高碳稀土钢的微观组织.pdf

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1、第29卷第1期稀土Vol129,No112008年2月ChineseRareEarthsFebruary2008①高碳稀土钢的微观组织1112221刘承军,方磊,黄桂斌,王云盛,陈建军,李春龙,姜茂发(11东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004;21包头钢铁(集团)有限责任公司技术中心,内蒙古包头014010)摘要:通过真空感应炉模拟实验,结合金相分析,研究稀土对于高碳重轨钢奥氏体晶粒尺寸和珠光体片层间距等的影响作用。研究表明,随着稀土含量的增加,高碳稀土钢的奥氏体晶粒尺寸显著减小,珠光体片层间距先逐渐减小而后开始增大。在本实验条件下,当稀土含量大

2、于010050%时,奥氏体晶粒可控制在10μm左右,当稀土含量为010061%时,高碳稀土钢的珠光体片层间距达到最小值,分别为0119μm(正火)和0126μm(退火)。关键词:稀土;高碳钢;重轨钢;奥氏体;珠光体+中图分类号:TG142113文献标识码:A文章编号:100420277(2008)0120072204依托白云鄂博稀土铌铁矿资源,我国自行研制珠光体的片层间距。金相试样:根据需要采用不同开发出具有良好力学性能和使用性能的BNbRE重的热处理工艺。[1～4]轨钢。目前,关于稀土在钢中的作用机理,国内113研究方案外的研究工作多集中于低碳钢,而对

3、于稀土在高碳高碳稀土钢的成分设计如表1所示,其他成分[5～7]钢中的作用行为,研究成果则相对较少。为了和夹杂物控制水平均满足钢种要求。进一步改善稀土重轨钢的综合性能,本文系统研究了稀土对于高碳重轨钢微观组织的影响,从而为高表1高碳稀土钢成分设计/%(质量分数)碳稀土钢成分优化提供理论依据。Table1Chemicalcompositionofhigh-carbonREsteel(mass,%)1研究方法钢板编号CSiMnNbRE111试样制备101638013071124201026010008本课题以包头钢铁集团有限责任公司生产的20169401317

4、1125001022010050U74钢作为熔炼母料,在此基础上适当配加硅铁、锰301695013071124101024010061铁、铌铁、电极石墨、工业纯铁和稀土等,利用100kg401649012961123601018010081真空感应炉冶炼高碳稀土钢,然后采用750kg空气501649013101124101019010140锤锻造成75mm×75mm钢锭,最后采用小型轧机轧601688013031123901016010230制成24mm×180mm锻件。锻造和轧制之后均采用空冷。2结果与讨论112检测分析方法采用金相显微镜、扫描电镜、透

5、射电镜等,观察211稀土对高碳钢奥氏体晶粒尺寸的影响钢的微观组织。采用金相显微镜测定奥氏体的晶粒将高碳稀土钢试样置于高温炉内,随炉升温至度,取3条直线上30个晶粒的平均尺寸为奥氏体的860℃,保温40min后水冷,利用金相显微镜和扫描晶粒度。采用扫描电镜测定珠光体的片层间距,取电镜观察其微观组织,并测定其在淬火条件下的奥5个视野内15个区域里150组片层间距的平均值为氏体晶粒尺寸,如图1、图2所示。①收稿日期:2007211222作者简介:刘承军(19742),男,河南新乡人,博士,副教授,主要研究方向为稀土在洁净钢中的应用。第1期刘承军等:高碳稀土钢的

6、微观组织37(a)淬火组织;(b)轧态组织;(c)退火组织;(d)正火组织#图13高碳稀土钢的金相显微镜照片#Fig11Metallographsof3high-carbonREsteel图2是奥氏体晶粒尺寸与稀土含量的关系。由图在本实验条件下,稀土元素和铁元素的原子半2可知,随稀土含量的增加,高碳钢的奥氏体晶粒尺寸径相差40%(镧原子的金属共价半径为011877nm,显著减小,但当稀土含量大于010050%时,奥氏体晶粒铁原子的金属共价半径为011210nm),溶解在晶内可控制在10μm左右。继续增加稀土含量,奥氏体晶粒造成的畸变能远大于偏聚在晶界处引

7、起的畸变能,无明显变化。这表明,在本实验条件下,微量的稀土即因此稀土主要通过空位扩散机制,偏聚于奥氏体晶可实现对高碳钢奥氏体晶粒的细化作用。粒的界面处。由于稀土在晶界的偏聚,降低了晶界能,减小了晶粒长大的驱动力,阻碍了奥氏体晶粒的长大,从而可以细化奥氏体晶粒。理论研究表明,钢的奥氏体晶粒尺寸还和凝固过程中的形核率有关。稀土加入钢中,优先与钢中的氧、硫等杂质元素发生反应,生成稀土氧化物、稀土硫化物以及稀土氧硫化物等非金属夹杂物。计算可知,初生γ相的最密排面(111)在Ce2O3、La2O3和Ce2O2S的(0001)面上形核的点阵错配度分别为618%,81

8、0%和815%,相对较小(6%～12%之图2奥氏体晶粒尺寸与稀土含量的关系间)。