D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1995.06.005 第17卷第6期 北京科技大学学报 Vol.17 No.6 1995年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1995 添加剂对悬浮浇注钢夹杂物及力学性能的影响 翟启杰1)杜怀生2) )北京科技大学治金系，北京1000832)沈阳工业大学材料工程系，沈阳110021 摘要研究了悬浮浇注钢坏时加入稀土、铝、锰等元素对钢中非金属夹杂物及钢坏力学性能的 影响.结果表明，稀土、铝和锰均可有效地改善夹杂物的形态、尺寸和分布，使钢坯塑韧性提高，其 中以稀土和铝的作用更为明显.它们在钢液中与氧反应，形成大量分散细小的氧化物颗粒，使夹 杂物的有害作用降低。当稀土以一号稀土合金形式加入时，造成夹杂物偏聚，使钢的力学性能恶化， 关键词夹杂物，力学性质/添加元素，悬浮浇注 中图分类号TF775.TG142.1 Effect of Additive Elements on Inclusions and Mechanical Properties of Suspension Casting Steel Zhai Qijie Du Huaishen? I)Department of Matellurgy,USTB.Beijing 100083.PRC 2)Department of Materials Engineering.SPU.Shenyang 110021.PRC ABSTRACT The effect of the additon of RE,Al,Mn on the inclusions and mechanica! properties of suspension casting steel is studied.The results show that the morphology. size,and distribution of inclusions in suspension casting steel are improved,and the plasticity,the tenacity of steel are increased by the additon of RE,Al,or Mn during pouring. The effect of RE or Al is more remarkable than that of Mn.RE or Al is reacted with O:in molten steel and the large amont of oxide small in size is formed.so that the harmful influence of inclusions is decreased.When RE is added in the form of No.I RE alloy,the inclusions may accumulate,and the mechanical properties of steel deteriorate. KEY WORDS inclusions,mechanical properties/additive elements.suspension casting 悬浮浇注法可以有效地改善钢锭的凝固特性和组织，提高其力学性能·但是，在悬浮 浇注中，由于悬浮剂的加人，造成钢液中氧和硫等有害元素含量提高，致使钢锭中非金属夹杂 物增多，影响了悬浮浇注的效果·本文研究了在悬浮浇注时加人铝、稀土和锰等元素对钢 中非金属夹杂物及力学性能的影响，得到一些有利于改善钢性能的结果，旨在为生产中合理 制订悬浮浇注工艺提供参考依据· 1994-04-21收稿第一作者男35岁副教授博士
