42CrMoV紧固件用钢显微组织及夹杂物的分析

工程科学学报，第38卷，增刊1：134-138,2016年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,Suppl.1:134-138,June 2016 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2016.s1.023:http://journals.ustb.edu.cn 42 CrMoV紧固件用钢显微组织及夹杂物的分析 王刘涛”，王海川四，徐飞”，李殿凯》，范鼎东，张庆安》，汪开忠， 孙维) 1)马钢集团埃斯科特钢有限公司，马鞍山2430012)安徽工业大学治金工程学院，马鞍山243002 3)安徽工业大学材料科学与工程学院，马鞍山2430024)马鞍山钢铁股份有限公司特钢公司，马鞍山243001 ☒通信作者，E-mail:which@ahut.cu.cn 摘要采用扫描电镜、扫描透射电子显微镜暗场成像、ASPEX软件等研究分析42CMoV紧固件显微组织及夹杂物 42CMoV紧固件基体组织为回火索氏体，基体组织仍保留着原来马氏体的形态，碳化物成排地在晶内和板条边界析出，并且 晶品界明显多于晶内析出：显微硬度HV0.2为330，奥氏体晶粒度（等级）为9级；夹杂物主要类型为MnS夹杂以及与MS和 CAS有关的复合夹杂物，主要夹杂物尺寸小于5μm,A、B、C、D和Ds夹杂物的等级基本都小于等于0.5级. 关键词高强度紧固件：显微组织：晶粒度：夹杂物 分类号TF141 Analysis research on microstructure and inclusions of 42CrMoV bolt WANG Liu-tao,WANG Hai-chuan,XU Fei,LI Dian-kai,FAN Ding-dong,ZHANG Qing-an,WANG Kai-zhong,SUN Wei 1)Scott Special Steel Company,Masteel Co.Ltd.,Ma'anshan 243001,China 2)School of Metallurgical Engineering,Anhui University of Technology,Ma'anshan 243002,China 3)School of Material Science and Engineering,Anhui University of Technology,Ma'anshan 243002,China 4)Special Steel Company,Masteel Co.Ld.,Ma'anshan 243001,China Corresponding author,E-mail:which@ahut.edu.cn ABSTRACT The microscopic structures and inclusion in 42CrMoV bolt were investigated by SEM,STEM and software ASPEX.The results show that the matrix structure of 42CrMoV bolt is tempered sorbite,but still retains the original morphology of martensite.Car- bides precipitate and arrange orderly in intracrystalline and lath boundaries,and the amount of precipitated carbides in grain bounda- ries are more than that in intracrystalline.Besides,the micro-hardness HVO.2 is 330 and the grain size (level)of austenitic is 9.The MnS and aluminate are the main inclusion types in 42CrMoV bolt,and the size of inclusions are mostly less than 5 um,the level of A, B,C,D and Ds inclusion was basically less than or equal to Level 0.5. KEY WORDS high strength bolt:microscopic structure:grain size:inclusion 紧固件是重要的机械基础件之一，其水平直接决 性能和夹杂物等情况，本文分析研究的一种添加V合 定着重大装备和主机产品的性能、质量和可靠性，是战 金的42 CrMoV紧固件用钢采用LF、RH等炉外精炼技 略性新兴产业发展的重要组成部分.42CMo钢是一 术，细化了晶粒，改善了钢中的显微组织，有效地控制 种重要的高强度紧固件用钢，张继明等0研究发现 了夹杂物的数量和尺寸. 