[D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2006.03.009 第28卷第3期 北京科技大学学报 Vol.28 No.3 2006年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2006 非调质钢中钛脱氧产物析出行为 宋 波1)毛璟红2》王福明1)罗志涛1)杨颖1)杨占兵1) 1)北京科技大学冶金与生态学院.北京1000832)北京科技大学材料学院，北京100083 摘要从氧化物冶金的观点从发，利用扫描电镜和图像分析仪研究了非调质钢加钛脱氧后钢液 中夹杂物的形貌、组成和尺寸分布以及孕育时间对夹杂的影响，并考察了加钛前后钢的组织变化 结果表明：钛的脱氧产物都可成为硫化锰夹杂的形核核心；此类夹杂物呈细小弥散析出，适当的孕 育时间可使夹杂细化；加钛后，钢的组织细化 关键词氧化物冶金；非调质钢；夹杂物；尺寸分布 分类号TF703.5;TF762,3 70年代的石油危机，对汽车行业的用材和工 化钛颗粒能起到作为有益质点，细化晶粒，提高钢 艺产生了强烈的影响，能否省去耗能很高的调质 材强韧性的作用一氧化物冶金，但其作用机理 工序成为亟待解决的问题)，非调质钢的出现解 不甚清楚.因此，本文针对汽车用非调质钢，在一 决了此问题.非调质钢是在中碳钢中通过添加微 定洁净度条件下，通过钢中加钛脱氧，研究脱氧产 量合金元素（如Nb,V,T)及控轧（锻）控冷，使之 物的析出行为和影响因素，为非调质钢中钛氧化 在轧（锻）后不经调质处理即可获得合金调质处理 物冶金应用提供依据 后所能达到的力学性能.它省去了热处理工序 1 (淬火和高温回火)，是节能、高效、环保的“绿色钢 实验 材”，但最大的缺点是韧性差 参照微合金非调质钢国家标准 有些文献指出，钢中加入金属钛，通过控制条 (GF40 SiMnVS),实验所用原料成分见表1. 件，能产生弥散、细小的氧化钛颗粒26】.这些氧 实验在高温钼丝炉内进行.将装有400g实 表1非调质钢的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the non-quenched and tempered steel % Si Mn P Ni Cr 0 N 0.35 0.20 1.45 0.016 0.03 0.05 0.002 0.045 0.0024 0.0070 验原料的氧化铝坩埚放入高温炉内，通电加热升 用配有能谱仪的扫描电子显微镜对夹杂物进行成 温.炉内通氩气保护，用双铂铑(PtRh30-PtRh6) 分分析并观察形貌.用扫描电镜结合Qwin图像 热电偶配合一台DWK-702精密温度控制仪控制 分析仪测定试样中的夹杂物颗粒尺寸及分布.用 炉温，控温精度±2℃.钢料加热至1600℃熔化 金相显微镜观察1200℃淬火锻后组织. 后，加入含钛量范围为0.0083%~0.0255%的铁 钛合金或电解钛进行脱氧处理，然后保温孕育若 2实验结果与分析 干时间，分别用石英管取样，随后断电钢液随炉冷 2,1钢中夹杂物形貌和组成的分析 却.温度降至1200℃时，取出坩埚淬火，得到 利用扫描电镜(SEM)与能谱仪(EDS),对试 1200℃淬火试样 样中的夹杂物进行形貌和组成分析.从分析结果 熔炼的钢样经加工、清洗处理后制成金相样， 中可以看出，未加钛的原始样中夹杂主要为硫化 锰夹杂（如图1），同时还有少量的单个氧化铝夹 收稿日期：20050607修回日期：2005-0906 基金项目：教育部博士点基金资助项目(No.20030008010) 杂（如图2）和硫化锰在氧化铝析出的复合夹杂 作者简介：宋波(1963一).男，教授，博士 (如图3).第 2 8 卷 第 3 期 2 0 0` 年 3 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n la o f U n ive rs i t y o f Sc i e n ce a n d T e e h no l o g y 砚对i n g V o l . 2 8 N O 。 3 M ra . 2 0 0 6 非调质钢 中钦脱氧产物析出行 为 宋 波 ` ) 毛绿 红 2) 王 福 明 ` ) 罗志 涛 ` ) 杨 颖 ` ) 杨 占 兵 l) l )北京科技大学冶 金与生 态 学院 , 北京 10 0 0 8 3 2 ) 北京科技大学材料学院 , 北京 1 0 00 8 3 摘 要 从氧化物 冶金的观点从发 , 利用扫描 电镜和 图像分析仪研究 了非调质钢加钦脱氧后 钢液 中夹杂物的形貌 、 组成和尺寸分布以 及孕育时间对夹杂的影响 , 并考察 了加钦前后钢 的组 织变化 . 