第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 姚 年 月 瓦犯 竺延巧 添加剂 对悬浮 浇注钢夹杂物及力学性 能的影 响 翟启杰 ， 杜怀生 北 京 科 技大 学 冶 金 系 ， 北京 仪犯 沈 阳 工 业大学 材 料 工 程 系 ， 沈 阳 摘要 研 究 了 悬 浮 浇 注 钢 坯 时 加 入 稀 土 、 铝 、 锰 等 元 素 对钢 中非金 属 夹杂物及 钢坯 力学性 能 的 影 响 结果表 明 ， 稀 土 、 铝 和 锰均可 有效地 改 善夹杂物的形态 、 尺 寸和 分布 ， 使钢坯 塑 韧性提 高 ， 其 中以 稀 土 和 铝 的作用 更 为明显 它们在钢液 中与氧反应 ， 形成大量分 散细 小 的 氧 化 物 颗 粒 ， 使夹 杂物 的有 害作 用 降低 当稀 土 以 一号稀 土合金形式加入时 ， 造成夹杂物 偏聚 ， 使钢 的 力学性 能恶 化 关 键词 夹杂物 ， 力 学性质 添加元素 ， 悬浮浇注 中图 分类号 ， 扛 叮 ’ ” 众 任卿 ， ， 仪刃 ， 块 ， ， ， ， ， 蓝℃ 而 以 渭 甲 ， 滋 ， 往” ， ， ， ， 汇 刀。 笼 淡 浏 波 ， 艾笼 刀 ， ， 以 粥 ， 尽 ， 哪 悬浮 浇 注法 可以 有 效地 改 善钢锭 的凝 固特性 和组织 ， 提 高 其 力 学 性 能 但 是 ， 在 悬 浮 浇 注 中 ， 由于 悬 浮剂 的加人 ， 造成 钢液 中氧和硫等有害元素含量提高 ， 致使钢锭 中非金属夹杂 物增 多 ， 影 响 了悬 浮 浇 注 的效果 本 文研究 了在悬 浮浇注 时加人 铝 、 稀 土 和 锰 等 元 素 对钢 中非金 属 夹杂物及 力 学性 能 的影 响 ， 得 到 一 些有 利于 改善钢性 能 的结 果 ， 旨在 为生 产 中合理 制 订悬浮 浇 注工 艺提 供 参考依 据 望科 一 汉 一 收 稿 第一 作 者 男 岁 副教 授 博 士 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1995．06．005
Vol.17 No.6 翟启杰等：添加剂对悬浮浇注钢夹杂物及力学性能的影响 .521. 1实验方法 采用电弧炉熔炼ZG35钢.用铝终脱氧，悬浮剂采用40~100目铁粉，其含氧量为0.52%， 含硫量为0.024%.添加元素选用纯度大于97%的纯铝粉，纯度大于95%的混合稀土，含 锰75%的工业锰铁，以及含稀土20%的一号稀土合金. 图1为浇注时的合箱图，铸型采用水玻璃石灰石砂干型·浇注时钢水由浇口杯引 入，当钢水流入悬浮杯后，将混有添加元素的悬浮剂匀速加人悬浮杯中，使其与钢水均匀 混合后一起进入型腔.浇注温度为1560±10℃，悬浮剂加入量为2.0%.阶梯试块尺寸及 取样位置见图2.整个实验在生产现场进行， -100一 -70- 图1合箱图 图2阶梯试块尺寸 1浇口杯，2悬浮杯；3阶梯试块；4冒口 图中虚线为取样位置 2 实验结果 实验结果列于表1.在100倍金相显微镜下观察加入不同添加元素时钢中的夹杂物形 态、数量及分布.发现在不加人添加元素的对比试样中，夹杂物颗粒较大，数量较多，且 多分布于晶品界，其等级为3级·加入混合稀土后夹杂物数量减少，尺寸减小，形状圆整， 且分布得到改善.当稀土加入量为0.08%时，可使夹杂物等级降低0.5~1级.一号稀土 合金虽然也能使夹杂物等级降低，但试样中局部有夹杂物偏聚现象，这无疑对铸坯性能产生 影响，铝可以使夹杂物数量明显减少，尺寸减小，但夹杂物形状几乎没有变化.加入0.1% 铝，可使夹杂物等级降低0.5~1级.铝和少量一号稀土合金同时加入，夹杂物数量和尺寸 虽然明显减少，但同单独加入一号稀土合金相似，同样会出现局部偏聚现象·锰对夹杂物也 有一定的改善作用，但其作用效果不如稀土和铝显著，锰的加入量控制在025%~0.30%， 可使夹杂物等级降低0.5级. 力学性能测定表明，上述添加元素对钢的强度并无明显影响，但其塑韧性却明显提 高.其中混合稀土可使冲击韧性提高8%~13%.断面收缩率提高5%~6%；铝使冲击韧性提 高2%~21%，断面收缩率提高11%~16%；锰使冲击韧性提高4%~9%，断面收缩率提高3%~ 38%.一号稀土合金不论是单独加入还是与铝混合加人，都使冲击韧性和断面收缩率降低
