D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1995.05.003 第17卷第5期 北京科技大学学报 Vol.17 No.5 199510 Joural of University of Science and Technology Beijing 0t19% 残铝在35CrNi,MoV钢中的作用 孙文山)傅杰)宋爱英)丁桂荣)罗铭蔚) 1)内蒙金属材料研究所，包头0140342)北京科技大学冶金系，北京100083 摘要研究了残铝在3SCNi,MoV钢中的作用与作用机理.结果表明，3SCN,MoV钢的最佳残 铝含量为0.010%A1,· 关健词低合金钢，铝，冲击性能 中图分类号TG142.13 Role of Residual Aluminum in 35CrNiMoV Steel Sun Wenshan)Fu Jie2)Song Aiying)Ding Guirong)Luo Mingwei) 1)Nei Monggol Metallic Materials Research Institute,Baotou 014034.PRC 2)Departmaent of Metallurgy,USTB ABSTRACT The effect and mechanism of residual aluminum in 35CrNi,MoV steel are studied.The results reveal that optimal residual aluminum content in 35CrNi;MoV steel is0.010%A1 KEY WORDS low alloy steels,aluminum,impact properties 前几年，我国真空喷吹I法生产的35CNi,MoV钢常出现冲击功不合格现象，经查明主 要是炼钢加铝脱氧后残留于钢中的铝含量过高所引起·国外研究结果也表明，为改善 26 NiCrMoV145等转子钢的蠕变性能，必须使钢中残铝含量小于0.015%，最好控制在 0.010%以下I~.35CNi,MoV钢中残铝含量炼钢时应控制的范围及其残铝作用与作用机 理，是该钢生产急需解决的难题，本文对此作了较系统、深人的研究· 1试验方法 每炉试验钢采用化学成分相同的35CNi,MoV电渣钢返回料，在30kg真空感应炉、氩 气保护条件下进行冶炼，出钢前2mi按一定回收率加入不同量的铝，出钢后浇注成30kg 锭1支，拉伸、冲击、断裂韧性和高温持久试样在锻造的试样板坯上横向切取，试样热处理 工艺为880℃×1.5h空冷、840℃×1.5h油冷、565℃×3h空冷.分析了试验钢的化学 成分和气体含量，并通过宏观与微观断口观察、光学金相、定量金相、电子金相和相分析等 手段研究了10炉不同铝含量试验钢的性能和组织结构的关系· 1995-01-23收稿 第一作者男52岁高级工程师
第 7 卷 第 5 期 北 京 科 技 大 学 学 报 1 里巧 年 月 J 1 1 0 o r n u a l o i f n U v S I e i t y o d f n S c e e n a d T h c e n o g l o y ij B e i g n d V . 7 心 1 N . 5 ) 《 比 望巧 1 3 残铝在 5 C r i N 3 M 钢 中的作用 o V 孙文 山 ’ ) 傅 杰 2 ) 宋爱英 ’ ) 丁桂荣 ’ ) 罗铭蔚 ) ` l ) 内蒙金属材料研究所 , 包头 01 40 34 2) 北京科技大学冶金 系 , 北京 l创刃8 3 摘要 研究 了 残铝在 3 , Cr]闷i 3M o V 钢 中的作用与作 用机理 . 结果 表明 , 3父irN 3M o v 钢 的最 佳残 铝含量为 .0 0 10 % lA 。 . 关挂词 低合 金钢 , 铝 , 冲击性能 中图分类号 1’G 142 . 13 R o l e o f R es id au l IA 班正n u 工n i n 3 5C r iN 3M o V S te l S u n W e n s h a n ’ ) uF J i e Z ) oS n 夕 A iy i n g ’ ) D i n g G u i r o n g ’ ) L u o M i n 夕w e i ’ ) l ) N e i M o n g g o l M e t a ll i e M a t e r i a l s R es e a r c h I n s t i t u t e , B a o t o u 0 14 0 3 4 , P R C 2) D e P a rt ma e n t o f M e t a l l u r g y , U S T B A B S T R A C T T h e e fe ct a n d me e h a n i s m o f r e s id u a l a l u 而n u m i n 3 5 C r N i 3M o V s t e e l s t u d i e d . T h e res u lt s r e v e a l t h a t o P t im a l re s id u a l a l u m i n u m co n t e n t i n 3 5 C r N i 3M o V 1 5 0 . 0 10 % lA s . K E Y W O R D S l o w a ll o y s t e e l s , a l u lnj n u m , im P a e t P r o P e r t i es a f e S t C e l 前几 年 , 我 国真空 喷吹 vi 法生 产的 35 C iNr 3M o V 钢 常出 现冲击功不合格现象 , 经查 明主 要 是 炼钢 加 铝 脱 氧 后 残 留 于 钢 中 的 铝 含 量 过 高 所 引 起 . 