應(yīng)用氧化物冶金技術(shù)開發(fā)非調(diào)質(zhì)鋼的研究

朱立光 張彩軍 谷志敏

(河北聯(lián)合大學(xué))

應(yīng)用氧化物冶金技術(shù)開發(fā)非調(diào)質(zhì)鋼的研究

朱立光 張彩軍 谷志敏

(河北聯(lián)合大學(xué))

從氧化物冶金機(jī)理分析入手，結(jié)合合金元素對鋼組織的影響，對氧化物冶金型非調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行了實驗研究。結(jié)果表明:冶煉過程中添加合金元素(V、N)后，可形成細(xì)小、彌散分布的、高熔點(diǎn)的碳、氮化物小顆粒，并以此作為晶內(nèi)鐵素體的形核核心，析出了大量的以細(xì)小的夾雜物為核心的晶內(nèi)鐵素體，明顯細(xì)化了組織，提高了鋼的力學(xué)性能。

氧化物冶金 非調(diào)質(zhì)鋼 晶內(nèi)鐵素體 提高性能

0 前言

提高鋼的強(qiáng)韌性的傳統(tǒng)工藝，是將鋼制品進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。鋼的調(diào)質(zhì)處理既使鋼材生產(chǎn)工序復(fù)雜化又耗費(fèi)能源，影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。非調(diào)質(zhì)鋼省略了成材后的熱處理工藝，具有工藝簡單，節(jié)能、節(jié)材，產(chǎn)品性能高及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在能源危機(jī)日益嚴(yán)重的當(dāng)今社會，其應(yīng)用越來越廣泛，已廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)的鍛件、熱處理件，并在工程結(jié)構(gòu)、輸送管線等領(lǐng)域得到應(yīng)用［1］。近年來隨著精煉工藝、微合金化技術(shù)、控軋－控冷技術(shù)、氧化物冶金技術(shù)等技術(shù)的采用，非調(diào)質(zhì)鋼的應(yīng)用領(lǐng)域涉及到建筑、重型機(jī)械、高壓輸送管道、橋梁等。

德國、瑞典和日本等幾個國家率先在非調(diào)質(zhì)鋼研究與應(yīng)用方面取得了較好的成果。在德國大眾，年產(chǎn)250萬件的轎車連桿就是采用27MnSiVS6非調(diào)質(zhì)鋼制造的;瑞典Volvo公司每年用約25萬t非調(diào)質(zhì)鋼來制造汽車零件［2］;美國福特、意大利菲亞特及俄羅斯伏爾加汽車制造的曲軸、連桿等零件都是采用的非調(diào)質(zhì)鋼［3］。

日本掌握著非調(diào)質(zhì)鋼的研發(fā)與生產(chǎn)的高端技術(shù)。日本的新日鐵、神戶制鋼、大同特殊鋼、住友金屬等各大鋼鐵公司近年來在非調(diào)質(zhì)鋼的研究開發(fā)方面都取得了重大進(jìn)展，建立了自己的非調(diào)質(zhì)鋼體系。日本的軸類零件有55%已采用非調(diào)質(zhì)鋼制造，鍛造結(jié)構(gòu)件的75%已采用非調(diào)質(zhì)鋼來制造。

20世紀(jì)80年代我國開始進(jìn)入研發(fā)非調(diào)質(zhì)鋼的行列。非調(diào)質(zhì)鋼在汽車零件中的應(yīng)用更加廣泛［4］。寶鋼、鞍鋼、首鋼、攀鋼等鋼鐵公司先后研發(fā)出適用于不同條件、不同強(qiáng)度級別的多種非調(diào)質(zhì)鋼［5－7］，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車連桿和拖拉機(jī)的各種軸類、齒輪等的生產(chǎn)［8］。新冶鋼、東北特鋼、興澄特鋼等特鋼企業(yè)和研究院所、用戶合作研發(fā)了鐵素體－珠光體、貝氏體、低碳馬氏體型非調(diào)質(zhì)鋼，并成功地應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)曲軸、連桿、汽車前橋等零件的制造。石鋼在轉(zhuǎn)爐－連鑄工藝上研發(fā)了F40MnV非調(diào)質(zhì)鋼，熱鍛后用于生產(chǎn)汽車、拖拉機(jī)軸。