翟启杰等 添加剂 对悬 浮浇注钢夹杂物及 力学性 能的影 响 实验方法 采 用 电弧炉 熔炼 钢 ， 用铝终脱氧 悬浮剂采用 一 目铁粉 ， 其 含 氧量 为 ， 含硫 量 为 添加元 素选用 纯 度 大 于 的 纯 铝 粉 ， 纯 度 大 于 的 混 合 稀 土 ， 含 锰 的工 业锰铁 ， 以 及含稀 土 的一 号稀 土合金 图 为 浇 注 时 的合 箱 图 铸 型 采 用 水 玻 璃 石 灰 石 砂 干 型 浇 注 时 钢 水 由 浇 口 杯 引 人 ， 当钢 水 流人悬 浮杯后 ， 将混有添加 元 素 的悬 浮剂匀速加人悬 浮 杯 中 ， 使 其 与 钢 水 均 匀 混合后 一起 进入型腔 浇注温度 为 巧 士 ℃ ， 悬浮剂加人 量 为 阶梯 试 块 尺 寸 及 取 样位 置 见 图 整 个实验在 生 产现 场进行 图 合箱 图 浇 口 杯 悬浮杯 阶梯试块 冒 口 图 阶梯试块尺 寸 图 中虚线 为取样位置 实验结 果 实验 结果 列 于 表 在 倍金 相 显 微 镜 下 观 察 加 人 不 同添 加 元 素 时 钢 中 的 夹 杂 物 形 态 、 数 量 及分 布 发现在不加 入添加元 素的对 比试样 中 ， 夹杂 物 颗 粒 较 大 ， 数 量 较 多 ， 且 多分 布 于 晶界 ， 其 等级 为 级 加 人 混 合 稀 土后 夹 杂 物 数 量 减 少 ， 尺 寸 减 小 ， 形 状 圆整 ， 且分布得 到 改善 当稀 土加 人量 为 时 ， 可使 夹 杂 物 等 级 降低 一 级 一 号 稀 土 合金虽 然也 能使 夹杂物等级 降低 ， 但 试样 中局 部 有夹杂物偏 聚现象 ， 这 无疑 对铸坯性 能产生 影 响 铝 可 以 使夹杂物 数量 明显减少 ， 尺 寸减小 ， 但夹杂 物 形 状 几 乎 没 有 变 化 加 人 铝 ， 可 使夹杂物等 级 降低 一 级 铝和 少量 一号稀 土合金 同时加 人 ， 夹 杂物数量 和 尺 寸 虽然 明显减少 ， 但 同单独加 入 一 号稀 土合金相 似 ， 同样 会 出现局 部 偏 聚现象 锰 对夹杂物也 有一 定 的改善作 用 ， 但 其作用 效果 不 如稀 土和 铝显著 锰 的加 人 量 控 制 在 一 可 使夹杂 物等级 降低 级 力 学 性 能 测 定 表 明 ， 上 述 添 加 元 素 对钢 的强 度 并 无 明 显 影 响 ， 但 其 塑 韧 性 却 明显 提 高 其 中混合稀土可使冲击韧性提高 一 ， 断面收缩率提高 一 铝 使冲击 韧性提 高 一 ， 断面收缩率提高 一 锰使冲击切以提高 一 ， 断面收缩率提高 一 一号稀 土合金不论是单 独加人还 是 与铝混 合加人 ， 都使 冲 击 韧 性 和 断 面 收 缩 率 降低
翟启杰等 添加剂 对悬 浮浇注钢夹杂物及 力学性 能的影 响 实验方法 采 用 电弧炉 熔炼 钢 ， 用铝终脱氧 悬浮剂采用 一 目铁粉 ， 其 含 氧量 为 ， 含硫 量 为 添加元 素选用 纯 度 大 于 的 纯 铝 粉 ， 纯 度 大 于 的 混 合 稀 土 ， 含 锰 的工 业锰铁 ， 以 及含稀 土 的一 号稀 土合金 图 为 浇 注 时 的合 箱 图 铸 型 采 用 水 玻 璃 石 灰 石 砂 干 型 浇 注 时 钢 水 由 浇 口 杯 引 人 ， 当钢 水 流人悬 浮杯后 ， 将混有添加 元 素 的悬 浮剂匀速加人悬 浮 杯 中 ， 使 其 与 钢 水 均 匀 混合后 一起 进入型腔 浇注温度 为 巧 士 ℃ ， 悬浮剂加人 量 为 阶梯 试 块 尺 寸 及 取 样位 置 见 图 整 个实验在 生 产现 场进行 图 合箱 图 浇 口 杯 悬浮杯 阶梯试块 冒 口 图 阶梯试块尺 寸 图 中虚线 为取样位置 实验结 果 实验 结果 列 于 表 在 倍金 相 显 微 镜 下 观 察 加 人 不 同添 加 元 素 时 钢 中 的 夹 杂 物 形 态 、 数 量 及分 布 发现在不加 入添加元 素的对 比试样 中 ， 夹杂 物 颗 粒 较 大 ， 数 量 较 多 ， 且 多分 布 于 晶界 ， 其 等级 为 级 加 人 混 合 稀 土后 夹 杂 物 数 