国 外 研 究 结 果 也 表 明 , 为 改 善 26 杯C r M o V 14 5 等 转子 钢 的 蠕 变 性 能 , 必 须 使钢 中 残 铝 含 量 小 于 .0 0巧 % , 最 好 控 制 在 .0 01 0 % 以下 汇’ 一 4 ] . 3 5C iNr 拟 。 v 钢 中残 铝 含 量 炼 钢 时 应 控 制 的范 围及 其 残 铝 作用 与作 用 机 理 , 是 该 钢生 产 急需 解决 的难 题 , 本文 对此作 了较 系统 、 深 人 的研 究 . 1 试验方法 每炉 试验钢 采用 化学 成分 相 同的 3 5C iNr , M o V 电渣 钢返 回 料 , 在 30 k g 真 空 感 应 炉 、 氢 气保护条件下 进行冶炼 , 出钢前 2 而n 按一 定回 收率加入 不 同量 的铝 , 出钢后 浇 注成 30 kg 锭 1 支 . 拉 伸 、 冲击 、 断裂 韧性 和高 温持 久试样 在锻 造 的试样 板坯上 横 向切取 . 试 样 热处理 工艺 为 8 80 ℃ x l . s h 空冷 、 8 40 ℃ x l . s h 油冷 、 5 65 ℃ x 3 h 空冷 . 分 析 了 试验 钢 的化 学 成分 和气体含 量 , 并 通过宏观 与微 观 断 口 观 察 、 光学 金相 、 定量 金相 、 电子金相 和相 分析等 手 段研究 了 10 炉不 同铝 含量 试验 钢 的性能 和组 织结 构 的关系 . 1卯5 一 01 一 23 收稿 第一作者 男 52 岁 高级工程 师 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1995. 05. 003
Vol.17 No.5 孙文山等：残铝在3SCNi,MoV钢中的作用 413· 2 试验结果 (1)试验钢的化学成分与气体含量，各试验钢的化学成分与气体含量见表1， 表1不同铝含量试验钢的化学成分与气体含量 合金元素含量/% 微量元素和气体含量，×106 序号 Si Mn Cr Ni Mo VS P Al,Al Al H O N 0.3320.2110.4391.072.860.5410.193206850 28 8 <0.303132 2 0.3320.1690.4270.9812.920.4750.2011210550 30 80 0.2334 44 3 0.3330.1980.4261.063.040.5290.1883366100 107<0.3018 <44 4 0.3320.1960.4330.9802.910.5510.2092010610010 110<0.30 21 必 5 0.3290.2090.4341.072.800.5310.1862467103 11 114<0.3014<62 6 0.3280.2030.4200.9642.900.4980.21130101120 30 150<02323 3 7 0.3430.1930.5661.253.130.5120.18710102190 10 200 <0.3020 62 8 0.3500.2230.5741.293.000.5110.19510100520 0 530<0.3016 53 9 0.3330.2040.4311.062.810.5250.17938651300601360<03011 <44 10 0.3360.2290.4480.9702.40.5430.2211310224901002590<0.23 13 43 (2)残铝对35CNi,MoV钢室温拉伸性能、硬度、冲击功和韧脆转变温度的影响（图1和 图2).图1中根据不同磷含量将试验钢分为2组，0.0065%~0.0068%P,以便排除磷的干扰. 1400 20 1300 1200 100 HRC 1000 8 40 20 %1'g 8% R 0 50 80 40 4x￥0.0065%-0.0068%P -40℃Axy0.0065%- 0.0068%P 40 xv0.010%-0.0106%p 40℃Av0.010%-0.0106%P 20 0 0.020.04 0.060.08 0.100.12 0.14Y0.24 0.26 x,/% 图1残铝对3SCi,MoY钢室温拉伸性能、硬度和冲击功的影响
V 61 . 1 7 N o . 5 孙文山 等: 残铝在 3父 Nr 礼M o v 钢中的作用 4 13 2 试验结果 ( )l 试验 钢 的化学 成分 与 气体含 量 . 各试 验钢 的化 学成分 与气 体含量 见表 表 1 不 同铝含. 试验钢 的化学成分与气体含 t 序号 合金元素含量 /% 微量元 素和 气体含量 , x lo 一 6 C r iN M 0 .0 54 1 0 . 47 5 0 . 52 9 0 . 551 0 . 531 .0 49 8 0 . 51 2 0 . 5 1 1 0 . 525 .0 又3 S P 月 。 川 。 IA . H O N 加313422181463 劝78104助107 19 3 2830710orl 20 1 20 6 8 12 105 nU .2 86 2 . 92 3 . 以 0 . 18 .0 2田 33 肠 20 1肠 10102 65102 3081013 0 . 186 0 . 2 11 0 . 187 0 . 19 5 0 . 179 .0 2 1 24 67 50 50 1的 1田 103 120 1卯 520 1 拟) 2 4卯 2川〕 530 印 1的 1 3印 2 5如 < 住30 .0 23 < .0 30 < .0 30 < .0 30 < .0 23 < .0 30 < .0 30 < .0 30 < .0 23 32 4 < 4 4 < 62 43 62 53 < 4 43 :9l 周.l3 …o l 0 C 5 1 M l 0 . 332 0 . 2 11 0 . 4 39 0 . 332 0 . 1印 0 . 42 7 0 . 333 0 . 198 0 . 426 0 . 332 0 . 1% 0 . 433 03 29 .0 2朋 .0 4 34 .0 328 .0 2() 3 0 . 420 0 . 34 3 0 . 