42CMo钢中夹杂物水平严重影响钢的疲劳性能.另 有一些学者2研究表明微观组织对钢的耐磨性能和 142 CrMoV紧固件用钢冶炼工艺 机械性能有重要影响，夹杂物的类型、尺寸和形态对钢 高强度紧固件对钢材的质量要求很高，因而普遍 的性能也产生重要影响.为了获得紧固件用钢的组织 采用炉外精炼和电磁搅拌连铸工艺.其优点是：钢中 收稿日期：201601一12

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1: 134--138，2016 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，Suppl． 1: 134--138，June 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． s1． 023; http: / /journals． ustb． edu． cn 42CrMoV 紧固件用钢显微组织及夹杂物的分析 王刘涛1) ，王海川2) ，徐 飞2) ，李殿凯3) ，范鼎东2) ，张庆安3) ，汪开忠4) ， 孙 维1) 1) 马钢集团埃斯科特钢有限公司，马鞍山 243001 2) 安徽工业大学冶金工程学院，马鞍山 243002 3) 安徽工业大学材料科学与工程学院，马鞍山 243002 4) 马鞍山钢铁股份有限公司特钢公司，马鞍山 243001  通信作者，E-mail: which@ ahut． edu． cn 摘 要 采用扫描电镜、扫描透射电子显微镜暗场成像、ASPEX 软件等研究分析 42CrMoV 紧固件显微组织及夹杂物． 42CrMoV 紧固件基体组织为回火索氏体，基体组织仍保留着原来马氏体的形态，碳化物成排地在晶内和板条边界析出，并且 晶界明显多于晶内析出; 显微硬度 HV0. 2 为 330，奥氏体晶粒度( 等级) 为 9 级; 夹杂物主要类型为 MnS 夹杂以及与 MnS 和 CAS 有关的复合夹杂物，主要夹杂物尺寸小于 5 μm，A、B、C、D 和 Ds 夹杂物的等级基本都小于等于 0. 5 级． 关键词 高强度紧固件; 显微组织; 晶粒度; 夹杂物 分类号 TF141 Analysis research on microstructure and inclusions of 42CrMoV bolt WANG Liu-tao1) ，WANG Hai-chuan2) ，XU Fei2) ，LI Dian-kai3) ，FAN Ding-dong2) ，ZHANG Qing-an3) ，WANG Kai-zhong4) ，SUN Wei1) 1) Scott Special Steel Company，Masteel Co． Ltd． ，Ma’anshan 243001，China 2) School of Metallurgical Engineering，Anhui University of Technology，Ma’anshan 243002，China 3) School of Material Science and Engineering，Anhui University of Technology，Ma’anshan 243002，China 4) Special Steel Company，Masteel Co． Ltd． ，Ma’anshan 243001，China  Corresponding author，E-mail: which@ ahut． edu． cn ABSTＲACT The microscopic structures and inclusion in 42CrMoV bolt were investigated by SEM，STEM and software ASPEX． The results show that the matrix structure of 42CrMoV bolt is tempered sorbite，but still retains the original morphology of martensite． Car￾bides precipitate and arrange orderly in intracrystalline and lath boundaries，and the amount of precipitated carbides in grain bounda￾ries are more than that in intracrystalline． Besides，the micro-hardness HV0． 