非調(diào)質(zhì)鋼由于具有簡單的生產(chǎn)工藝、低的能耗、高的成品率、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注［9］。而又因非調(diào)質(zhì)鋼存在強(qiáng)度有余而韌性不足的缺點(diǎn)［10］，限制了非調(diào)質(zhì)鋼的進(jìn)一步大范圍的應(yīng)用。如何提高非調(diào)質(zhì)鋼的韌性，獲得高強(qiáng)度與高韌性相匹配的非調(diào)質(zhì)鋼是國內(nèi)外冶金工作者研究的熱點(diǎn)課題。

氧化物冶金技術(shù)［11－14］是近年來煉鋼領(lǐng)域采用的一項特殊技術(shù)，其原理是通過采用合理的工藝來控制氧化物、硫化物、氮化物等微觀粒子的形成條件，使鋼中形成超細(xì)的(d=0.2 μm ～3.0 μm)、均勻分布的、成分可控的高熔點(diǎn)粒子，利用它們作為凝固時或固—固相變時的結(jié)晶核心，以改變鋼的組織和晶粒度，使鋼材具有良好的韌性、強(qiáng)度和優(yōu)良的可焊性。尤其是當(dāng)以微觀粒子為核心形成取向雜亂、相互交叉連接的鐵素體板條(晶內(nèi)鐵素體，又稱為針狀鐵素體)時，這種針狀鐵素體可實現(xiàn)高強(qiáng)度和高韌性的良好匹配［15］。

本研究是通過氧化物冶金機(jī)理的分析、合金成分設(shè)計、鋼的組織性能和夾雜物行為的檢測，結(jié)合其他強(qiáng)韌化機(jī)制，來開展氧化物冶金型非調(diào)質(zhì)鋼的研究。

1 非調(diào)質(zhì)鋼的成分設(shè)計

1.1 合金元素的作用

為了滿足鋼的力學(xué)性能需要在煉鋼過程中添加部分合金，合金元素的選擇受鋼的力學(xué)性能、加工工藝和經(jīng)濟(jì)性等因素控制。氧化物冶金型非調(diào)質(zhì)鋼中加入的元素及其作用包括［16］:

1)碳。碳對鋼的強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大，是鋼中最重要的元素，也是煉鋼過程中要脫除的元素，是最廉價的元素。碳在鋼中的作用有:①碳是強(qiáng)的間隙固溶元素，對鋼有著顯著的間隙固溶強(qiáng)化效果;②與鋼中的微合金元素(Ti、V等)結(jié)合形成碳化物，尤其是在奧氏體中形成細(xì)小、彌散分布的碳化物夾雜，對鋼起到細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化的作用，保證鋼的硬度和強(qiáng)度。但是，碳含量過高會降低鋼的沖擊韌性，其焊接性能也會受損。為改善鋼材的韌性，需要適當(dāng)降低碳含量。

2)錳。錳是弱的碳化物形成元素，除少數(shù)溶于滲碳體外，幾乎都溶于鐵素體和奧氏體中。適當(dāng)增加鋼中錳含量能使貝氏體轉(zhuǎn)變開始曲線右移，提高對鋼的固溶強(qiáng)化作用，使相變溫度降低，細(xì)化鋼組織，提高鋼強(qiáng)度和韌性。

3)釩。釩是強(qiáng)的碳化物形成元素，鋼中碳足夠時，形成碳化釩。僅在碳較少時，以原子狀態(tài)溶于固溶體。釩在奧氏體中的固溶度大，在常規(guī)的加熱溫度下釩易固溶于鋼中。在奧氏體中析出的VN能夠抑制再結(jié)晶奧氏體晶粒長大［17］。在鐵素體區(qū)析出的VN，可以增加晶內(nèi)鐵素體的形核核心［18］，兩方面共同促進(jìn)鐵素體晶粒細(xì)化。