19 3 0 . 5肠 .0 3刃 .0 223 .0 574 0 . 33 3 0 . 2以 0 . 43 1 0 . 3 36 0 . 229 0 . 科8 1 . 07 .0 98 1 1 . 伪 .0 98() 1 . 07 .0 头抖 1 . 25 1 . 29 1 . 肠 .0 卯0 (2 ) 残铝对 3 5C irN 3M o v 钢室温拉伸性 能 、 硬度 、 冲 击功和韧脆转变温度的影响 ( 图 1 和 图2) . 图 1 中根据 不同磷含量将试验钢分 为 2组 , .0 0 6 5 % 一 .0 0 6 8 % P , 以便排除磷 的干扰 . 帕50 国OH 、米 嘴 印匆 时 40 倪竺 . . } 一土卫一卫二} 、 , . . 曰. . . 曰 . , 尸. . . O 公 晌 es ~ . 1 _ . 过 . _ . L _ _ } } 一 } 滋 c } { } 2 . 州. ” ’ 一一一一- - - , 李~ . , . . ~ . _ 一 断 O I , ! } 二 走 _ _ 」 l _ ` 色二二二L _ _ 」_ 一匕_ _ _ 」 云初 ’ f ’ ` 气 . 盆九 }} {产 二 ~ , } : , % ~ 《 . p } 一 `呀石伞井疏 . 布 ’ 一 肖 ’ 劫 . /% 图 l 残铝对 及笑: r iN 3 M 0 v 钢室温拉伸性能 、 硬度和 冲击功的影响
·414· 北京科技大学学报 1995年No.5 -20 。● FATT 0.010%~ 0.0106%P -40 一0 0.0068%P -60 ● FATT ).0065% =80 -90L 0 0.020.040.06 0.080.100.120.14V0.240.26 xu./% 图2残铝对35Ci,MoV钢韧脆转变温度的影响 当残铝含量为0.010%时，该钢的韧 脆转变温度FATT0最低；当残铝含量大 于或小于0.010%时，其韧脆转变温度 150 160 FATT0上升，见图2. (3)残铝对35 CrNiaMoV钢断裂韧性 140 。T 150 的影响.当残铝含量为0.005%~0.052% KA3 0 时，它对35 CrNiMoV钢的断裂韧性无 130 140g 显著影响；当残铝含量高达0.249% 日· 110 130 时，它对断裂韧性便产生了明显的不良影 响，见图3. 90 120 (4)残铝对35CrNi,MoV钢高温持久 性能的影响，在试验温度与应力分别为520 70 110 ℃和580MPa条件下，残铝对35CrNi,MoV 50L 人J100 钢的高温持久性能有较明显的影响·当残 00.020.040.060.240.26 铝含量为0.010%时，其光滑持久试样伸 w,/% 长率E、断面收缩率R。和缺口持久试样 图3残铝对3 5CrNi,MoV钢断裂韧性的影响 的持续时间x'分别为27%、76%和670h;当残铝含量大于或小于0.010%时，其 E、RA和x'便明显下降， (5)残铝对35CNi,MoV钢夹杂物类型、数量、大小、分布和形态的影响.残铝对 35CNi,MoV钢夹杂物类型、数量、大小，分布及形态的影响如表2、3和图4所示， (6)残铝对35CNi,MoV钢显微组织的影响，在试验钢实际品粒度均为9~10级的情 况下残铝对35CrNi,MoV钢淬火亚结构的影响如图5与表4所示.试验钢回火时，其碳化物 析出大小与分布明显受原淬火亚结构的影响，当残铝量为0.010%时，其回火时析出的碳
· 1 4 4 . 5 北 京 科 技 大 学 学 报 1 年 9 9 N o 一 、 一 口 . . . , 一一龙溢编{ l { 6 、 , } r r ` ” 一粉补 一 } · ’ ” ’ 一 了八 . 、p 。 ǐ卜ó叭弋 劫 . /% 图 2 残铝对 3叹二州枯M o v 钢韧脆转 变温度的影响 当残 铝 含 量 为 .0 01 0 % 时 , 该 钢 的 韧 O K丈 : 。 气 、 , 、 、 、 、一 \ 、 弓 日 目. 入芝ù ;日 。 逗 , , 脆 转 变 温 度 F通刀茄 最 低 ; 当残 铝 含 量 大 于 或 小 于 .0 0 10 % 时 , 其 韧 脆 转 变 温 度 F 月7 了场上 升 , 见 图 .2 ( 3) 残 铝 对 3 5C r N i拟 o V 钢 断裂 韧 性 的影 响 . 当残铝 含量 为 .0 0 5 % 一 .0 05 2 % 时 , 它 对 35 C r N i拟 o V 钢 的 断 裂 韧 性 无 显 著 影 响 ; 当 残 铝 含 量 高 达 .0 2 49 % 时 , 它 对 断裂 韧 性 便 产 生 了 明显 的不 良影 响 , 见 图 .3 ( 4 ) 残 铝 对 3 5 C r N i 3M o V 钢 高 温 持 久 性 能 的影 响 . 在 试验 温 度与应 力分别为 5 20 oC 和 5 8 0 M Pa 条件下 , 残铝对 3 5 C rN 1 3M o V 钢 的高温 持久 性 能 有 较 明 显 的影 响 . 当残 铝 含量 为 .0 01 0 % 时 , 其 光 滑 持久 试样 伸 长 率 瓦 、 断 面 收 缩 率 R A 和 缺 口 持 久 试样 犷 图 3 残铝对 3义!Nr 毛M o v 钢断裂韧性的影响 的 持 续 时 间 : ’ 分 别 为 27 % 、 76 % 和 6 70 h ; 当残 铝 含 量 大 于 或 小 于 .0 0 10 % 时 , 其 lE 、 R A 和 T ` 便 明显下 降 . ( 5) 残铝 对 35 C iNr 拟 o v 钢夹 杂物类 型 、 数量 、 大小 、 分 布和形 态的 影 响 . 残铝对 3夕C r N I拟 o V 钢 夹杂 物类 型 、 数量 、 大 小 、 分布 及形 态 的影 响 如表 2 、 3 和 图 4 所示 . (6 ) 残铝 对 3 5 C r N i 3M o V 钢 显微组织 的影 响 . 在试验 钢 实 际晶粒 度均 为 9 一 10 级 的情 况下残 铝对 3 5C r N 1 3M o V 钢 淬 火亚结 构 的影 响如 图 5 与表 4 所 示 . 试验 钢 回 火 时 , 其 碳 化物 析出大 小 与分 布 明显 受 原 淬 火 亚 结 构 的 影 响 . 当残 铝 量 为 .0 0 10 % 时 , 其 回 火 时析 出 的碳
