質(zhì)強化效果必然加快奧氏體脫溶的碳原子和鋼液中濃度起伏形成的(1)從現象上看,添加Re的鋼不僅使鋼的過(guò)冷度小碳原子集團以孕育質(zhì)點(diǎn)的基底進(jìn)行異質(zhì)形核的擴散過(guò)而且凝固所需的時(shí)間短,也就是說(shuō)在同一過(guò)冷度下,加入程,因為,實(shí)際情況下,良好的孕育組織狀態(tài)總是瞬間完稀土使晶核增多,使鋼的組織和晶粒得以細化。究其原成的。因,主要是由于Re的熔點(diǎn)低,原子半徑較大,是強成分過(guò)(5)粘度對流動(dòng)的影響直接影響到鑄件的質(zhì)量。由粘冷元素,同時(shí)也是非碳化物形成元素,在凝固過(guò)程中由于度-流體流動(dòng)的阻力可知:粘度大,不但會(huì )降低金屬液的充溶質(zhì)元素再分配而富集在奧氏體結品前沿的液體中,提型能力,會(huì )削弱冒口的補縮效果,而且由m=2RCm高了奧氏體的形核率使奧氏體基體細化。同時(shí),Re具有較強的脫硫去氧凈化鋼液的能力而脫硫去氧后形成的(式中,R-氣泡或夾雜p的半徑;-液體合金比重;r夾復合夾雜部分還可作為初晶奧氏體的晶核基底使奧氏體雜v或氣泡比重。)可看出:當粘度n較大時(shí),夾雜和氣泡晶核數增加,晶粒細化。排出速度減小,這就可能在鑄件上表面凝固結殼前來(lái)不(2)Re合金中含有大量的表面活性元素,它們吸附及排出而留在鑄件內部。加入表面活性物質(zhì)-稀土復合變在新生碳化物表面,阻礙了熔體中的Fe、C、Cr等碳化物質(zhì)劑能有效地降低鋼液的粘度且變質(zhì)元素能與鋼液中形成元素的原子向碳化物晶體擴散,降低了碳化物在非金屬夾雜形成體容大、比重小熔點(diǎn)高的夾雜物而利于[010]擇優(yōu)長(cháng)大方向的長(cháng)大速度,使其難以連結成網(wǎng)狀(3)變質(zhì)處理后,鋼液中o、s、N元素含量急劇下降,3性能對比從而有效地避免了由于主孕育元素釩、鈦的氧化、硫化高錳鋼經(jīng)過(guò)上述冶金處理后,組織和各方面的狀態(tài)、氮化而形成的化合物吸附在釩鈦碳化物上,阻止形成異性能均發(fā)生了較大的變化。力學(xué)性能和使用性能如下表質(zhì)晶核的局面,為孕育處理后出現的異質(zhì)形核創(chuàng )造了良所示,處理后提高幅度較大好的條件。改性處理高錳鋼對力學(xué)性能、耐磨性的影響表2動(dòng)力學(xué)效應牌號aMPa8%)aJ·m2HB相對耐磨系數B高錳鋼復合變質(zhì)的動(dòng)力學(xué)效應主要體現于它對鋼液ZCMn13608131.12×10210冶金作用、結晶過(guò)程、原子擴散和吸附的方向及速度等的改性高錳鋼91634187×10°224264綜合功能上(1)由于Re的熔點(diǎn)低,原子半徑較大,是強成分過(guò)冷4結語(yǔ)元素,同時(shí)也是非碳化物形成元素,在凝固過(guò)程中由于溶提高高錳鋼復合變質(zhì)的效果,以及變質(zhì)處理對鋼液質(zhì)元素再分配而富集在奧氏體結晶前沿的液體中,提高冶金和凝固過(guò)程產(chǎn)生的主要動(dòng)力學(xué)效應,取決于稀土復了奧氏體的形核率,使奧氏體基體細化。同時(shí),Re具有較合變質(zhì)劑在凝固過(guò)程和高溫下能否充分和同時(shí)起到下列強的脫硫去氧、凈化鋼液的能力,而脫硫去氧后形成的復作用:合夾雜部分還可作為初晶奧氏體的晶核基底使奧氏體晶(1)起變質(zhì)劑作用:細化奧氏體晶粒;控制奧氏體、碳核數增加,晶粒細化?；锝Y晶;減少非金屬夾雜;改變夾雜形態(tài)。(2)分級復合變質(zhì),包括二個(gè)內容2)起脫氧劑、脫硫劑和去氣劑作用凈化鋼液,凈化①“二步法”處理。即將稀土和稀土復合變質(zhì)劑分別晶界,增強抗“衰退”能力。于爐內、爐外進(jìn)行處理,這樣既能細化初晶奧氏體,也能(3)起還原劑作用:在凝固過(guò)程和高溫下還原被氧控制鋼液凝固過(guò)程的組織結晶化、硫化的合金元素,保證變質(zhì)和其它處理過(guò)程冶金質(zhì)量②將變質(zhì)劑按組分元素在鋼液中異質(zhì)形核生核能的以及凝固組織及形態(tài)的穩定性。大小,分別溶入鋼液,從而不僅有效地脫硫、脫氧、去氣凈[參考文獻]化了鋼液,而且顯著(zhù)增強了變質(zhì)組織的抗“衰退”能力。[]茅洪祥,等微合金化技術(shù)在高錳鋼中的應用[門(mén)熱加工工藝(3)晶體中不同晶面的原子排列是不同的,從而顯示997(6):26-28出各向異性(包括界面張力)。不同晶面對同一種元素的[2】王仲玨顯著(zhù)提高高錳鋼零件使用壽命的稀土變質(zhì)處理門(mén)機電工程技術(shù),2001,302):36-37吸附也是不同的,這樣就勢必影響各個(gè)晶面的長(cháng)大條件,[3]李隆盛鑄鋼及其熔煉[M]北京:機械工業(yè)出版社,1981從而影響最終的結晶形貌。向鋼液中分別加入T、Ca、Al、[4]胡漢起金屬凝固[M]北京:冶金工業(yè)出版社,95Re等元素,它們對鋼液的表面張力、鋼液和碳化物不同(編輯畢勝)晶面間的界面張力以及鋼液和碳化物不同晶面間的接觸角均會(huì )產(chǎn)生不同的影響,從而聯(lián)合增強了對新生碳化物作者簡(jiǎn)中國煤化工的連網(wǎng)生長(cháng)態(tài)勢的動(dòng)態(tài)抑制或形成更多的薄弱連接部CNMH導師,主要從事金屬材位,利于水韌處理時(shí)充分溶解碳化物減少組織的顯微空料工程和成型技術(shù)的研究洞、裂紋。收稿日期:2005-12-08機械工程師2006年第5期79