4)氮。一般氮是鋼中的有害元素，鋼中存在的自由氮會給鋼材帶來時效性。但是氮是含釩微合金鋼中一個十分有益的元素，能與鋼中的V結(jié)合形成VN，消除了鋼材由于存在自由氮而帶來的時效性［19］。鋼中的氮含量提高，能顯著地促進(jìn)釩的析出，使低溫析出V(C、N)的數(shù)量增多、尺寸減小且使粒子粗化的趨勢減小，顯著提高釩的沉淀強(qiáng)化效果［20－21］。

5)硫。硫是鋼中的有害元素，產(chǎn)生熱脆，導(dǎo)致在鋼熱加工過程中產(chǎn)生裂紋，危害鋼的性能。近年來對鋼中硫的作用有了新的認(rèn)識，在特定條件下可以抑制其有害作用［22］。鋼中的硫與錳結(jié)合形成細(xì)小的MnS，在鋼材相變中可以誘導(dǎo)生成晶內(nèi)鐵素體［23］，且當(dāng)鋼中同時存在 VN、TiN 時，可有效地阻止奧氏體晶粒長大。在鋼冷卻過程中，如果VN、TiN在MnS上析出，可以作為鐵素體的形核中心，可以形核晶內(nèi)鐵素體，有效地細(xì)化了晶粒。在奧氏體晶粒內(nèi)部析出的先共析鐵素體大量、細(xì)小彌散的分布，有效分割了原奧氏體晶粒，細(xì)化了組織，明顯地改善了鋼的強(qiáng)度和韌性。

6)鈦、鈮。鈦、鈮是強(qiáng)碳、氮化物形成元素，能與鋼中的碳、氮在高溫下形成細(xì)小彌散分布的細(xì)小夾雜物，可以作為形核過程中的形核質(zhì)點(diǎn)［24－25］，增加了形核數(shù)量，具有促進(jìn)非均質(zhì)形核轉(zhuǎn)變，減小晶粒度，提高強(qiáng)韌性的作用。鈦、鈮的碳化物顆粒還是沉淀強(qiáng)化的主要原因［26］。

1.2 成分設(shè)計原則

根據(jù)氧化物冶金技術(shù)的思路，為了獲得晶內(nèi)鐵素體組織，首先要設(shè)計鋼的成分，確定合金的加入種類和加入量。一般有以下幾個原則:

1)適當(dāng)?shù)靥岣進(jìn)n含量，降低碳含量。非調(diào)質(zhì)鋼存在強(qiáng)度有余、韌性不足的缺點(diǎn)，鋼中的碳能顯著提高強(qiáng)度，降低韌性。但是降低鋼中的碳含量又會導(dǎo)致強(qiáng)度的降低，增加錳含量來彌補(bǔ)碳含量降低引起的強(qiáng)度降低。此外，錳還有細(xì)化奧氏體晶粒的作用，錳含量的增加，還有助于珠光體細(xì)化，從而提高鋼的韌性。

2)鋼中加入的合金元素的種類和數(shù)量。氧化物冶金的思路是:通過控制鋼中氧化物尺寸、分布和組成使之成為鋼凝固過程中鐵素體析出的核心。晶內(nèi)鐵素體的析出主要是與MnS上析出的碳氮化釩有關(guān)，為了獲得鋼中細(xì)小、彌散分布、尺寸合適、特定種類的氧化物，選擇加入的合金元素(脫氧元素)的種類和添加量就成為晶內(nèi)鐵素體能否大量、均勻析出的關(guān)鍵。