· 1 4 4 . 5 北 京 科 技 大 学 学 报 年 1 N 99 o 一 、 一. . . 口, 一一龙溢编{ l { 6 、 , } r r ` ” 一粉补 一 } · ’ ” ’ 一 了八 . 、p 。 ǐ卜ó叭弋 劫 . /% 图 2 残铝对 3叹二州枯M o v 钢韧脆转 变温度的影响 当残 铝 含 量 为 .0 01 0 % 时 , 该 钢 的 韧 O K丈 : 。 气 、 , 、 、 、 、一 \ 、 弓 日 目. 入芝ù ;日 。 逗 , , 脆 转 变 温 度 F通刀茄 最 低 ; 当残 铝 含 量 大 于 或 小 于 .0 0 10 % 时 , 其 韧 脆 转 变 温 度 F 月7 了场上 升 , 见 图 .2 ( 3) 残 铝 对 3 5C r N i拟 o V 钢 断裂 韧 性 的影 响 . 当残铝 含量 为 .0 0 5 % 一 .0 05 2 % 时 , 它 对 35 C r N i拟 o V 钢 的 断 裂 韧 性 无 显 著 影 响 ; 当 残 铝 含 量 高 达 .0 2 49 % 时 , 它 对 断裂 韧 性 便 产 生 了 明显 的不 良影 响 , 见 图 .3 ( 4 ) 残 铝 对 3 5 C r N i 3M o V 钢 高 温 持 久 性 能 的影 响 . 在 试验 温 度与应 力分别为 5 20 oC 和 5 8 0 M Pa 条件下 , 残铝对 3 5 C rN 1 3M o V 钢 的高温 持久 性 能 有 较 明 显 的影 响 . 当残 铝 含量 为 .0 01 0 % 时 , 其 光 滑 持久 试样 伸 长 率 瓦 、 断 面 收 缩 率 R A 和 缺 口 持 久 试样 犷 图 3 残铝对 3义!Nr 毛M o v 钢断裂韧性的影响 的 持 续 时 间 : ’ 分 别 为 27 % 、 76 % 和 6 70 h ; 当残 铝 含 量 大 于 或 小 于 .0 0 10 % 时 , 其 lE 、 R A 和 T ` 便 明显下 降 . ( 5) 残铝 对 35 C iNr 拟 o v 钢夹 杂物类 型 、 数量 、 大小 、 分 布和形 态的 影 响 . 残铝对 3夕C r N I拟 o V 钢 夹杂 物类 型 、 数量 、 大 小 、 分布 及形 态 的影 响 如表 2 、 3 和 图 4 所示 . (6 ) 残铝 对 3 5 C r N i 3M o V 钢 显微组织 的影 响 . 在试验 钢 实 际晶粒 度均 为 9 一 10 级 的情 况下残 铝对 3 5C r N 1 3M o V 钢 淬 火亚结 构 的影 响如 图 5 与表 4 所 示 . 试验 钢 回 火 时 , 其 碳 化物 析出大 小 与分 布 明显 受 原 淬 火 亚 结 构 的 影 响 . 当残 铝 量 为 .0 0 10 % 时 , 其 回 火 时析 出 的碳
2 连
· 1 4 4 . 5 北 京 科 技 大 学 学 报 年 1 N 99 o 一 、 一. . . 口, 一一龙溢编{ l { 6 、 , } r r ` ” 一粉补 一 } · ’ ” ’ 一 了八 . 、p 。 ǐ卜ó叭弋 劫 . /% 图 2 残铝对 3叹二州枯M o v 钢韧脆转 变温度的影响 当残 铝 含 量 为 .0 01 0 % 时 , 该 钢 的 韧 O K丈 : 。 气 、 , 、 、 、 、一 \ 、 弓 日 目. 入芝ù ;日 。 逗 , , 脆 转 变 温 度 F通刀茄 最 低 ; 当残 铝 含 量 大 于 或 小 于 .0 0 10 % 时 , 其 韧 脆 转 变 温 度 F 月7 了场上 升 , 见 图 .2 ( 3) 残 铝 对 3 5C r N i拟 o V 钢 断裂 韧 性 的影 响 . 当残铝 含量 为 .0 0 5 % 一 .0 05 2 % 时 , 它 对 35 C r N i拟 o V 钢 的 断 裂 韧 性 无 显 著 影 响 ; 当 残 铝 含 量 高 达 .0 2 49 % 时 , 它 对 断裂 韧 性 便 产 生 了 明显 的不 良影 响 , 见 图 .3 ( 4 ) 残 铝 对 3 5 C r N i 3M o V 钢 高 温 持 久 性 能 的影 响 . 在 试验 温 度与应 力分别为 5 20 oC 和 5 8 0 M Pa 条件下 , 残铝对 3 5 C rN 1 3M o V 钢 的高温 持久 性 能 有 较 明 显 的影 响 . 当残 铝 含量 为 .0 01 0 % 时 , 其 光 滑 持久 试样 伸 长 率 瓦 、 断 面 收 缩 率 R A 和 缺 口 持 久 试样 犷 图 3 残铝对 3义!Nr 毛M o v 钢断裂韧性的影响 的 持 续 时 间 : ’ 分 别 为 27 % 、 76 % 和 6 70 h ; 当残 铝 含 量 大 于 或 小 于 .0 0 10 % 时 , 其 lE 、 R A 和 T ` 便 明显下 降 . ( 5) 残铝 对 35 C iNr 拟 o v 钢夹 杂物类 型 、 数量 、 大小 、 分 布和形 态的 影 响 . 残铝对 3夕C r N I拟 o V 钢 夹杂 物类 型 、 数量 、 大 小 、 分布 及形 态 的影 响 如表 2 、 3 和 图 4 所示 . (6 ) 残铝 对 3 5 C r N i 3M o V 钢 显微组织 的影 响 . 在试验 钢 实 际晶粒 度均 为 9 一 10 级 的情 况下残 铝对 3 5C r N 1 3M o V 钢 淬 火亚结 构 的影 响如 图 5 与表 4 所 示 . 试验 钢 回 火 时 , 其 碳 化物 析出大 小 与分 布 明显 受 原 淬 火 亚 结 构 的 影 响 . 当残 铝 量 为 .0 0 10 % 时 , 其 回 火 时析 出 的碳
