第11期 杨占兵等：含T1复合夹杂物对中碳非调质钢组织和力学性能的影响 。1097。 光体沿晶铁素体和部分晶内铁素体；3试样含0.022%Ti,5共试样含0.025%Ti两者组织形貌非 0.018%Ti和0.88%Mn,组织主要为珠光体和无常相似晶粒被明显细化，约10m,组织主要为珠 序分布的铁素体，铁素体组织比较粗大：4#试样含 光体和微细的晶内铁素体 50m 50m 50 um 图1热锻后空冷试样的金相显微组织.(a)1:(b)2秀(c)3(d)4并：(e)5# Fig1 Microstrutures of the samples after being forged and air-cooled,(a)1:(b)2年(c）3年(d4年：(e)s# Mn可以在同样的含碳量和冷却条件下使珠光 可看出：2“、4#和5#试样的屈服强度和抗拉强度与 体的相对量增加1☒，所以降低Mn含量会增加铁素 1#试样基本持平：3强度低于1#，是由于C、Si、Mn 体组织，又由于C含量相对较低因此3中铁素体 含量相对较低降低了Si和Mn的固溶强化作用， 所占比例较高、组织粗大.通过图1可见，随着Ti 与加入Tⅰ后晶粒细化提高强度的作用相抵消. 含量增加，组织细化，在4和5达到最佳.这是因 2一5试样的延伸率、断面收缩率明显高于1试 为加入Ti后形成钛氧化物，促进晶内铁素体形核， 样.当Mn含量约为1%时，冲击韧性会随着Mn含 从而细化组织.4和5#组织非常接近，化学成分只 量增加而提高19，因此2#(0.88%Mn)和3# 有Mn有较大区别，说明在1.14%~1.26%Mn的 (1.03%Mn)相对较低的Mn含量使其冲击功低于 范围内，Mn含量变化对组织没有明显影响. 1(1.24%Mn):4#和5#的冲击功接近，且分别比 2.2SEM和EDS对夹杂物和晶内铁素体分析 1提高488%和52.6%，说明加入Ti明显提高韧 利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对试样中 性：同时发现在1.14%~126%Mn范围内，Mn含 的夹杂物进行了观察分析，发现在尺寸为1m左右 量对冲击韧性没有影响. 的TiO-MnS型复合夹杂物周围形成了晶内铁素 表2力学性能测试结果 体.这是因为在钢液凝固和随后的冷却过程中，T Table 2 Mechanical properties of the tested steels 氧化物中存在的大量阳离子空位会从周围的基体中 试样屈服强度抗拉强度，延伸率断面收缩冲击功 吸收Mn元素，从而在Ti氧化物和奥氏体边界上形 号 G/M Pa G/M Pa 过% 率，P/% A/J 成贫锰区，由于Mn为奥氏体稳定元素，随着Mn含 1# 399.7 6863 15.1 35.5 43.0 量降低，铁素体生成温度提高，即增大了铁素体形核 2年 3883 673.3 23.2 51.5 33.7 的化学驱动能从而有利于生成晶内铁素体31， 3# 3553 617.3 23.3 521 33.2 图2所示为二次电子条件下在夹杂物A和B周围 45 3713 667.3 240 549 64.0 形成的晶内铁素体，以及夹杂物A和B的对应 5 4057 689.0 227 522 65.6 能谱. 2.3力学性能测试 据文献15报道，在0.015%~0.040%Ti的 室温拉伸和冲击实验结果如表2.从表中数据 范围内，晶内铁素体组织含量不会有明显变化.结光体, 沿晶铁素体和部分晶内铁素体 ;3 #试样含 0.018 %Ti 和 0.88 %M n , 组织主要为珠光体和无 序分布的铁素体 , 铁素体组织比较粗大;4 #试样含 0.022 % Ti , 5 #试样含 0.025 % Ti ,两者组织形貌非 常相似, 晶粒被明显细化 ,约 10 μm , 组织主要为珠 光体和微细的晶内铁素体. 