结果表明 : 钦的脱氧产物都可成为硫化锰夹杂的形核核心 ;此类 夹杂 物呈 细小弥散析 出 , 适当的孕 育时间可使夹杂细化 ; 加钦后 , 钢的组织细化 . 关键词 氧化物冶金 ; 非调质钢 ; 夹杂物 ; 尺寸分布 分类号 T F 7 0 3 . 5 ; T 7F 6 2 + . 3 70 年代的石油危 机 , 对汽 车行 业 的用材 和工 艺产生 了强 烈的影 响 , 能 否 省去 耗能 很高 的调 质 工序成为 函待 解 决 的问题 川 , 非 调质 钢 的 出现 解 决 了此 问题 . 非调质钢 是在 中碳钢 中通 过添 加微 量合金元 素( 如 N b , V , iT ) 及 控 轧 ( 锻 ) 控冷 , 使 之 在轧 (锻 ) 后 不经调质处 理即可 获得 合金调 质处理 后 所 能 达 到 的力 学 性 能 它 省 去 了热 处 理 工 序 (淬火和高温 回火 ) , 是节 能 、 高效 、 环保的 “ 绿色 钢 材 ” , 但 最大的缺 点是韧性 差 . 有些文献指 出 , 钢中加入金属钦 , 通过控制条 件 , 能产 生弥散 、 细 小 的氧化 钦 颗粒 工2一 这 些 氧 化 钦颗粒能起 到作为有 益质点 , 细 化晶粒 , 提 高钢 材强韧性 的 作用— 氧化 物 冶金 , 但 其 作 用机理 不甚 清楚 . 因此 , 本文针对 汽车 用非调 质钢 , 在 一 定洁净度条 件下 , 通过 钢中加钦脱 氧 , 研 究脱氧产 物的析 出行 为和 影 响 因素 , 为非 调质 钢 中钦 氧化 物冶金 应用提供 依据 . 1 实验 参 照 微 合 金 非 调 质 钢 国 家 标 准 ( G 4F 0 SI M n v )S , 实验 所用原料 成分见表 1 . 实验在 高温钥丝炉 内进行 . 将装有 4 0 9 实 表 1 非调质钢的 化学成分 (质工分数 ) aT b l e 1 C h e 而ca l co m l犯s it i o n o f t h e no -n q ue n c h de a dn et m 碑r de s te l % C 5 1 M n P N i C r AI 5 O N 0 . 3 5 0 . 2 0 1 . 4 5 0 . 0 1 6 0 . 0 3 0 . 0 5 0 . 0 0 2 0 . 04 5 0 . 0 0 2 4 0 . 0 0 7 0 验原 料的氧化 铝增 祸 放入 高 温炉 内 , 通 电加热升 温 . 炉 内通 氢气 保护 , 用 双 铂 锗 ( R R h 3。 一 R R 坑) 热 电偶 配合一 台 I〕W K 一7 0 2 精密温度控制 仪控 制 炉温 , 控温精 度 土 2 ℃ . 钢料 加热 至 1 6 0 ℃ 熔 化 后 , 加 入含钦量 范围为 0 . 0 0 8 3 % 一 0 . 0 2 5 5 % 的铁 钦合金 或电解钦 进 行脱 氧 处理 , 然后 保 温孕 育 若 干时 间 , 分别用石英管取样 , 随后断 电钢 液随炉冷 却 . 温 度降 至 1 2 0 0 ℃ 时 , 取 出 增 涡 淬 火 , 得 到 1 2 0 0 ℃ 淬火 试样 , 熔炼的钢样经 加工 、 清洗 处理后制成金相样 , 收稿 8 期 : 20 0 5习 6 一 0 7 修回 B 期 : 2 0 0 5刃9一6 荃金项 目 : 教育部博士点基金资助项 目( N 。 . 2 00 3 0 0 0 8 0 1田 作者简介 : 宋波 ( 1 9 6 3一 ) , 男 , 教授 , 博士 用配有 能谱仪 的扫 描 电子显 微镜对 夹杂物进行 成 分分析并观察形 貌 . 用扫 描 电镜结 合 Q w in 图像 分析仪测 定试 样 中的夹杂物 颗粒 尺寸及 分布 . 用 金相显微镜观察 1 2 0 ℃ 淬火 锻后组织 . 2 实验结果与分析 2 . 1 钢中夹杂 物形貌和组 成的分析 利用扫描 电镜 ( S E M ) 与能谱仪 ( E D )S , 对 试 样 中的夹杂物进行形貌 和组成 分析 . 从 分析结 果 中可 以 看 出 , 未 加 钦的 原 始样 中夹 杂 主要 为硫 化 锰 夹杂 ( 如 图 1) , 同时 还 有少 量 的单个 氧化 铝 夹 杂 (如 图 2 ) 和 硫 化 锰 在 氧 化 铝 析 出 的 复 合 夹 杂 ( 如 图 3 ) . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 03. 009