Vol.17 No.5 孙文山等：残铝在3SCNi,MoV钢中的作用 417. 3讨论 铝作为强脱氧剂和晶粒细化剂加人钢中.进人钢中的铝除部分固溶外，其余则与钢中氮 和氧结合生成氮化铝、氧化铝或复合氧化物等，当来不及从钢液中排除时这些物质便成为钢 中夹杂物，若松茂雄等人认为，钢中渗碳体也会溶入少量铝，其量与热处理制度有关. 本研究结果表明，钢中残余铝含量与氧含量有关，并对夹杂物的数量、大小、形态和分 布有明显的影响，见表1~3、图4.当残铝含量(A1)约为0.010%时，试验钢的夹杂物 级别最低，显微洁净度最高，夹杂物最少、也较小，多呈颗粒状均匀分布，故其力学性能最 好·随着残铝量增加，钢的固溶铝含量也明显增加，夹杂物级别升高，显然洁净度下降， A1N夹杂明显增多，甚至在高铝钢(0.249%A1)中出现成堆的AIN脆性夹杂，呈条状的 MnS与呈链状的Al,O,脆性夹杂也随残铝量增加而增多.随着固溶铝含量增加，MnS夹杂 增长变粗·随着残铝量增加，钢的力学性能变差，超低铝钢（≤0.005%AL)由于脱氧不 好、氧含量偏高，钢中夹杂物反而较多较大，夹杂物形态及分布也欠合理，故其性能亦欠 佳.因此，应将钢中残铝量控制在脱氧与化合氮所需的最佳范围内2~. 此外，残铝对35CNi,MoV钢的淬火亚结构与回火马氏体组织也有显著的影响，见图 5、表4.当残铝含量(AL)约为0.010%时，其淬火亚结构中位错马氏体最多、马氏体板条 最小，回火时析出的碳化物也最小，多呈球形无规则分布，故其力学性能最好；当残铝量大 于或小于0.010%A1时，其淬火亚结构中孪晶马氏体增多、马氏体板条增大，回火时析出的 碳化物增长变粗，出现了许多条状定向排列的碳化物，而且，随着残铝量增加，钢中固溶铝 含量随之增加，促进了碳化物析出，使碳化物总量与分量明显增多，钢的基体硬化，韧性下 降.以前的研究结果也表明，残铝量高于0.010%的铬镍钼钒钢在回火时会析出VC、A1,C 等颗粒，产生硬化效应，致使钢的冲击韧性与高温蠕变性能降低引. 4结论 (I)残铝对35CNi,MoV钢的室温拉伸性能σ6，oa20aE、R.和室温硬度HRC无 明显影响，而对其常低温冲击功、高温持久性能、冷脆转变温度均有显著影响·在A以为 0.005%~0.0052%范围内残铝对钢的断裂韧性没有明显的影响；但当残铝量高达0.249% 时便对其断裂韧性产生了明显的不良影响， (2)35CNi,MoV钢的最佳残铝量(Al,)为0.010%.当残铝量大于或小于0.010% 时，其常低温冲击功和高温持久性能下降、冷脆转变温度上升· (3)残铝通过对淬火亚结构、回火时析出的碳化物和夹杂物的类型、数量、尺寸和分布 形态的影响使钢的力学性能随残铝量的增减发生相应的变化，其最佳残铝量与钢中碳化物和 夹杂物的最佳状态相对应· 参考文献 1 Viswanathan R,Beck C G.Effect of Aluminum on the Stress Rupture Properties of Cr-Mo-V (下转428页)
VOI . 17 N 0 . 5 孙文 山 等: 残铝在 3父rN i 3M o V 钢中的 作用 3 讨论 铝 作为 强脱 氧剂 和 晶粒细 化 剂加人 钢 中 . 进 人钢 中的铝除部 分 固溶外 , 其余则 与钢 中氮 和 氧结合生成氮 化铝 、 氧 化铝 或复 合 氧化 物 等 , 当来 不及 从钢 液 中排 除 时这些物质便成 为钢 中夹杂 物 . 若松茂雄 等人 认 为 , 钢 中渗碳体 也 会溶人 少量 铝 , 其 量 与热处理 制度有 关 .l5] 本研究 结果 表 明 , 钢 中残 余 铝含量 与 氧含量 有 关 , 并 对夹 杂物 的数量 、 大小 、 形态和 分 布有 明显 的影 响 , 见表 1 一 3 、 图 4 . 当残铝 含 量 (从 ) 约 为 .0 0 10 % 时 , 试 验 钢 的夹杂 物 级别最低 , 显 微洁 净度 最高 , 夹杂物最 少 、 也 较小 , 多呈 颗粒 状均 匀分布 , 故其力学 性能最 好 . 随着 残 铝 量 增 加 , 钢 的 固溶 铝 含 量 也 明 显 增 加 , 夹杂 物 级 别 升 高 , 显 然 洁净 度 下 降 . 月 N 夹杂 明显 增 多 , 甚 至 在 高铝 钢 ( .0 249 %从) 中 出现 成 堆 的 AI N 脆 性 夹杂 . 呈条状 的 M ns 与呈链 状 的 lA 尹 3 脆 性夹 杂也 随残 铝量 增 加 而 增 多 . 随 着 固 溶 铝含 量 增 加 , M ns 夹 杂 增 长 变 粗 . 随 着残 铝量 增 加 , 钢 的 力学性 能 变差 . 超 低 铝 钢 ( 蕊 .0 0 5 % 从) 由于 脱 氧 不 好 、 氧含 量偏 高 , 钢 中夹 杂物反 而较 多较 大 , 夹杂 物 形 态及 分布 也欠 合 理 , 故 其 性 能亦 欠 佳 . 因此 , 应将钢 中残铝量 控制 在脱 氧 与化 合 氮所需 的最佳 范 围 内「2 一 4 .] 此外 , 残铝 对 3 5C iNr 3M o V 钢 的淬 火 亚 结构 与 回火 马 氏 体组 织 也 有 显 著的影 响 , 见 图 5 、 表 4 . 当残 铝含 量 ( lAS ) 约 为 0 .0 10 % 时 , 其淬火 亚结构 中位 错 马氏体最 多 、 马 氏体板 条 最 小 , 回火 时析 出 的碳化 物也最 小 , 多呈球形 无规则分布 , 故其力学性 能最 好; 当残铝量大 于 或 小于 .0 0 10 %从 时 , 其淬 火亚结构中孪晶马 氏体增多 、 马 氏体板条增大 , 回 火时析出的 碳化物增 长 变粗 , 出现 了许多条状定 向排列 的碳 化物 . 而且 , 随着残铝 量增 加 , 钢 中固溶铝 含量 随之增 加 , 促进 了碳 化物 析 出 , 使碳 化物 总量 与分量 明显增 多 , 钢 的基 体硬化 , 韧性下 降 . 以 前 的研究 结果也表 明 , 残铝量 高于 .0 0 10 % 的 铬 镍 钥钒 钢 在 回火 时 会析 出 vC 、 月厂 等 颗粒 , 产生硬 化效 应 , 致使钢 的冲击韧性 与高温蠕 变性 能降低 【’ , 3 .] 