3)添加必需的合金元素。為了獲得均勻細(xì)小的晶內(nèi)鐵素體組織，不僅要選擇適當(dāng)脫氧元素與脫氧工藝，還要添加必需的合金元素。VN、TiN等與晶內(nèi)鐵素體析出直接有關(guān)，V、Ti等元素的碳化物、氮化物在奧氏體中的溶解度很小，在高溫下可以有效地阻止奧氏體晶粒長大。過高的硫含量會在鋼中形成非金屬夾雜，且會使MnS成帶狀分布;過低的硫含量，又會減少M(fèi)nS的數(shù)量，不利于晶內(nèi)鐵素體的析出。硫在氧化物冶金中的作用是給碳、氮化物的析出提供附著點(diǎn)，從而誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體的形核，不是為了改善切削性能。向鋼中加入適量的V、N、S、Mn、Ti、Si、Mo、Nb、B 等元素可以顯著細(xì)化晶粒。

4)添加合金元素的經(jīng)濟(jì)性。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，鋼中加入的合金元素應(yīng)該是價格便宜的、我國富有的。

2 實驗

2.1 實驗方案

根據(jù)非調(diào)制鋼合金成分設(shè)計原則以50Mn和45#鋼為原料，在實驗室通過添加不同合金元素、控制合金元素的不同含量，分析不同合金元素的添加對鋼中晶內(nèi)鐵素體析出的影響。實驗原料及合金料的主要的化學(xué)成分見表1、表2。

表1 實驗原材料化學(xué)成分 %

表2 實驗所加的鐵合金化學(xué)元素及其含量 wt%

2.2 試樣的冶煉及澆注

本實驗研制鋼的冶煉和澆注是在河北聯(lián)合大學(xué)冶金學(xué)院煉鋼實驗室進(jìn)行的。熔煉設(shè)備為三級真空中頻感應(yīng)電爐，坩堝為氧化鎂外套石墨坩堝，鑄模采用Ф35 mm×65 mm圓柱狀石墨坩堝。將稱量好的原料鋼和稱量好的用錫箔包好的合金料放進(jìn)外套石墨坩堝的氧化鎂坩堝中，將坩堝放進(jìn)真空電爐中，蓋好爐蓋，加負(fù)載加熱，啟動真空泵。待1600℃鋼和合金熔化后，在爐中靜置5 min均勻成分后將鋼水澆入已加熱烘烤的石墨鑄模中，鑄成Ф35 mm×65 mm的毛坯。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 V對50Mn非調(diào)質(zhì)鋼的影響

以50Mn為原料，將鋼中的V含量提高到原來V含量的2倍、3倍，試樣編號為V1、V2。澆注后的鋼以合適的冷卻制度冷卻，觀察其組織，對誘導(dǎo)形核晶內(nèi)鐵素體的夾雜物成分進(jìn)行分析。

3.1.1 V1 的組織形貌分析

試樣V1的組織形貌如圖1所示。

圖1 V1的組織形貌

由圖1可以看出，V1的組織中大量的鐵素體以夾雜物為核心形核，呈細(xì)小的針狀，十字交叉狀或者放射狀均勻分布在奧氏體晶界內(nèi)，晶界處的鐵素體也變細(xì)長。組織明顯細(xì)化。

對試樣V1中誘導(dǎo)晶內(nèi)針狀鐵素體析出的夾雜物的成分進(jìn)行能譜分析，分析結(jié)果如圖2、表3所示。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從動態(tài)循環(huán)維持、血電解質(zhì)以及酸堿平衡的維持等方面而言，糖尿病患者術(shù)中輸注500 mL的鈉鉀鎂鈣葡萄糖注射液與輸注等量的乳酸鈉林格注射液具有相同的有效性；從降低血酮方面，輸注500 mL的鈉鉀鎂鈣葡萄糖注射液減少了機(jī)體自身蛋白質(zhì)和脂肪的消耗，對糖尿病患者有利；但就血糖而言，糖尿病患者輸注少量的鈉鉀鎂鈣葡萄糖注射液后，血糖值升高明顯，加重了因麻醉手術(shù)因素導(dǎo)致的高血糖，使術(shù)中血糖調(diào)控難度加大。