2 is 330 and the grain size ( level) of austenitic is 9． The MnS and aluminate are the main inclusion types in 42CrMoV bolt，and the size of inclusions are mostly less than 5μm，the level of A， B，C，D and Ds inclusion was basically less than or equal to Level 0. 5． KEY WOＲDS high strength bolt; microscopic structure; grain size; inclusion 收稿日期: 2016--01--12 紧固件是重要的机械基础件之一，其水平直接决 定着重大装备和主机产品的性能、质量和可靠性，是战 略性新兴产业发展的重要组成部分． 42CrMo 钢是一 种重要的高强度紧固件用钢，张继明等［1］ 研究发现 42CrMo 钢中夹杂物水平严重影响钢的疲劳性能． 另 有一些学者［2--6］研究表明微观组织对钢的耐磨性能和 机械性能有重要影响，夹杂物的类型、尺寸和形态对钢 的性能也产生重要影响． 为了获得紧固件用钢的组织 性能和夹杂物等情况，本文分析研究的一种添加 V 合 金的 42CrMoV 紧固件用钢采用 LF、ＲH 等炉外精炼技 术，细化了晶粒，改善了钢中的显微组织，有效地控制 了夹杂物的数量和尺寸． 1 42CrMoV 紧固件用钢冶炼工艺 高强度紧固件对钢材的质量要求很高，因而普遍 采用炉外精炼和电磁搅拌连铸工艺． 其优点是: 钢中

王刘涛等：42CMoV紧固件用钢显微组织及夹杂物的分析 ·135 的C、Si、Mn、Cr、Mo等主要元素可控制在较通常更窄 的范围内，钢材均匀性好，产品性能波动范围减小：能 减少P、S、0、N等杂质含量并对其进行控制，从而减少 钢中非金属夹杂物的数量，使其微细分散化，以提高钢 的冷镦性和改善表面质量.高强42CMoV紧固件用钢 要求具有良好的冷镦性能、高的抗拉强度、足够低的延 迟断裂敏感性、较高的疲劳抗力和多次冲击拉伸抗力， 因此，工艺流程的选择对治炼高强42CMoV紧固件用 钢至关重要.高强42CMoV紧固件钢治炼工艺流程如 图1所示 电弧炉治炼 LF炉精炼 RH脱气 圆还连铸 图3保留原有马氏体的位向 图1 42 CrMoV紧固件用钢生产基本流程 Fig.3 Original position of martensite Fig.1 Basic flow of 42CrMoV bolt steel 2 钢样显微组织和晶粒度 经过调质处理的42CMoV紧固件用钢扫描电镜 组织形貌如图2~5所示，其基体组织为回火索氏体， 基体组织仍保留着原来马氏体的形态，碳化物成排的 在晶内和板条边界析出，并且晶界明显多于晶内析出. 为了确定碳化物的类型，采用萃取复型的方式对其进 行分析，析出物的形貌分布与扫描电镜观察一致成排 析出.图6为析出物的电子衍射斑点，其应当为渗 碳体. 图4成排析出的碳化物 Fig.4 Precipitation of carbide in row ☒egw02u4 图2回火素氏体组织 Fig.2 Microstructure of tempered sorbite 采用扫描透射电子显微镜(scanning transmission 图5碳化物形貌 electron microscopy,STEM)暗场成像，对其析出物进行 Fig.5 Carbide morphology 成分分析，结果如图7所示，为合金渗碳体，与电子衍 射结果一致.42CMoV紧固件用钢化学成分如表1 3钢中夹杂物分析 所示. 取42 CrMoV紧固件用钢表面、1/4处和心部测得 在钢的治炼过程中钢液中存在大量氧、氮、硫等杂 其显微硬度HV0.2分别为340、338和310，平均硬度 质元素，为了防止杂质元素有害作用，往往在治炼过程 HV0.2为330，脱碳层深度0mm,奥氏体晶粒度为9 中需经脱氧和脱硫处理，从而生成大量的脱氧和脱硫 级，如表2所示 产物，此脱氧和脱硫产物在钢液凝固前大部分已上浮