4 结论 ( l ) 残 铝对 3 5C irN 3M o v 钢 的室温拉伸性 能 a b 、 。 甩2 、 。 司」 、 E l 、 R 、 和 室 温 硬 度 H R C 无 明显 影 响 , 而对 其常 低 温 冲击 功 、 高 温持久 性 能 、 冷 脆转 变温 度均 有 显著影 响 . 在 从 为 .0 0 5 % 一 .0 0 5 2 % 范 围 内残铝对钢 的断裂韧 性没 有 明显 的影响 ; 但 当残铝量 高达 .0 2 49 % 时便 对其 断裂 韧性 产 生 了明显 的不 良影 响 . (2 ) 3 5C r N 1 3M o v 钢 的 最 佳 残 铝 量 ( lA s ) 为 .0 0 10 % . 当残 铝 量 大 于 或 小 于 0 . 0 10 % 时 , 其 常低 温冲击 功 和高 温持 久性 能下 降 、 冷脆 转变温 度上 升 . ( 3) 残 铝通 过对 淬火 亚结 构 、 回火 时析 出 的碳 化 物和夹杂 物的类 型 、 数量 、 尺寸 和分 布 形 态 的影 响使钢 的力 学性 能 随残 铝量 的增减 发生 相应 的变 化 , 其最佳 残 铝量 与钢 中碳 化物 和 夹杂物的最 佳状 态相 对应 . 参 考 文 献 V i s w a n a t h a n R , B e e k C G . E fe e t o f A l u 而 n u m o n th e St r es s R u P tu r e P r o P e r t i e s o f C r 一 M o 一 V ( 下转 4 2 8 页 )
Vol.17 No.5 孙文山等：残铝在3SCNi,MoV钢中的作用 417. 3讨论 铝作为强脱氧剂和晶粒细化剂加人钢中.进人钢中的铝除部分固溶外，其余则与钢中氮 和氧结合生成氮化铝、氧化铝或复合氧化物等，当来不及从钢液中排除时这些物质便成为钢 中夹杂物，若松茂雄等人认为，钢中渗碳体也会溶入少量铝，其量与热处理制度有关. 本研究结果表明，钢中残余铝含量与氧含量有关，并对夹杂物的数量、大小、形态和分 布有明显的影响，见表1~3、图4.当残铝含量(A1)约为0.010%时，试验钢的夹杂物 级别最低，显微洁净度最高，夹杂物最少、也较小，多呈颗粒状均匀分布，故其力学性能最 好·随着残铝量增加，钢的固溶铝含量也明显增加，夹杂物级别升高，显然洁净度下降， A1N夹杂明显增多，甚至在高铝钢(0.249%A1)中出现成堆的AIN脆性夹杂，呈条状的 MnS与呈链状的Al,O,脆性夹杂也随残铝量增加而增多.随着固溶铝含量增加，MnS夹杂 增长变粗·随着残铝量增加，钢的力学性能变差，超低铝钢（≤0.005%AL)由于脱氧不 好、氧含量偏高，钢中夹杂物反而较多较大，夹杂物形态及分布也欠合理，故其性能亦欠 佳.因此，应将钢中残铝量控制在脱氧与化合氮所需的最佳范围内2~. 此外，残铝对35CNi,MoV钢的淬火亚结构与回火马氏体组织也有显著的影响，见图 5、表4.当残铝含量(AL)约为0.010%时，其淬火亚结构中位错马氏体最多、马氏体板条 最小，回火时析出的碳化物也最小，多呈球形无规则分布，故其力学性能最好；当残铝量大 于或小于0.010%A1时，其淬火亚结构中孪晶马氏体增多、马氏体板条增大，回火时析出的 碳化物增长变粗，出现了许多条状定向排列的碳化物，而且，随着残铝量增加，钢中固溶铝 含量随之增加，促进了碳化物析出，使碳化物总量与分量明显增多，钢的基体硬化，韧性下 降.以前的研究结果也表明，残铝量高于0.010%的铬镍钼钒钢在回火时会析出VC、A1,C 等颗粒，产生硬化效应，致使钢的冲击韧性与高温蠕变性能降低引. 4结论 (I)残铝对35CNi,MoV钢的室温拉伸性能σ6，oa20aE、R.和室温硬度HRC无 明显影响，而对其常低温冲击功、高温持久性能、冷脆转变温度均有显著影响·在A以为 0.005%~0.0052%范围内残铝对钢的断裂韧性没有明显的影响；但当残铝量高达0.249% 时便对其断裂韧性产生了明显的不良影响， (2)35CNi,MoV钢的最佳残铝量(Al,)为0.010%.当残铝量大于或小于0.010% 时，其常低温冲击功和高温持久性能下降、冷脆转变温度上升· (3)残铝通过对淬火亚结构、回火时析出的碳化物和夹杂物的类型、数量、尺寸和分布 形态的影响使钢的力学性能随残铝量的增减发生相应的变化，其最佳残铝量与钢中碳化物和 夹杂物的最佳状态相对应· 参考文献 1 Viswanathan R,Beck C G.Effect of Aluminum on the Stress Rupture Properties of Cr-Mo-V (下转428页)
I O V . 7 0 1 N . 5 孙文 山 等 残铝在 : 父 3 N r i 3 o M 钢中的 作用 V 讨论 3 铝 作为 强脱 氧剂 和 晶粒细 化 剂加人 钢 中 . 进 人钢 中的铝除部 分 固溶外 , 其余则 与钢 中氮 和 氧结合生成氮 化铝 、 氧 化铝 或复 合 氧化 物 等 , 当来 不及 从钢 液 中排 除 时这些物质便成 为钢 中夹杂 物 . 若松茂雄 等人 认 为 , 钢 中渗碳体 也 会溶人 少量 铝 , 其 量 与热处理 制度有 关 .l5] 本研究 结果 表 明 , 钢 中残 余 铝含量 与 氧含量 有 关 , 并 对夹 杂物 的数量 、 大小 、 形态和 分 布有 明显 的影 响 , 见表 1 一 3 、 图 4 . 当残铝 含 量 (从 ) 约 为 .0 0 10 % 时 , 试 验 钢 的夹杂 物 级别最低 , 显 微洁 净度 最高 , 夹杂物最 少 、 也 较小 , 多呈 颗粒 状均 匀分布 , 故其力学 性能最 好 . 随着 残 铝 量 增 加 , 钢 的 固溶 铝 含 量 也 明 显 增 加 , 夹杂 物 级 别 升 高 , 显 然 洁净 度 下 降 . 月 N 夹杂 明显 增 多 , 甚 至 在 高铝 钢 ( .0 249 %从) 中 出现 成 堆 的 AI N 脆 性 夹杂 . 