由表3可知，試樣V1中誘導(dǎo)形核晶內(nèi)鐵素體的夾雜物主要成分是 O、Si、S、Mn、V、Al、Fe，夾雜物為 SiO2、Al2O3、Ti2O3、MnO、FeO、MnS、V2O5的復(fù)合夾雜。

表3 試樣V1夾雜物的成分(原子百分?jǐn)?shù)，%)

圖2 試樣V1夾雜物的形貌及能譜圖

在鋼冷卻的過程中高熔點(diǎn)的脫氧產(chǎn)物Al2O3、Ti2O3等首先析出，MnS會附著在脫氧產(chǎn)物的表面析出，然后V的碳、氮化物附著在MnS上析出，VN、V4C3是鐵素體的相變形核區(qū)，晶內(nèi)鐵素體在VN和V4C3上析出。V1提高了鋼中的V含量，形成了V的C、N 化物(VN、V4C3)。VN、V4C3是鐵素體的相變形核區(qū)。晶內(nèi)鐵素體在VN和V4C3上析出。

3.1.2 V2 的組織形貌分析

試樣V2的組織形貌如圖3所示。

圖3 V2的組織形貌

由圖3可以看出，V2的組織中鐵素體以細(xì)小的夾雜物為核心形核呈細(xì)小放射的針狀，彌散分布在奧氏體晶內(nèi)。V2的組織與V1相比，V2的鐵素體更加細(xì)小。

對試樣V2中形核晶內(nèi)針狀鐵素體的夾雜物成分進(jìn)行了能譜分析，分析結(jié)果如圖4、表4所示。

圖4 試樣V2夾雜物的形貌及能譜圖

表4 試樣V2夾雜物的成分(原子百分?jǐn)?shù)%)

由表4可知試樣V2中誘導(dǎo)形核晶內(nèi)鐵素體的夾雜物主要成分是 C、O、Si、S、Mn、V、Al、Fe，是SiO2、Al2O3、MnO、FeO、MnS、V4C3的復(fù)合夾雜。

以45#鋼為原料，將鋼中的V含量提高到原來含量的1～1.5倍，同時提高N含量。試樣編號為VN1、VN2、VN3，以合適的冷卻制度冷卻，觀察其組織變化，熱軋后檢測其力學(xué)性能。

3.2.1 VN1 的組織形貌分析

將實驗室得到的鑄態(tài)試樣切割成10 mm×10 mm×10 mm的金相試樣，經(jīng)磨平、拋光、腐蝕，在金相顯微鏡下觀察其組織形貌。試樣VN1的組織形貌如圖5所示。

圖5 試樣VN1的組織形貌

試樣VN1的鑄態(tài)組織中奧氏體晶界細(xì)小，以夾雜物為核心的鐵素體均勻地分布在奧氏體晶界內(nèi)，奧氏體晶界上的鐵素體細(xì)小呈條狀。

對試樣VN1中誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體析出的夾雜物成分進(jìn)行了能譜分析，分析結(jié)果如圖6、表5所示。

圖6 試樣VN1的夾雜物形貌及能譜分析

表5 試樣VN1的夾雜物分析(原子百分?jǐn)?shù)，%)

由表5可知，試樣VN1中誘導(dǎo)形核晶內(nèi)鐵素體的夾雜物主要化學(xué)成分是:O、N、Al、Si、S、Ti、Mn、V。夾雜物為 Al2O3、Ti2O3、MnO、FeO、MnS、VN 的復(fù)合夾雜。在試樣VN1的脫氧過程中，A12O3、Ti2O3等強(qiáng)脫氧元素的脫氧產(chǎn)物首先在鋼中彌散形成，然后MnO、FeO等弱脫氧元素的氧化物在強(qiáng)脫氧元素氧化物上析出，形成復(fù)合氧化物，MnS、FeS在 MnO、FeO 上析出，形成 A12O3、Ti2O3、MnO、FeO、MnS、FeS復(fù)合夾雜，VN、V4C3等在復(fù)合氧化物上析出。復(fù)合氧化物上析出的VN、V4C3成了晶內(nèi)鐵素體的相變形核區(qū)。晶內(nèi)鐵素體在VN和V4C3上析出。3.2.2 VN2 的組織形貌分析

