低碳微合金非调质钢的非金属夹杂物研究.pdf

第31卷第6期
上海金属
vol.31,No。.623
2009年11月
SHANGHIAI METALS
November, 2009
低碳微合金非调质钢的非金属夹杂物研究
安航航李太全
(北京科技大学治金与生态工程学院,北比京100083)
摘要〕通过热力学计算和实验,分析低碳Nb-V-T-N系微合金非调质钢中的非金属
夹杂物形成的可能性以及如何通过控制钢中元素的含量,来影响夹杂物的类型,从而为进一
步提高钢的纯净度提供理论依据。
关键词】低碳徼合金非调质钢夹杂物热力学计算金相分析
STUDY ON NON-METALLIC INCLUSIONS OF NON-QUENCHED
AND TEMPERED LOW CARBON MICROALLOY STEEL
An Hanghang Li Taiquan
Metallurgical and Ecological Engineering School, University of Science and Technology Beijing
Abstract] Thermodynamic calculation and experiment were performed in the Nb.V-TI-N low
carbon microalloy non quenched and tempered steel to analyze the forming possibility of non-metallic
inclusions, and to study the influence of main elements content on the types of non-metallic inclusions
therefore, to provide evidence for improving steel cleanliness
Key Words Low Carbon Microalloy Non-quenched and Tempered Steel, Non-metallic
Inclusion, Thermodynamic Calculation, Metallographic Analysis
目前发达国家汽车制造业在连杆、曲轴、半一步提高钢的纯浄度提供理论依据。
轴等轴类零件中广泛应用非调质钢。为了满足非
实验材料和方法
调质钢的高强韧性需要,一方面,非调质钢含一
实验钢的成分参照低碳微合金非调质钢标准
定量的Nb、V、Y等微合金,且为了改善切削性设计,主要采用低C、高S和Mn元素,添加微
能,有时还含较高的硫;另一方面,为了提高钢量b、V、T合金,在50kg真空感应炉中治炼
的强度,向非调质钢中増氮。増氮一方面为了促两炉钢,其中一炉(2#)设计为氮强化钢,通
进钒的析出,增强钒的沉淀强化作用,明显提高过加入含氮合金控制钢中的氮,目的是通过轧制
钢的强度,另一方面增氮可提高YN颗粒的稳定过程控制碳氮化合物的析出提高低碳微合金非调
性,更有效地阻止英氏体晶粒长大,从而进一步质钢的强度,另外一岁为白然增氮。实验锅的化
细化品粒,细化晶粒是提高钢的强韧性的有效学成分如表1所示,钢锭经锻造加工成试棒,其
方法。综合以上圆素,非调质钢中的非金属夹杂锻造工艺如表2所示
物组成因此较为复杂。
1#和2#钢锭锻成棒后,采用钼丝切割加
目前国内对低碳微合金钢非金属夹杂物的研工成尺寸为10mmx10mx10m的金相样各两
究比较少,本文旨在通过热力学计算和实验室实块,再取各一块抛光,利用扫描电镜(SEM)、
验,从热力学上分析低碳Nb-V-Ti-N系微合金非Qwin图像分析仪和能谱仪(EDS)对试样中的夹
调质钢中非金属夹杂物的类型,以及如何通过控杂物进行尺寸分布、形貌和组成分析。
制钢中元素的含量,来影响夹杂物的类型,为进
作者简介:安航航,东北大学毕业,北京科技大学从事治金和金属材料研究,电话:158101764,010-82376598,F-nail
anhang:330163.0m,地址:北京海淀区学院路30号857信箱,郎编1000
上海金属
笫31卷
表1实验钢的化学成分(质量分数,%
编另
C
Mn
N
T O
Als
1.5
0.015
0.064
0.07
0.026
0.0020
0.0012
0.004
0.098
0.34
49
0.012
0.06
0.072
0.024
0.022
0.0024
0.004
表2实验钢的鍛造工艺
吉布斯等温方程如式(1)所示
编冬加热温度加热时间开锻温度终锻温度规格
△G=△G+ RTINQ
/℃
计算钢液中各元素C、Al、0、N、T、Mg
850土20
等活度系数,由于铁液中这几种元素的浓度都很
2#1110~1150
850~880
小,认为各元素的活度系数能用式(2)计算。
lg,=∑e[%j]
2钢中夹杂物的热力学计算
式中;一元素i的活度系数
钢液在冷却过程(从浇温到整个液态温度范
e一元素j对元素i的作用系数
围)与凝固过程(从液态冷到整个固态温度范
[%j一元素j的质量分数
围)中出现氧化物析出和长大。一般根据钢液的
根据低碳微合金非调质钢的成分(表1)计
条件控制氧化物析出情况。
算出钢中各元素的活度系数,见表3。
表3非调质钢中各元素的活度系数
编号
I Mn
1#1.0133
1.0637
0.9914
0.9891
0.02090.9540,70740.0235
1.004
2#
1,015
1.065
0.989
1,058
0.99
1.93
0.016
0.956
0.711
0.02
0.996
非调质钢中会存在以下反应(表4)。
点相差不大,为了计算方便,取此含量为0.22%。
TiO2(。+[T]=2T2O
表4非调质钢中存在的主要反应
△C=-118585+18.19T
[Mgj+[O]=Mgo
AC=-89975-80.021T
由式1和和表4计算了1873K下钛氧化物的
2[Al]+3[0]=A2
△C=-1226832+390.66T
反应自由能与钢中氧活度的关系,见图1(图1
0)+A2O。=MgO?Al2o)△C=-3550-2.09T
Mg+2A+4o]=Mso-A10。2:=-13001060r中arm=0.0020)0当钢液中氧的含量大于0.000
2mg0()+Ti02()=2mg0'1102()
时,在相同的钛、氧含量下,钛与氧反应生成
Ti]+2[o]
[Ti]+ [O]=Tio,
△Cっ=-360250+130.8T
2Ti+3[]=T123
2[T]+3LO]=T2O2
△Ca=-1072872+346.0T
TO2い+[T=2T10o)
C2=-1