王刘涛等: 42CrMoV 紧固件用钢显微组织及夹杂物的分析 的 C、Si、Mn、Cr、Mo 等主要元素可控制在较通常更窄 的范围内，钢材均匀性好，产品性能波动范围减小; 能 减少 P、S、O、N 等杂质含量并对其进行控制，从而减少 钢中非金属夹杂物的数量，使其微细分散化，以提高钢 的冷镦性和改善表面质量． 高强 42CrMoV 紧固件用钢 要求具有良好的冷镦性能、高的抗拉强度、足够低的延 迟断裂敏感性、较高的疲劳抗力和多次冲击拉伸抗力， 因此，工艺流程的选择对冶炼高强 42CrMoV 紧固件用 钢至关重要． 高强 42CrMoV 紧固件钢冶炼工艺流程如 图 1 所示． 图 1 42CrMoV 紧固件用钢生产基本流程 Fig． 1 Basic flow of 42CrMoV bolt steel 2 钢样显微组织和晶粒度 经过调质处理的 42CrMoV 紧固件用钢扫描电镜 组织形貌如图 2 ～ 5 所示，其基体组织为回火索氏体， 基体组织仍保留着原来马氏体的形态，碳化物成排的 在晶内和板条边界析出，并且晶界明显多于晶内析出． 为了确定碳化物的类型，采用萃取复型的方式对其进 行分析，析出物的形貌分布与扫描电镜观察一致成排 析出． 图 6 为析出物的电子衍射斑点，其 应 当 为 渗 碳体． 图 2 回火索氏体组织 Fig． 2 Microstructure of tempered sorbite 采用扫描透射电子显微镜( scanning transmission electron microscopy，STEM) 暗场成像，对其析出物进行 成分分析，结果如图 7 所示，为合金渗碳体，与电子衍 射结果一 致． 42CrMoV 紧固件用钢化学成分如表 1 所示． 取 42CrMoV 紧固件用钢表面、1 /4 处和心部测得 其显微硬度 HV0. 2 分别为 340、338 和 310，平均硬度 HV0. 2 为 330，脱碳层深度 0 mm，奥氏体晶粒度为 9 级，如表 2 所示． 图 3 保留原有马氏体的位向 Fig． 3 Original position of martensite 图 4 成排析出的碳化物 Fig． 4 Precipitation of carbide in row 图 5 碳化物形貌 Fig． 5 Carbide morphology 3 钢中夹杂物分析 在钢的冶炼过程中钢液中存在大量氧、氮、硫等杂 质元素，为了防止杂质元素有害作用，往往在冶炼过程 中需经脱氧和脱硫处理，从而生成大量的脱氧和脱硫 产物，此脱氧和脱硫产物在钢液凝固前大部分已上浮， · 531 ·

·136· 工程科学学报，第38卷，增刊1 210H4 图6碳化物的电子衍射 Fig.6 Electron diffraction of carbide 图7扫描透射电子显微镜暗场成像 Fig.7 STEM image in dark field 表142CMoV紧固件钢化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of 42CrMoV bolt steel Si Mn P Cr Mo Ni 0.43 0.25 0.86 0.009 0.010 0.92 0.22 0.04 Cu V B Al Als 0 N 0.09 <0.005 <0.0005 0.029 0.024 3.53×10-5 6.03×10-5 表242CMoV紧固件钢显微硬度和品粒度 Table 2 HV0.2 and grain sizes of 42CrMoV bolt 试样 显微硬度，HV0.2 平均硬度，HV0.2 脱碳层深度/mm 奥氏体品粒度 42CrMoV 310、324、338、340 330 0 9级 部分残留在钢中形成夹杂物.非金属夹杂物的性质、 0.5,处于较低水平，极大改善钢材的性能 形态、分布、尺寸及含量不同，对钢性能的影响也不 表342CMoV紧固件夹杂物尺寸分布 同.采取炉外精炼技术，通过控制治炼过程中的反应 Table 3 Inclusion size distribution of 42CrMoV bolt 条件，能极大减少钢中夹杂，降低夹杂物的数量和尺 夹杂物尺寸/μm 夹杂物个数 各尺寸比例/% 寸·高强度紧固件对夹杂物的尺寸和类型要求比较 12 1803 34.36 高，治炼过程要求控制大型夹杂物和脆性夹杂物越 2-5 2424 46.19 少越好 5-10 810 15.43 3.1夹杂物尺寸分布与评级 10~15 161 3.07 利用ASPEX软件分析钢中夹杂物大小，统计结果 15~20 42 0.80 如表3所示.高强度42 CrMoV紧固件钢试样中共有 20-30 5248个夹杂物，按照尺寸大小分布进行统计分析，夹 8 0.15 杂物平均直径4.29um,最大夹杂物MnS的直径D 表442 CrMoV紧固件夹杂物评级 =28.3μm,所有类型夹杂物中的最大夹杂物直径平均 Table 4 Inclusion grading of 42CrMoV bolt 值为10.91m.