研究探討 I Research& Discussion高錳鋼復(fù)合變質(zhì)的作用及動(dòng)力學(xué)效應(yīng)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(duì)高錳鋼進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)。在爐內(nèi)、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(shè)計(jì)分級(jí)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(xì)化晶粒等良好的變質(zhì)效果。這些變化主要是復(fù)合變質(zhì)所產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)對(duì)其影響的結(jié)果關(guān)鍵詞:高錳鋼;復(fù)合變質(zhì);動(dòng)力學(xué)效應(yīng)中圖分類號(hào):TG145文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002-2333(2006)05-0078-02近些年來(lái),隨著金屬材料改性處理技術(shù)的日趨完善在對(duì)傳統(tǒng)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(fù)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(yīng)對(duì)其影響的結(jié)果。1復(fù)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(xì)化奧氏體、強(qiáng)化奧氏體、穩(wěn)圖1變質(zhì)后碳化物分布形態(tài)圖2變質(zhì)后的球粒狀?yuàn)A雜物定奧氏體實(shí)現(xiàn)在實(shí)際工況、材料呈現(xiàn)較小變形情況下就細(xì)化能體現(xiàn)出良好的加工硬化的特性。因此,變質(zhì)與孕育是1.3細(xì)化晶冶金處理技術(shù)中十分重要的內(nèi)容。從現(xiàn)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(yīng)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(cè)重的對(duì)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(xì)化。經(jīng)檢測(cè)傳法2。在過(guò)程中,它們共同發(fā)揮著相輔相成的作用統(tǒng)高錳鋼晶粒度1級(jí),改性后高錳鋼晶粒度4級(jí),結(jié)果對(duì)此類高錳鋼采用ReCa-Ti-A復(fù)合變質(zhì)劑,在爐內(nèi)、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(shè)計(jì)分級(jí)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(kuò)散,降低了碳化物在[001]擇優(yōu)長(zhǎng)大方向的長(zhǎng)大速度,使其難以連結(jié)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(fù)合夾雜,形態(tài)不規(guī)則,夾雜物(a)傳統(tǒng)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(wěn)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(duì)細(xì)化高錳鋼晶粒、提高加工硬小的氧化物、硫化物及復(fù)合夾雜物上浮至渣中;一方面熔化能力作用顯著,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·氧稀土類方組成以釩渣為主的復(fù)合孕育劑對(duì)鋼液實(shí)施硅酸鹽復(fù)合夾雜物(MgO+SiO2 Al2O, CeS·Ce2O3)呈粒狀、進(jìn)中國(guó)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(shù)增加,晶粒很容易被重新氡化成VO3進(jìn)人渣中,因此稀土強(qiáng)烈脫氧基金項(xiàng)目:安徽省教育片自然科學(xué)研究責(zé)助項(xiàng)目(200048)作用有利于穩(wěn)定(VO,的還原效果,亦有利于提高和穩(wěn)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(qiáng)孕育處理的效果,而且1.5分級(jí)變質(zhì)強(qiáng)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(xiàn)象上看,添加Re的鋼不僅使鋼的過(guò)冷度小碳原子集團(tuán)以孕育質(zhì)點(diǎn)的基底進(jìn)行異質(zhì)形核的擴(kuò)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?yàn)?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(xì)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(qiáng)成分過(guò)(5)粘度對(duì)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(jié)品前沿的液體中,提型能力,會(huì)削弱冒口的補(bǔ)縮效果,而且由m=2RCm高了奧氏體的形核率使奧氏體基體細(xì)化。同時(shí),Re具有較強(qiáng)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(fù)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(dāng)粘度n較大時(shí),夾雜和氣泡晶核數(shù)增加,晶粒細(xì)化。排出速度減小,這就可能在鑄件上表面凝固結(jié)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(nèi)部。加入表面活性物質(zhì)-稀土復(fù)合變?cè)谛律蓟锉砻?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(kuò)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(zhǎng)大方向的長(zhǎng)大速度,使其難以連結(jié)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(duì)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(xiàn)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(duì)力學(xué)性能、耐磨性的影響表2動(dòng)力學(xué)效應(yīng)牌號(hào)aMPa8%)aJ·m2HB相對(duì)耐磨系數(shù)B高錳鋼復(fù)合變質(zhì)的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)主要體現(xiàn)于它對(duì)鋼液ZCMn13608131.12×10210冶金作用、結(jié)晶過(guò)程、原子擴(kuò)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(qiáng)成分過(guò)冷4結(jié)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(fù)合變質(zhì)的效果,以及變質(zhì)處理對(duì)鋼液質(zhì)元素再分配而富集在奧氏體結(jié)晶前沿的液體中,提高冶金和凝固過(guò)程產(chǎn)生的主要?jiǎng)恿W(xué)效應(yīng),取決于稀土復(fù)了奧氏體的形核率,使奧氏體基體細(xì)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(qiáng)的脫硫去氧、凈化鋼液的能力,而脫硫去氧后形成的復(fù)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(xì)化奧氏體晶粒;控制奧氏體、碳核數(shù)增加,晶粒細(xì)化?；锝Y(jié)晶;減少非金屬夾雜;改變夾雜形態(tài)。(2)分級(jí)復(fù)合變質(zhì),包括二個(gè)內(nèi)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(fù)合變質(zhì)劑分別晶界,增強(qiáng)抗“衰退”能力。于爐內(nèi)、爐外進(jìn)行處理,這樣既能細(xì)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(jié)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(wěn)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(xiàn)]化了鋼液,而且顯著增強(qiáng)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(yīng)用[門熱加工工藝(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(duì)同一種元素的[2】王仲玨顯著提高高錳鋼零件使用壽命的稀土變質(zhì)處理門機(jī)電工程技術(shù),2001,302):36-37吸附也是不同的,這樣就勢(shì)必影響各個(gè)晶面的長(zhǎng)大條件,[3]李隆盛鑄鋼及其熔煉[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1981從而影響最終的結(jié)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(duì)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(qiáng)了對(duì)新生碳化物作者簡(jiǎn)中國(guó)煤化工的連網(wǎng)生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)的動(dòng)態(tài)抑制或形成更多的薄弱連接部CNMH導(dǎo)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(jī)械工程師2006年第5期79