呈条状 的 M ns 与呈链 状 的 lA 尹 3 脆 性夹 杂也 随残 铝量 增 加 而 增 多 . 随 着 固 溶 铝含 量 增 加 , M ns 夹 杂 增 长 变 粗 . 随 着残 铝量 增 加 , 钢 的 力学性 能 变差 . 超 低 铝 钢 ( 蕊 .0 0 5 % 从) 由于 脱 氧 不 好 、 氧含 量偏 高 , 钢 中夹 杂物反 而较 多较 大 , 夹杂 物 形 态及 分布 也欠 合 理 , 故 其 性 能亦 欠 佳 . 因此 , 应将钢 中残铝量 控制 在脱 氧 与化 合 氮所需 的最佳 范 围 内「2 一 4 .] 此外 , 残铝 对 3 5C iNr 3M o V 钢 的淬 火 亚 结构 与 回火 马 氏 体组 织 也 有 显 著的影 响 , 见 图 5 、 表 4 . 当残 铝含 量 ( lAS ) 约 为 0 .0 10 % 时 , 其淬火 亚结构 中位 错 马氏体最 多 、 马 氏体板 条 最 小 , 回火 时析 出 的碳化 物也最 小 , 多呈球形 无规则分布 , 故其力学性 能最 好; 当残铝量大 于 或 小于 .0 0 10 %从 时 , 其淬 火亚结构中孪晶马 氏体增多 、 马 氏体板条增大 , 回 火时析出的 碳化物增 长 变粗 , 出现 了许多条状定 向排列 的碳 化物 . 而且 , 随着残铝 量增 加 , 钢 中固溶铝 含量 随之增 加 , 促进 了碳 化物 析 出 , 使碳 化物 总量 与分量 明显增 多 , 钢 的基 体硬化 , 韧性下 降 . 以 前 的研究 结果也表 明 , 残铝量 高于 .0 0 10 % 的 铬 镍 钥钒 钢 在 回火 时 会析 出 vC 、 月厂 等 颗粒 , 产生硬 化效 应 , 致使钢 的冲击韧性 与高温蠕 变性 能降低 【’ , 3 .] 4 结论 ( l ) 残 铝对 3 5C irN 3M o v 钢 的室温拉伸性 能 a b 、 。 甩2 、 。 司」 、 E l 、 R 、 和 室 温 硬 度 H R C 无 明显 影 响 , 而对 其常 低 温 冲击 功 、 高 温持久 性 能 、 冷 脆转 变温 度均 有 显著影 响 . 在 从 为 .0 0 5 % 一 .0 0 5 2 % 范 围 内残铝对钢 的断裂韧 性没 有 明显 的影响 ; 但 当残铝量 高达 .0 2 49 % 时便 对其 断裂 韧性 产 生 了明显 的不 良影 响 . (2 ) 3 5C r N 1 3M o v 钢 的 最 佳 残 铝 量 ( lA s ) 为 .0 0 10 % . 当残 铝 量 大 于 或 小 于 0 . 0 10 % 时 , 其 常低 温冲击 功 和高 温持 久性 能下 降 、 冷脆 转变温 度上 升 . ( 3) 残 铝通 过对 淬火 亚结 构 、 回火 时析 出 的碳 化 物和夹杂 物的类 型 、 数量 、 尺寸 和分 布 形 态 的影 响使钢 的力 学性 能 随残 铝量 的增减 发生 相应 的变 化 , 其最佳 残 铝量 与钢 中碳 化物 和 夹杂物的最 佳状 态相 对应 . 参 考 文 献 V i s w a n a t h a n R , B e e k C G . E fe e t o f A l u 而 n u m o n th e St r es s R u P tu r e P r o P e r t i e s o f C r 一 M o 一 V ( 下转 4 2 8 页 )
·428 北京科技大学学报 1995年No.5 的穿晶解理断口；添加少量钇（原子）(0.1%)时，合金断口仍是明显的穿晶解理断口，但 带有许多解理小平面；随着钇（原子）含量增加(05%)时，断口形貌呈穿晶解理与晶界 断裂混合断口.当钇（原子）含量增加到2.0%时，由于三元化合物在晶界大量析出，从而 导致TAl合金在晶界脆性断裂， 通过以上研究可知，适量钇的添加能减少合金中O、N等间隙原子、促进Y+x,层状组 织的形成和y晶粒的细化从而提高T1合金的室温断裂强度和塑性；但过量的钇的添加反 而会降低TiAl合金的室温强度和塑性，因此确定钇在TiAl合金中合适的添加量对改善TA1 合金的室温强度和塑性非常重要， 3结论 (I)钇的添加能改变TA1合金显微组织形貌，使TA1合金品粒细化，促进y+a,层状 组织的形成；当钇的添加超过其在TiA合金中的固溶度时，将在TiA!合金中形成新的稀 土三元化合物相. (2)适量的钇的添加能吸收TA1合金中O、N等间隙原子；但当钇添加量过多时，反 而会增加TiAI合金中O、N含量. (3)适量的钇（原子）（≤1.0%）能增加Ti1合金的室温强度和韧性，但过量的钇的 添加反而会降低TA1合金的室温强度和韧性， 参考文献 1 Naka S,Thomas M,Khan T.Potential and Prospects of Some Intermetallic Compounds for Structural Applications.MST,1992,8:291 2 Kimura M,Hashimoto K,Morikawa H.Study on Phase Stability in Ti-Al-X Systems at High Temperatures.Materials Science and Engineering,1992,A152:54 3 Kim Y W.Intermetallic Alloys Based on Gamma Titanium Aluminides.J Met,1989(1):24 4 Kawabata T,Tadano M,Izumi O.Effect of Purity and Second Phase on Ductility of TiAl.Scr Metall,1988,22:1725 ◇t⊙t⊙t⊙t⊙◇⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙ (上接417页) Steels.Metall Trans,1975,6A:1997 2 Hannerz N E.Critical Hot Plasticity and Transverse Cracking in Continuous Slab Casting with Particular Reference to Composition.Trans ISIJ,1985(2):149 3 JlaHckas K A,KyHxoBa JI B,ApoBo BB.BIIHAHHe IIpHMeCHbIx K JlerHpylowHx MHKpoloraBoK Ba CrpyxTpy n CBoicTBa Cr-Mo-V-CTaJH.MMTM,1985,1:15 4山村英明等.溶钢DA浓度仁士石介在物の组成变化七变形举动.铁上钢，1985(12)：1008 5若松茂雄，炭素钢方本U低合金钢中②微量7儿氵二子4刀状态分析.铁上钢，1971（⑧）：1360