量 减 少 ， 尺 寸 减 小 ， 形 状 圆整 ， 且分布得 到 改善 当稀 土加 人量 为 时 ， 可使 夹 杂 物 等 级 降低 一 级 一 号 稀 土 合金虽 然也 能使 夹杂物等级 降低 ， 但 试样 中局 部 有夹杂物偏 聚现象 ， 这 无疑 对铸坯性 能产生 影 响 铝 可 以 使夹杂物 数量 明显减少 ， 尺 寸减小 ， 但夹杂 物 形 状 几 乎 没 有 变 化 加 人 铝 ， 可 使夹杂物等 级 降低 一 级 铝和 少量 一号稀 土合金 同时加 人 ， 夹 杂物数量 和 尺 寸 虽然 明显减少 ， 但 同单独加 入 一 号稀 土合金相 似 ， 同样 会 出现局 部 偏 聚现象 锰 对夹杂物也 有一 定 的改善作 用 ， 但 其作用 效果 不 如稀 土和 铝显著 锰 的加 人 量 控 制 在 一 可 使夹杂 物等级 降低 级 力 学 性 能 测 定 表 明 ， 上 述 添 加 元 素 对钢 的强 度 并 无 明 显 影 响 ， 但 其 塑 韧 性 却 明显 提 高 其 中混合稀土可使冲击韧性提高 一 ， 断面收缩率提高 一 铝 使冲击 韧性提 高 一 ， 断面收缩率提高 一 锰使冲击切以提高 一 ， 断面收缩率提高 一 一号稀 土合金不论是单 独加人还 是 与铝混 合加人 ， 都使 冲 击 韧 性 和 断 面 收 缩 率 降低
翟启杰等 添加剂 对悬 浮浇注钢夹杂物及 力学性 能的影 响 实验方法 采 用 电弧炉 熔炼 钢 ， 用铝终脱氧 悬浮剂采用 一 目铁粉 ， 其 含 氧量 为 ， 含硫 量 为 添加元 素选用 纯 度 大 于 的 纯 铝 粉 ， 纯 度 大 于 的 混 合 稀 土 ， 含 锰 的工 业锰铁 ， 以 及含稀 土 的一 号稀 土合金 图 为 浇 注 时 的合 箱 图 铸 型 采 用 水 玻 璃 石 灰 石 砂 干 型 浇 注 时 钢 水 由 浇 口 杯 引 人 ， 当钢 水 流人悬 浮杯后 ， 将混有添加 元 素 的悬 浮剂匀速加人悬 浮 杯 中 ， 使 其 与 钢 水 均 匀 混合后 一起 进入型腔 浇注温度 为 巧 士 ℃ ， 悬浮剂加人 量 为 阶梯 试 块 尺 寸 及 取 样位 置 见 图 整 个实验在 生 产现 场进行 图 合箱 图 浇 口 杯 悬浮杯 阶梯试块 冒 口 图 阶梯试块尺 寸 图 中虚线 为取样位置 实验结 果 实验 结果 列 于 表 在 倍金 相 显 微 镜 下 观 察 加 人 不 同添 加 元 素 时 钢 中 的 夹 杂 物 形 态 、 数 量 及分 布 发现在不加 入添加元 素的对 比试样 中 ， 夹杂 物 颗 粒 较 大 ， 数 量 较 多 ， 且 多分 布 于 晶界 ， 其 等级 为 级 加 人 混 合 稀 土后 夹 杂 物 数 量 减 少 ， 尺 寸 减 小 ， 形 状 圆整 ， 且分布得 到 改善 当稀 土加 人量 为 时 ， 可使 夹 杂 物 等 级 降低 一 级 一 号 稀 土 合金虽 然也 能使 夹杂物等级 降低 ， 但 试样 中局 部 有夹杂物偏 聚现象 ， 这 无疑 对铸坯性 能产生 影 响 铝 可 以 使夹杂物 数量 明显减少 ， 尺 寸减小 ， 但夹杂 物 形 状 几 乎 没 有 变 化 加 人 铝 ， 可 使夹杂物等 级 降低 一 级 铝和 少量 一号稀 土合金 同时加 人 ， 夹 杂物数量 和 尺 寸 虽然 明显减少 ， 但 同单独加 入 一 号稀 土合金相 似 ， 同样 会 出现局 部 偏 聚现象 锰 对夹杂物也 有一 定 的改善作 用 ， 但 其作用 效果 不 如稀 土和 铝显著 锰 的加 人 量 控 制 在 一 可 使夹杂 物等级 降低 级 力 学 性 能 测 定 表 明 ， 上 述 添 加 元 素 对钢 的强 度 并 无 明 显 影 响 ， 但 其 塑 韧 性 却 明显 提 高 其 中混合稀土可使冲击韧性提高 一 ， 断面收缩率提高 一 铝 使冲击 韧性提 高 一 ， 断面收缩率提高 一 锰使冲击切以提高 一 ， 断面收缩率提高 一 一号稀 土合金不论是单 独加人还 是 与铝混 合加人 ， 都使 冲 击 韧 性 和 断 面 收 缩 率 降低