高镁对回火态钢组织和性能的影响.pdf
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1、第 卷第 期材 料 与 冶 金 学 报 收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目(,)作者简介:徐光(),男,博士,工程师,:年 月 :高镁对回火态钢组织和性能的影响徐 光,罗 钢,李 阳(华菱涟源钢铁有限公司 技术中心,湖南 娄底;东北大学 冶金学院,沈阳)摘 要:利用加压感应炉将钢中镁质量分数最高提升至 ,研究了高镁(钢中镁的质量分数大于)对回火态 钢组织和性能的影响 研究结果表明:镁对 钢回火态组织影响较小,随着镁质量分数的增加,钢的抗拉强度、屈服强度均先增大后略有减小;适量的镁可以提高钢的强度,但当镁质量分数过高时,钢的强度和性能容易恶化;随着镁质量分数的增加,钢的塑性降低,镁质量分数
2、增加至 时钢的塑性下降幅度较小,但当镁质量分数进一步增加时,钢的塑性下降幅度显著增大;随着镁质量分数的增加,钢的冲击韧性降低;当镁的质量分数增至较高时,容易在晶界处偏聚,冲击时,钢沿晶断裂的可能性增大 镁在钢中的质量分数应控制在合适范围内,以小于 为佳 适量的镁对钢的强度提升有积极作用,但可能对钢的塑性和韧性造成一定危害关键词:高镁;钢;热处理;力学性能中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,;,):(),:;年,国外学者对镁作为炼钢精炼剂的可能性进行了研究,结果表明:镁处理后钢中的氧、硫质量分数显著降低;同时,簇状的 夹杂转变为尖晶石型()夹杂,该类夹杂物尺寸细小且呈弥散分布进入二十世纪
3、八九十年代,日本和苏联学者测定并研究了 平衡的热力学数据,而中国的学者从 世纪初才开始对镁在钢中的应用进行相关的研究镁的蒸发温度很低,在炼钢温度下很难加入钢液中因此,镁在钢中冶金作用的研究主要是微量镁(钢中镁的质量分数小于 )的研究王亮亮和王承针对微量镁在钢中冶金作用进行了较为系统的研究王亮亮的研究结果表明,镁处理后,钢中夹杂物、碳化物尺寸明显减小,钢的退火态组织中珠光体增多,钢的塑性、韧性增强,而强度、硬度降低王承的研究结果表明,镁在钢中具有很强的脱氧、脱硫能力,镁处理后,钢中细小、易形核且形核率很高的含镁夹杂物可作为随后析出的夹杂物的形核核心,使钢中获得更多细小的夹杂物,最终减小钢中夹杂物
4、的尺寸虽然镁很难加入钢液中,但镁在钢中的溶解度较高计算结果表明,常压条件下,镁在钢中的溶解度可达 ,本文作者利用加压感应炉,将钢中镁质量分数最高提升至,并 对 高 镁(钢 中 镁 的 质 量 分 数 大 于)在钢中的冶金作用展开研究研究结果表明,高镁具有良好的净化钢液能力此外,与微量镁相比,高镁还可更大程度地球化碳化物综上所述,不论是微量镁还是高镁,都给钢的洁净度、组织带来较大改变目前,有关高镁对钢力学性能影响的研究文献较少钢的应用状态通常为回火态,本文中对高镁钢的回火态组织开展观察实验,同时研究其拉伸性能和冲击性能,找出高镁对回火态钢组织和性能的影响规律探究高镁对回火态钢组织和性能的影响,对