· 4 28 一 北 京 科 技 大 学 学 报 19 95 年 N o . 5 的 穿晶解理 断口 ; 添加 少量 忆 ( 原子 ) ( 0 . 1 % ) 时 , 合金 断口 仍是 明显 的穿 晶解理 断口 , 但 带有许多 解理 小平 面 ; 随着 忆 ( 原子 ) 含量 增加 (.0 5 % ) 时 , 断 口 形 貌呈 穿 晶解 理 与 晶界 断裂混合断 口 . 当忆 (原子 ) 含 量增 加到 2 .0 % 时 , 由于三元 化合物在 晶界大量 析 出 , 从 而 导致 T i月 合金 在晶 界脆性 断裂 . 通过 以 上 研究 可知 , 适量 忆 的添 加能减少合金 中 0 、 N 等间 隙原子 、 促 进 下+ : : 层 状 组 织 的形成和 7 晶粒 的细 化从而提 高 T闪 合金的室 温断裂 强度 和 塑性 ; 但 过 量 的忆 的添 加 反 而 会降低 T IAI 合金 的室 温强 度和 塑性 . 因此确定 忆在 T闪 合金 中合适 的 添加 量 对改 善 T 口U 合金 的室 温强 度和 塑性 非 常重要 . 3 结论 ( l) 忆的添加 能改 变 T IAI 合 金显 微组 织形 貌 , 使 T闪 合 金 晶粒 细 化 , 促 进 下+ 戊 : 层状 组织 的形 成 ; 当忆 的 添加超 过其在 T l月 合 金 中 的 固 溶度 时 , 将 在 T IAI 合金 中形 成 新 的稀 土三 元化合物 相 . ( 2) 适量 的忆 的 添加 能吸 收 IT iA 合 金 中 O 、 N 等 间 隙 原 子 ; 但 当忆 添加 量 过 多 时 , 反 而 会增加 T闪 合金 中 O 、 N 含量 . ( 3) 适量 的 忆 (原子 ) ( 蕊 1 . 0 % ) 能 增 加 IT AI 合 金 的室 温 强 度 和 韧性 , 但 过量 的忆 的 添 加反而 会 降低 T IAI 合金 的室 温强 度和韧 性 . 参 考 文 献 N砍 a s , T h o am s M , K h a n T . P o t e n t i a l a n d P or s P e e st o f S o me I n t e mr e alt li e C o m P o u n d s fo r S t ucr t ur a l A P P li ca t i o ns . M S T , 1 99 2 , 8 : 29 1 K i m ur a M , H as h i om t o K , M o r ik a w a H . S t u d y o n P h as e S t a b i li t y i n T i 一 lA 一 X S ys t e ms a t H ig h eT m P e ar t u esr . M a te r i a is S e i e n e a nd En g i n e e r i n g , 19 9 2 , A 1 52 : 54 K i m Y W . I n t e mer at ll i e lA l o yS B a s e d o n G a ma T i t a n i u m lA u 而 n id es . J M e t , 19 89 ( l ) : 24 K a w a b a at T , T a d a n o M , I z u m i 0 . E fe e t o f P ur i ty a nd S eco n d P h a s e o n D u e t il i t y o f T IAI . S e r M e t a l l . 19 88 . 22 : 1 72 5 (上 接 4 17 页 ) S t e is . M e 认11 T ar ns , 1 9 75 , 6A : 19 9 7 2 Ha n n e rz N E . C ir t ica l H o t P l a s ti e i t y a dn T r a ns ve rs e C r a e k ign i n C o n t i n u o us S l a b C as ti n g iw t h P a rt i e ul a r R e fe re n ce t o C o m P o s i t i o n . T r a ns I S I J , 19 8 5 (2) : 14 9 3 几成 K a , K A , K y 几袱o B a 几 B , 只阳 B o 益 B B . B 月 H 匆 毗 fl p H碑 e 枷 x H 几 r 即yOI 坦取 M H K加加r a B o K 班 Cr P y 盆 T P y H Q o 盛e T B a C r 一 M o 一 V 一 C T a 月 H . M HT M , 198 5 , l : 15 4 山村英明等 . 溶钢。 【月」浓度忆 丈 石 介在物 。 组成 变化 七 变形 举动 . 铁 七钢 , 198 5 ( 1 2) : 1侧粥 5 若松茂雄 . 炭素钢 巧 丈 少低合 金钢中。 敬量 夕 儿 ￡“ 夕 人 。 状态分析 · 铁 七 钢 , 197 1(8) : 1划
