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《山东大学》 2010年
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微量元素对铸钢组织及性能的影响

程敬华  
【摘要】: 铸钢是应用最广泛的结构材料之一。铸钢的熔点高、结晶温度范围较宽,流动性较差,铸态晶粒粗大,而且由于铸钢通常是铸造成形,多数组织细化技术都不适应。微量元素在钢中起着很重要的作用,主要表现在钢的轧制过程中,微合金钢近年来发展迅速,被广泛地用于各个工业部门。研究表明,Ti、V、Nb等微合金元素、稀土变质等对细化钢锭组织有良好作用,但在铸钢中的研究及应用较少,作用机理尚不太清楚。 氧化物冶金是利用钢中细小非金属夹杂物诱导晶内铁素体形核细化晶粒的一项新技术。在已研究的各种Ti、Al、Zr等氧化物中,Ti氧化物被认为可诱导晶内铁素体形核,从而产生细化组织,提高钢材强韧性的效果。目前,氧化物冶金技术主要应用在提高低碳钢板焊接热影响区的韧性以及非调质钢的韧性方面,在普通碳钢中的研究很少,而且对影响晶内铁素体形成的工艺方面缺乏研究。 本论文通过采用Si、Mn预脱氧,Ti、Al复合终脱氧的脱氧制度,控制钢中夹杂物的形态,组成,尺寸和类型,得到了适合作为晶内铁素体形核核心的夹杂物类型。通过采用不同的热处理工艺,探讨了不同Ti、Al含量对铸钢显微组织的影响,并研究了非金属夹杂物对晶内针状铁素体形成的影响。 研究结果表明,加入Ti、Al后,钢中的夹杂物类型有很大改变,生成了Ti的氧化物和氮化物、Al的氧化物、Ti、Al的复合氧化物和硫化物,这些夹杂物的尺寸比较细小,大都在3μm以下。除呈四边形的TiN外,形状大多呈球状。本实验体系中,产生这些夹杂物的最佳Ti、Al含量为:Ti为0.05%-0.07%,Al为0.01%左右。 Ti、Al的加入可以明显改善铸钢的铸态组织,有利于晶内块状铁素体的形成,细化了晶粒。奥氏体化温度,保温时间和冷却速度对晶内针状铁素体的形成起着决定性的作用。900℃奥氏体化,保温60min,正火是本实验体系中晶内针状铁素体形成的最佳热处理工艺,在这种热处理工艺下,可以生成大量的晶内针状铁素体。Ti、Al含量对晶内针状铁素体有很大的影响。不含Ti、Al的原始组织,无论是铸态下还是经过热处理,都不会生成晶内针状铁素体。本实验体系中,随着Ti、Al含量的增加,晶内针状铁素体减少,Ti为0.05%-0.07%,Al为0.01%左右时,晶内铁素体所占的比例最大。 扫描电镜和能谱分析的结果表明,Ti、Al、O、S、Mn的复合夹杂和Ti2O3夹杂具有很好的促进晶内针状铁素体形核的能力。本实验体系中,作为晶内针状铁素体形核核心的夹杂物尺寸都在3μm以下。 力学性能检测结果表明,Ti、Al含量的多少对铸钢的力学性能有很大影响,随着Ti、Al含量的增加,铸态组织的布氏硬度有增加的趋势,强度和塑性呈下降趋势。晶内针状铁素体可以显著提高铸钢的伸长率和断面收缩率,使其塑性增强。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG142.13

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