試樣VN2的組織形貌如圖7所示。

圖7 試樣VN2的組織形貌

試樣VN2的鑄態(tài)組織中奧氏體晶界細(xì)小，以夾雜物為核心形核的鐵素體均勻分布在奧氏體晶界內(nèi)，奧氏體晶界上的鐵素體細(xì)小呈條狀。

對試樣VN2中誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體析出的夾雜物成分進(jìn)行了能譜分析，分析結(jié)果如圖8和表6所示。

試樣VN2中誘導(dǎo)析出晶內(nèi)鐵素體的夾雜物主要化學(xué)成分是:O、C、Ti、Al、Si、Mn、S、N、V。夾雜物為Al2O3、Ti2O3、MnO、FeO、MnS、VN、V4C3的復(fù)合夾雜。

試樣VN2加入了V、N。在脫氧過程中，A12O3、Ti2O3等強(qiáng)脫氧元素的脫氧產(chǎn)物首先在鋼中彌散形成，然后MnO、FeO等弱脫氧元素的脫氧產(chǎn)物在強(qiáng)脫氧元素的脫氧產(chǎn)物上析出，形成復(fù)合氧化物，MnS、FeS 在 MnO、FeO 上析出，形成 A12O3、Ti2O3、MnO、FeO、MnS、FeS 復(fù)合夾雜，VN、V4C3等在復(fù)合氧化物上析出。復(fù)合氧化物上析出的VN、V4C3成了晶內(nèi)鐵素體的相變形核區(qū)。晶內(nèi)鐵素體在VN和V4C3上析出。

表6 試樣VN2的夾雜物分析(原子百分?jǐn)?shù)，%)

圖8 試樣VN2的夾雜物形貌及能譜分析

3.2.3 VN3 的組織形貌分析

對試樣VN3的組織形貌進(jìn)行了觀察，觀察結(jié)果如圖9所示。

圖9 試樣VN3的組織形貌

由圖9可知，試樣VN3的鑄態(tài)組織中奧氏體晶界細(xì)小，以夾雜物為核心的鐵素體均勻分布在奧氏體晶界內(nèi)，奧氏體晶界上的鐵素體細(xì)小。

對試樣VN3中誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體析出的夾雜物的成分進(jìn)行能譜分析，其結(jié)果如圖10和表7所示。

表7 試樣VN3的夾雜物分析(原子百分?jǐn)?shù)，%)

圖10 試樣VN3的夾雜物形貌及能譜分析

由表7可知，試樣VN3中誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體析出的夾雜物主要化學(xué)成分是:O、N、C、Mn、S、V、Ti。夾雜物為 Ti2O3、MnO、FeO、MnS、VN、V4C3復(fù)合夾雜。

試樣VN3加入了V、N，在脫氧過程中，Al2O3、Ti2O3等強(qiáng)脫氧元素脫氧產(chǎn)物首先在鋼中彌散形成，然后MnO、FeO等弱脫氧元素的脫氧產(chǎn)物在強(qiáng)脫氧元素的脫氧產(chǎn)物上析出，形成復(fù)合氧化物，MnS、FeS在 MnO、FeO 上析出，形成 Ti2O3、MnO、FeO、MnS、FeS復(fù)合夾雜，VN、V4C3等在復(fù)合氧化物上析出。復(fù)合氧化物上析出的VN、V4C3成了晶內(nèi)鐵素體的相變形核區(qū)。晶內(nèi)鐵素體在VN和V4C3上析出。

3.2.4 熱軋后力學(xué)性能測試

鑄態(tài)試樣經(jīng)熱軋軋制成3 mm厚的板材。軋后的試樣，切割成10 mm×200 mm的拉伸試樣，在拉伸試驗機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗。實驗結(jié)果見表8。GB/T699標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定45#鋼的抗拉強(qiáng)度下限為600 MPa，屈服強(qiáng)度下限為355 MPa，伸長率下限為16%，斷面收縮率下限為40%。