5、进一步开发镁在钢中的冶金作用,实现镁在钢冶炼过程中的工业应用具有重要意义 实验材料准备选取 钢作为研究载体,使用加压感应炉冶炼 种不同镁质量分数的 钢,其化学成分检测结果和日标如表 所列,镁质量分数由 逐步提高至 将不同镁质量分数的钢锭锻造成棒材,空冷至室温备用,锻造温度为 将不同镁质量分数的钢锭进行轧制,轧制工艺为 下保温 经过 道次轧制,将钢锭制成厚度约为 的薄板,然后空冷至室温备用表 钢的化学成分(质量分数)()钢样 日标 实 验 夹杂物统计实验对铸锭相同部位取样,依次用,砂纸对样品进行磨光使用 抛光膏和抛光布对样品进行抛光使用金相显微镜对抛光后的样品进行观察、分析,统计夹杂物数量,分析
6、夹杂物形貌 组织观察实验将 钢热轧板放入热处理炉进行完全退火淬火回火处理,热处理工艺如图 所示回火结束后,从 钢分别切下 的方块 依次用,砂纸对样品进行磨光使用 抛光膏和抛光布对样品进行抛光用体积分数 的硝酸酒精对抛光后的样品进行腐蚀用扫描电镜对样品进行观察、分析OtT1 053 K1 103 K693 K8 min8 min20 min3 K/min3 K/min3 K/min空冷至室温空冷至室温油冷至室温完全退火阶段淬火阶段回火阶段图 完全退火淬火回火工艺 拉伸实验从热轧薄板中取样进行完全退火淬火回火处理,工艺见图 对完全退火后的轧板进行切割,样式、尺寸如图 所示之后进行拉伸实验,拉伸速度
7、为 第 期 徐 光等:高镁对回火态钢组织和性能的影响10 mm100 mmR=6 mm6 mm25 mm32 mm30 mm图 拉伸样尺寸 冲击实验对方型棒材分别进行完全退火淬火回火处理,工艺见图由于冲击样尺寸较大,完全退火阶段的保温时间为 ,淬火阶段的保温时间为 ,回火阶段的保温时间为 将热处理后的样品切割为 尺寸的冲击样,开 型口进行冲击实验 实验结果与讨论 夹杂物统计实验结果与讨论由表 可知,随着镁质量分数的增加,钢中夹杂物数量逐渐增多,尺寸逐渐减小但当镁质量分数增加到一定值后,钢中夹杂物数量剧增,尺寸也大幅增加表 夹杂物金相统计结果 钢样夹杂物直径分布(,),),)夹杂物总数 个夹杂物
8、总面积平均面积当量圆直径 夹杂物面积占比 组织观察实验结果与讨论经过完全退火淬火回火后的 钢组织形貌如图 所示由图 可知,钢的组织并未产生明显变化,均为回火屈氏体一个细微的差别是,加镁钢的回火屈氏体比未加镁钢的回火屈氏体稍细镁质量分数最高的 钢表面出现了几个较为明显的孔洞,可能是钢中镁过量偏聚、析出导致的12#1#2#4#3#5 m5 m5 m5 m图 完全退火淬火回火后钢的组织形貌 材 料 与 冶 金 学 报 第 卷 拉伸实验结果与讨论表 为完全退火淬火回火处理后 钢的力学性能由表 可知,经过完全退火淬火回火处理后,加镁钢的抗拉强度大于未加镁钢的抗拉强度,但其断后伸长率及收缩率不断降低,尤其
9、是 和 钢的断面收缩率显著下降加镁钢强度提升的原因有两个:一是镁使钢的晶粒细化,晶粒细化的遗传性使回火态加镁钢的晶粒依然细小,而晶粒越细小,钢的强度越大;二是加镁钢中生成的 和 等含镁夹杂物在钢中可能起到一定的弥散强化作用,从而提高了钢的抗拉强度图 为完全退火淬火回火后 钢的断口形貌图由图 可知:和 钢断裂方式为韧性断裂和解理断裂,且韧性断裂为主要断裂方式;和 钢的断裂方式为韧性断裂和沿晶断裂,且沿晶断裂为主要断裂方式由 钢的断裂方式可以看出,镁加剧了钢的晶界脆性,使钢在拉伸过程中容易在晶界处断裂表 完全退火淬火回火后钢的力学性能 钢样 抗拉强度屈服强度断后伸长率断面收缩率冲击功 1#2#3#
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