夹杂物尺寸一般小于5um,集中在 A类 B类 C类 D类 Ds 2.00~5.00μm之间，小于5um的夹杂物占80.55%. 细系粗系细系粗系细系粗系细系粗系 尺寸较小的夹杂物可作为凝固过程的形核中心，降低 1.000.50000.500 基体组织晶粒度，从而改善了钢材性能，增强了疲劳抗 力和多次冲击拉伸抗力. 3.2夹杂物数量和类型分布 高强度42 CrMoV紧固件A类夹杂物细系评级 利用ASPEX软件分析钢中夹杂物的数量和分布 1.0,粗系评级0：B类夹杂物细系评级0.5，粗系评级 情况如表5所示，结果表明，个数较多、面积较大的前 0:C类夹杂物细系评级0，粗系评级0：D类夹杂物细 五种夹杂物均与MnS有关，其中个数最多、面积含量 系评级0.5，粗系评级0：Ds类夹杂物评级0，如表4所 最大的夹杂物为MnS,其个数占夹杂物总数的 示.A、B、C、D和Ds夹杂物的等级基本都小于等于 40.76%,面积含量占35.19%：铝酸盐类夹杂物个数

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 图 6 碳化物的电子衍射 Fig． 6 Electron diffraction of carbide 图 7 扫描透射电子显微镜暗场成像 Fig． 7 STEM image in dark field 表 1 42CrMoV 紧固件钢化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of 42CrMoV bolt steel % C Si Mn P S Cr Mo Ni 0. 43 0. 25 0. 86 0. 009 0. 010 0. 92 0. 22 0. 04 Cu V B Al Als O N 0. 09 ＜ 0. 005 ＜ 0. 0005 0. 029 0. 024 3. 53 × 10 － 5 6. 03 × 10 － 5 表 2 42CrMoV 紧固件钢显微硬度和晶粒度 Table 2 HV0. 2 and grain sizes of 42CrMoV bolt 试样 显微硬度，HV0. 2 平均硬度，HV0. 2 脱碳层深度/mm 奥氏体晶粒度 42CrMoV 310、324、338、340 330 0 9 级 部分残留在钢中形成夹杂物． 非金属夹杂物的性质、 形态、分布、尺寸及含量不同，对钢性能的影响也不 同． 采取炉外精炼技术，通过控制冶炼过程中的反应 条件，能极大减少钢中夹杂，降低夹杂物的数量和尺 寸． 高强度紧固件对夹杂物的尺寸和类型要求比较 高，冶炼过程要求控制大型夹杂物和脆性夹杂物越 少越好． 3. 1 夹杂物尺寸分布与评级 利用 ASPEX 软件分析钢中夹杂物大小，统计结果 如表 3 所示． 高强度 42CrMoV 紧固件钢试样中共有 5248 个夹杂物，按照尺寸大小分布进行统计分析，夹 杂物平均直径 4. 29 μm，最大夹杂物 MnS 的直径 Dmax = 28. 3 μm，所有类型夹杂物中的最大夹杂物直径平均 值为 10. 91 μm． 夹杂物尺寸一般小于 5 μm，集中在 2. 00 ～ 5. 00 μm 之间，小于 5 μm 的夹杂物占 80. 55% ． 尺寸较小的夹杂物可作为凝固过程的形核中心，降低 基体组织晶粒度，从而改善了钢材性能，增强了疲劳抗 力和多次冲击拉伸抗力． 高强 度 42CrMoV 紧 固 件 A 类 夹 杂 物 细 系 评 级 1. 0，粗系评级 0; B 类夹杂物细系评级 0. 5，粗系评级 0; C 类夹杂物细系评级 0，粗系评级 0; D 类夹杂物细 系评级 0. 5，粗系评级 0; Ds 类夹杂物评级 0，如表 4 所 示． A、B、C、D 和 Ds 夹杂物的等级基本都小于等于 0. 5，处于较低水平，极大改善钢材的性能． 表 3 42CrMoV 紧固件夹杂物尺寸分布 Table 3 Inclusion size distribution of 42CrMoV bolt 夹杂物尺寸/μm 夹杂物个数 各尺寸比例/% 1 ～ 2 1803 34. 36 2 ～ 5 2424 46. 19 5 ～ 10 810 15. 43 10 ～ 15 161 3. 07 15 ～ 20 42 0. 80 20 ～ 30 8 0. 15 表 4 42CrMoV 紧固件夹杂物评级 Table 4 Inclusion grading of 42CrMoV bolt A 类 B 类 C 类 D 类 Ds 细系 粗系 细系 粗系 细系 粗系 细系 粗系 1. 0 0 0. 5 0 0 0 0. 5 0 0 3. 2 夹杂物数量和类型分布 利用 ASPEX 软件分析钢中夹杂物的数量和分布 情况如表 5 所示，结果表明，个数较多、面积较大的前 五种夹杂物均与 MnS 有关，其中个数最多、面积含量 最 大 的 夹 杂 物 为 MnS，其 个 数 占 夹 杂 物 总 数 的 40. 76% ，面积含量占 35. 19% ; 铝酸盐类夹杂物个数 · 631 ·