由表8可知，試樣VN1、VN2、VN3的力學(xué)性能良好?？估瓘?qiáng)度最好的是試樣VN2，為835 MPa;屈服強(qiáng)度最好的是試樣VN2，為695 MPa;斷后伸長率最好的是試樣VN3，為13%;斷面收縮率最好的是試樣VN3，為41%。

表8 實驗鋼的力學(xué)性能

4 結(jié)論

根據(jù)非調(diào)制鋼合金成分設(shè)計原則，實驗室分別以50Mn和45#鋼為原料，通過添加不同合金元素、控制合金元素的不同含量，來對氧化物冶金型非調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行研究，得到鑄態(tài)試樣 V1、V2、VN1、VN2、VN3。通過對上述鑄態(tài)試樣組織形貌觀察及夾雜物成分分析，以及軋后對其熱軋態(tài)力學(xué)性能的檢測分析，得到以下結(jié)論:

1)提高鋼中V、N含量能有效地誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體析出。

2)經(jīng)過實驗室實驗，以50Mn鋼為原料加入V后，試樣V1、V2的鑄態(tài)組織中形成了以細(xì)小夾雜物為核心形核析出的晶內(nèi)針狀鐵素體。

3)以 45#鋼為原料加入 V、N后，試樣 VN1、VN2、VN3的鑄態(tài)組織中形成了以夾雜物為核心形核析出的晶內(nèi)鐵素體。

4)誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體析出的夾雜物都是Al2O3、Ti2O3、MnO、FeO、MnS、VN、V4C3的復(fù)合夾雜物。

5)經(jīng)過力學(xué)性能檢測，熱軋后實驗鋼的性能得到了顯著提高。試樣VN1、VN2、VN3的熱軋態(tài)力學(xué)性能都非常高，尤其是試樣VN2，抗拉強(qiáng)度高達(dá)835 MPa，屈服強(qiáng)度高達(dá)695 MPa。

6)明確了晶內(nèi)鐵素體形成機(jī)理。熔煉過程中強(qiáng)脫氧元素的脫氧產(chǎn)物(A12O3、Ti2O3等)首先在鋼中彌散形成，然后MnO、FeO等弱脫氧元素的脫氧產(chǎn)物在A12O3、Ti2O3等上析出，形成復(fù)合脫氧產(chǎn)物。MnS、FeS在復(fù)合脫氧產(chǎn)物上析出，形成 A12O3、Ti2O3、MnO、FeO、MnS、FeS 的復(fù)合夾雜，VN、V4C3等在復(fù)合氧化物上析出。復(fù)合氧化物上析出的VN、V4C3成了晶內(nèi)鐵素體的相變形核區(qū)。晶內(nèi)鐵素體在VN和V4C3上析出。

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RESEARCH ON NON－QUENCHED AND TEMPERED STEEL PRODUCED BY OXIDE METALLURGY TECHNOLOGY

Zhu Liguang Zhang Caijun Gu Zhimin

(Hebei United University)

From the mechanism of oxide metallurgy and the impact of alloy elements on steel microstructure，the nonquenched and tempered steel produced by oxides metallurgy technology are studied.Experiment results show that fine，dispersed carbon and carbon nitride with high melting points can be formed after adding alloy elements(V，N)during smelting process.A great deal of intragranular ferrite are precipitated based on fine inclusions，which obviously refine microstructure and improve mechanical property of steel.

oxide metallurgy non－quenched and tempered steel intragranular ferrite improving property

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*國家自然科學(xué)基金項目(51074063)

聯(lián)系人:朱立光，副校長，教授，博士生導(dǎo)師，全國冶金物理化學(xué)委員會委員、中國金屬學(xué)會煉鋼委員會委員，河北.唐山(063009)，河北聯(lián)合大學(xué);

2011—12—6