图 1 热锻后空冷试样的金相显微组织.(a)1 #;(b)2 #;(c)3 #;(d)4 #;(e)5 # Fig.1 Microstructures of the sampl es after being forged and air-cooled:(a)1 #;(b)2 #;(c)3 #;(d)4 #;(e)5 # M n 可以在同样的含碳量和冷却条件下使珠光 体的相对量增加[ 12] , 所以降低 M n 含量会增加铁素 体组织 ,又由于 C 含量相对较低, 因此 3 #中铁素体 所占比例较高、组织粗大.通过图 1 可见, 随着 Ti 含量增加, 组织细化, 在 4 #和 5 #达到最佳.这是因 为加入 Ti 后形成钛氧化物 ,促进晶内铁素体形核 , 从而细化组织.4 #和 5 #组织非常接近, 化学成分只 有M n 有较大区别 , 说明在 1.14 %～ 1.26 % Mn 的 范围内,M n 含量变化对组织没有明显影响 . 2.2 SEM 和 EDS 对夹杂物和晶内铁素体分析 利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对试样中 的夹杂物进行了观察分析 ,发现在尺寸为 1μm 左右 的 Ti-O-M nS 型复合夹杂物周围形成了晶内铁素 体.这是因为在钢液凝固和随后的冷却过程中, Ti 氧化物中存在的大量阳离子空位会从周围的基体中 吸收 M n 元素 ,从而在 Ti 氧化物和奥氏体边界上形 成贫锰区 ,由于 M n 为奥氏体稳定元素 ,随着 M n 含 量降低,铁素体生成温度提高 ,即增大了铁素体形核 的化学驱动能, 从而有利于生成晶内铁素体[ 3, 13] . 图2 所示为二次电子条件下在夹杂物 A 和 B 周围 形成的晶内铁素体 , 以及夹杂物 A 和 B 的对应 能谱 . 2.3 力学性能测试 室温拉伸和冲击实验结果如表 2 .从表中数据 可看出:2 #、4 #和 5 #试样的屈服强度和抗拉强度与 1 #试样基本持平 ;3 #强度低于 1 # ,是由于 C 、Si 、Mn 含量相对较低, 降低了 Si 和 M n 的固溶强化作用, 与加入 Ti 后晶粒细化提高强度的作用相抵消. 2 # ～ 5 #试样的延伸率 、断面收缩率明显高于 1 #试 样 .当 M n 含量约为 1 %时 ,冲击韧性会随着 M n 含 量增加而提高[ 14] , 因此 2 #(0.88 % M n)和 3 # (1.03 %M n)相对较低的 M n 含量使其冲击功低于 1 #(1.24 %Mn);4 #和 5 #的冲击功接近 , 且分别比 1 #提高 48.8 %和 52.6 %, 说明加入 Ti 明显提高韧 性 ;同时发现在 1.14 %～ 1.26 %Mn 范围内,M n 含 量对冲击韧性没有影响 . 表 2 力学性能测试结果 Tabl e 2 Mechanical properties of the tested steels 试样 号 屈服强度, σs /M Pa 抗拉强度, σb /M Pa 延伸率, δ/ % 断面收缩 率, φ/ % 冲击功, A kv / J 1 # 399.7 686.3 15.1 35.5 43.0 2 # 388.3 673.3 23.2 51.5 33.7 3 # 355.3 617.3 23.3 52.1 33.2 4 # 371.3 667.3 24.0 54.9 64.0 5 # 405.7 689.0 22.7 52.2 65.6 据文献[ 15] 报道, 在 0.015 %～ 0.040 % Ti 的 范围内,晶内铁素体组织含量不会有明显变化 .结 第 11 期 杨占兵等:含 Ti 复合夹杂物对中碳非调质钢组织和力学性能的影响 · 1097 ·