王刘涛等：42CMoV紧固件用钢显微组织及夹杂物的分析 ·137 占比为31.29%，面积含量占28.61%.其他夹杂物个 见炉外精炼相对地控制了其他类型夹杂，使夹杂种类 数仅占3.52%，面积含量占9.96%. 单一，对有目的地控制夹杂物产生积极影响，因此炼钢 MnS类夹杂物所占比例最高，其他类型的夹杂含 过程需要进一步控制钢中硫含量，从而降低MS类夹 量相对较少，合金元素V也产生一定量的V沉淀.可 杂物的形成 表5典型夹杂物数量和面积分布分析 Table 5 Size and area distribution of characterized inclusions for 42CrMoV bolt 夹杂物类型 夹杂物个数 个数占比/% 夹杂物类型 面积/μm2 面积占比/% 硫化锰 2139 40.76 硫化锰 4329.55 35.19 CaS AlOxide-MnS 1642 31.29 CaS AlOxide-MnS 3520.85 28.61 CaS-MnS 625 11.91 CaS Oxide-MnS 1111.10 9.03 CaS Oxide-MnS 383 7.30 CaS-Oxide 870.84 7.08 MnS-Oxide 175 3.33 CaS-MnS 647.16 5.26 High V 99 1.89 High V 599.46 4.87 其他类型 185 3.52 其他类型 1225.44 9.96 总计 5248 100.00 总计 12304.40 100.00 (备注：个数占比=该类夹杂物个数/夹杂物总个数×100%：面积占比=该类夹杂物总面积/夹杂物总面积×100%.) 结合夹杂物元素性质、夹杂物的数量和面积分布 图，如图8所示.从图中可以看出，该钢样中主要夹杂 情况，分析得到该钢样中夹杂物的平均质量分数如表 物集中分布在接近硫元素一侧，因此该钢种很容易形 6所示.从表中可以看出，夹杂物中硫质量分数比较 成含硫夹杂物 高，达到40.0%，因而形成了较多的硫化物夹杂，且主 表6夹杂物的平均元素成分（质量分数） 要为MnS夹杂物和CaS-MnS复合夹杂物 Table 6 Average composition of inclusions in 42CrMoV bolt% 将该钢中的典型夹杂物绘制出Ca0-S-Al,0,系 Mn Al S Ca Mg Ti SiAl/Ca比 (共计5188个夹杂物与该体系有关)和Mn0-S-Al,0, 37.112.9 40.08.6 0.50.9 0.21.5 (共计5194个夹杂物与该体系有关)两个三元系相 CaO.S.AL,O 5188 MnO.S.AL,O. 5194 夹杂物特征点 夹杂物特征点 MnO (b) 图842 CrMoV紧固件钢的典型夹杂物分布三元系相图.(a)CaO-S-AL,0,三元系相图：(b)Mn0-S-A山，O3三元系相图 Fig.8 Ternary phase diagrams of type inclusions for 42CrMoV bolt:(a)Ca-AlO temary phase diagram:(b)MnO-S-AlO ternary phase di- agram (附中不同颜色代表夹杂物尺寸：■-1-2m;☐2-5m:国-5-104m:■10-15m:☐-≥5m) 体组织仍保留着原来马氏体的形态，碳化物成排地在 4结论 晶内和板条边界析出，并且晶界明显多于晶内析出. (1)42 CrMoV紧固件基体组织为回火索氏体，基 显微硬度HV0.2平均为330，奥氏体晶粒度为9级

王刘涛等: 42CrMoV 紧固件用钢显微组织及夹杂物的分析 占比为 31. 29% ，面积含量占 28. 61% ． 其他夹杂物个 数仅占 3. 52% ，面积含量占 9. 96% ． MnS 类夹杂物所占比例最高，其他类型的夹杂含 量相对较少，合金元素 V 也产生一定量的 V 沉淀． 可 见炉外精炼相对地控制了其他类型夹杂，使夹杂种类 单一，对有目的地控制夹杂物产生积极影响，因此炼钢 过程需要进一步控制钢中硫含量，从而降低 MnS 类夹 杂物的形成． 表 5 典型夹杂物数量和面积分布分析 Table 5 Size and area distribution of characterized inclusions for 42CrMoV bolt 夹杂物类型 夹杂物个数 个数占比/% 夹杂物类型 面积/μm2 面积占比/% 硫化锰 2139 40. 