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5CrNiMo钢中大尺寸稀土夹杂物的形貌和形成动力学研究

牟红霞  
【摘要】:本文以添加稀土等微合金化元素的5CrNiMo钢为研究对象,通过金相显微镜、扫描电镜、电子探针等研究方法对不同稀土含量试样各种热处理条件下获得的组织及夹杂物进行了观察和微区成分检测,并对其常规力学性能进行了较为系统的检测和分析,探讨了稀土的细化、净化、微合金化及变质作用,并重点分析了大尺寸稀土夹杂物的可能的形成机理和动力学机制。研究表明: 在5CrNiMo钢中加入稀土,不可避免地形成了一定数量的大尺寸稀土夹杂物。而夹杂物超标现象,是制约稀土在钢中得到广泛应用的重要原因。传统文献研究认为:稀土加入钢中后,由于钢液温度高,能量起伏及结构起伏较大,且稀土的活性高等原因促进了杂质元素的聚集而形成大尺寸夹杂物。另外,大尺寸夹杂物的形成还可能与钢液中的氧、硫杂质含量有关。本研究通过电子探针微区成分测试和透射电镜观察证实:稀土夹杂物首先以高熔点氧化物和硫化物为核心分别独立形核,长成0.3~0.5μm的夹杂物,由于稀土夹杂物的高吸附性,最终它们相互吸引合并为1~5μm的大尺寸稀土夹杂物。所形成的稀土夹杂物尽管尺寸具有数量级的差别,但形态呈球状或者近球状及椭圆状,没有尖角,说明稀土元素起到了对夹杂物的变质作用。 另外,加入稀土后的5CrNiMo钢与未加稀土5CrNiMo钢相比,在850℃×20min淬火加520℃×3h回火及790℃×5h退火热处理状态下,显微组织显著细化,成分更为均匀;稀土含量为0.032%的试样的显微组织比稀土含量为0.008%的显微组织更为细化,说明在稀土加入量适当的条件下,随稀土含量的增加,其细化效果更为明显。这是稀土微合金化作用的主要体现。 在5CrNiMo钢中加入稀土,在保持钢的强度、硬度基本不变的前提下,稀土含量为0.008%和0.032%的试样的冲击功与不添加稀土元素的同炉次钢相比,分别提高了14J和19J,增幅达到了51%和68%。韧性的提高对以热疲劳失效为主的热作模具钢寿命提高是有利的;同时对承受大载荷工作的热作模具钢来说,可以在保持相同的冲


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