76 硫化锰 4329. 55 35. 19 CaS AlOxide--MnS 1642 31. 29 CaS AlOxide--MnS 3520. 85 28. 61 CaS--MnS 625 11. 91 CaS Oxide--MnS 1111. 10 9. 03 CaS Oxide--MnS 383 7. 30 CaS--Oxide 870. 84 7. 08 MnS--Oxide 175 3. 33 CaS--MnS 647. 16 5. 26 High V 99 1. 89 High V 599. 46 4. 87 其他类型 185 3. 52 其他类型 1225. 44 9. 96 总计 5248 100. 00 总计 12304. 40 100. 00 ( 备注: 个数占比 = 该类夹杂物个数/夹杂物总个数 × 100% ; 面积占比 = 该类夹杂物总面积/夹杂物总面积 × 100% ． ) 结合夹杂物元素性质、夹杂物的数量和面积分布 情况，分析得到该钢样中夹杂物的平均质量分数如表 6 所示． 从表中可以看出，夹杂物中硫质量分数比较 高，达到 40. 0% ，因而形成了较多的硫化物夹杂，且主 要为 MnS 夹杂物和 CaS--MnS 复合夹杂物． 将该钢中的典型夹杂物绘制出 CaO--S--Al2 O3 系 ( 共计 5188 个夹杂物与该体系有关) 和 MnO--S--Al2O3 ( 共计 5194 个夹杂物与该体系有关) 两个三元系相 图，如图 8 所示． 从图中可以看出，该钢样中主要夹杂 物集中分布在接近硫元素一侧，因此该钢种很容易形 成含硫夹杂物． 表 6 夹杂物的平均元素成分( 质量分数) Table 6 Average composition of inclusions in 42CrMoV bolt % Mn Al S Ca Mg Ti Si Al /Ca 比 37. 1 12. 9 40. 0 8. 6 0. 5 0. 9 0. 2 1. 5 图 8 42CrMoV 紧固件钢的典型夹杂物分布三元系相图 . ( a) CaO--S--Al2O3三元系相图; ( b) MnO--S--Al2O3三元系相图 Fig． 8 Ternary phase diagrams of type inclusions for 42CrMoV bolt: ( a) CaO--S--Al2O3 ternary phase diagram; ( b) MnO--S--Al2O3 ternary phase di￾agram ( 图中不同颜色代表夹杂物尺寸: － 1 ～ 2 μm; － 2 ～ 5 μm; － 5 ～ 10 μm ; － 10 ～ 15 μm; － ≥15 μm) 4 结论 ( 1) 42CrMoV 紧固件基体组织为回火索氏体，基 体组织仍保留着原来马氏体的形态，碳化物成排地在 晶内和板条边界析出，并且晶界明显多于晶内析出． 显微硬度 HV0. 2 平均为 330，奥氏体晶粒度为 9 级． · 731 ·

·138· 工程科学学报，第38卷，增刊1 (2)钢中夹杂物尺寸主要小于5μm,A、B、C、D和 nance Material Science and Engineering,1986(9):1 Ds夹杂物的等级基本都小于等于0.5级：夹杂物主要 (魏元春，杨嘉葬，张永秀.30 CrNiMoVA钢显微组织与机械 类型为MnS以及与MnS和CAS有关的复合夹杂物， 性能间的关系.兵器材料科学与工程，1986(9)：1) 4]Li C.Shi J.Research on the effects of different original organiza- 治炼过程要控制硫含量，降低含硫夹杂物的形成 tion of GCr15 steel performance.Materials Science and Technolo- gy,1989,8(1):20 参考文献 (李超，史蹟.不同原始组织对GCl5钢性能影响的研究.金 [1]Zhang J M,Yang Z G,Zhang J F,et al.Fatigue property of ul- 属科学与工艺，1989,8(1)：20) tra-ong life of high strength 42CrMo zero-inclusion steel.Acta 5]Wang W,Fu L M.Effect of the inclusion/precipitate size on the Metallurgica Sinica,2005,41(2):145 intragranular ferrite nucleation.Acta Metallurgica Sinica,2008, (张继明，杨振国，张建锋，等.零夹杂42CMo高强钢的超长 44(6):723) 寿命疲劳性能.金属学报，2005,41(2)：145) (王巍，付立铭.夹杂物/析出相尺寸对品内铁素体形核的影 2]Huang J D.Effect of microstructure on abrasive resistance of 响.金属学报，2008,44(6)：723) steels.Heat Treatment of Metals,2008,33(10):1 Zhang Y,Wu J F.Liao L D.Research progress in analysis of (黄建洪.微观组织对钢抗磨料磨损性能的影响。金属热处 nonmetallic inclusions in steel.Baosteel Technology,2008(2): 理，2008,33(10)：1) 35 3]Wei YC,Yang JY,Zhang Y X.The relationship between micro- (张毅，邹君飞，缪乐德.钢中非金属夹杂物的分析研究进 structure and mechanical properties of 30CrNiMoVA steel.Ord- 展.宝钢技术，2008(2)：35)

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 ( 2) 钢中夹杂物尺寸主要小于 5 μm，A、B、C、D 和 Ds 夹杂物的等级基本都小于等于 0. 5 级; 夹杂物主要 类型为 MnS 以及与 MnS 和 CAS 有关的复合夹杂物， 冶炼过程要控制硫含量，降低含硫夹杂物的形成． 参 考 文 献 ［1］ Zhang J M，Yang Z G，Zhang J F，et al． Fatigue property of ul￾tra-long life of high strength 42CrMo zero-inclusion steel． Acta Metallurgica Sinica，2005，41( 2) : 145 ( 张继明，杨振国，张建锋，等． 零夹杂42CrMo 高强钢的超长 寿命疲劳性能． 金属学报，2005，41( 2) : 145) ［2］ Huang J D． Effect of microstructure on abrasive resistance of steels． Heat Treatment of Metals，2008，33( 10) : 1 ( 黄建洪． 微观组织对钢抗磨料磨损性能的影响． 金属热处 理，2008，33( 10) : 1) ［3］ Wei Y C，Yang J Y，Zhang Y X． The relationship between micro￾structure and mechanical properties of 30CrNiMoVA steel． Ord￾nance Material Science and Engineering，1986( 9) : 1 ( 魏元春，杨嘉韡，张永秀． 30CrNiMoVA 钢显微组织与机械 性能间的关系． 兵器材料科学与工程，1986( 9) : 1) ［4］ Li C，Shi J． Ｒesearch on the effects of different original organiza￾tion of GCr15 steel performance． Materials Science and Technolo￾gy，1989，8( 1) : 20 ( 李超，史蹟． 不同原始组织对 GCr15 钢性能影响的研究． 金 属科学与工艺，1989，8( 1) : 20) ［5］ Wang W，Fu L M． Effect of the inclusion / precipitate size on the intragranular ferrite nucleation． Acta Metallurgica Sinica，2008， 44( 6) : 723) ( 王巍，付立铭． 夹杂物/析出相尺寸对晶内铁素体形核的影 响． 金属学报，2008，44( 6) : 723) ［6］ Zhang Y，Wu J F，Liao L D． Ｒesearch progress in analysis of nonmetallic inclusions in steel． Baosteel Technology，2008 ( 2 ) : 35 ( 张毅，邬君飞，缪乐德． 钢中非金属夹杂物的分析研究进 展． 宝钢技术，2008( 2) : 35) · 831 ·