贺宝等：电渣重熔过程冷却强度对含镁H13钢中碳化物的影响 ·1725· MC型碳化物开始析出，917℃开始析出M,C,,885℃ 数如表3所示.由表3可以看出，随着冷却强度增 开始析出MC,796℃开始析出M2C。;796℃时，M,C3 加，钢中镁含量增加，从而有利于镁对钢中夹杂物的 已经呈下降的趋势并且在756℃消失，M,C:及M2C均 改性 会在凝固过程中消失.因此，铸态中可存在的碳化物 表3电渣重熔前后钢中镁的质量分数 类型为MC,MC6及M,C. Table 3 Mass fraction of magnesium in the steel before and after the 采用电解方法提取碳化物粉末，经X射线检测结 electroslag remelting process 果如图7(b)所示.铸锭中碳化物有VC,型，没有发现 冷却强度/(Lh) 原电极 电渣锭 含Cr和Mo类型的碳化物.这可能是由于含Mo和Cr 400 0.0026 0.0009 碳化物的量非常少，所以衍射峰值不明显。结合热力 800 0.0026 0.0009 学软件Thermo-calc与X射线衍射分析结果可以确定 1200 0.0026 0.0012 铸态H13钢中碳化物主要是VC,并且同时有VC、 CrC,及Mo,C型碳化物存在，而且随着冷却强度的改 研究发现团，钢中微量镁产生的Mg0·AL,0,会促 变碳化物的类型并没有发生改变 进钢中一次碳化物异质形核，从而可以减轻碳化物的 2.5镁在电渣重熔过程中对碳化物的影响 偏聚.Mg会以MgO·A山，O,夹杂物的形式存在，而MgO· H13钢中镁的溶解度约为0.05%，在母电极 Al,O,会促进TiN的析出，Mg0·AL2O,和TiN之间有良 中镁的质量分数为0.0026%，远小于镁在H13钢中 好的晶格结构聚合性.图8显示在铸态发现的 的溶解度，所以镁只会以原子传质形式进行传递.在 Mg0·A山，O,和TiN的复合生长，以及以Mg0·A山，0，和 电极端头、穿过渣池时钢液中镁会以氧化烧损和以 TN为形核核心的碳化物.该类碳化物的尺寸大约在 夹杂物的形式去除而降低.电渣重熔后镁的质量分 2μm左右，相比要小于复合夹杂物的尺寸. a 镁铝尖晶石 物 镁铝尖晶石 氮化钛 SE MAG:34372 x HV:20.0kV WD:13.1 mm P:7 nm Ti 5 6 7 8 9 10 456 8910 能量keV 能量keV 图8含镁钢中复合夹杂物及碳化物异质形核 Fig.8 Magnesium composite inclusions in the steel and heterogeneous nucleation of carbides 经过镁变性后，H13钢中主要存在Mg0·A20,而 [9%0]4=6×10-3,△G=-111657Jmol-.由计算可 MgO·A山0，又会成为氮化物的形核核心，碳化物在形 知在钢液温度下，只要有微量的镁，Mg0·A山，O,即可 核过程中会以氮化物及Mg0·AL,0,的复合夹杂物为核 生成 心形核析出.如式(1)和(2)所示，在母电极中析出 Mg]+2[l]+4[O]=(Mg0Al03), 的Mg0·AL,0,在1873K计算得[%Mg]·[9%A]2· △G9=-1310788.5+298T,Jmol-1:(1)贺 宝等: 电渣重熔过程冷却强度对含镁 H13 钢中碳化物的影响 MC 型碳化物开始析出，917 ℃ 开始析出 M7 C3，885 ℃ 开始析出 M2C，796 ℃ 开始析出 M23 C6 ; 796 ℃ 时，M7 C3 已经呈下降的趋势并且在 756 ℃ 消失，M7C3及 M2C 均 会在凝固过程中消失． 因此，铸态中可存在的碳化物 类型为 MC，M23C6及 M6C． 采用电解方法提取碳化物粉末，经 X 射线检测结 果如图 7( b) 所示． 铸锭中碳化物有 V8C7型，没有发现 含 Cr 和 Mo 类型的碳化物． 这可能是由于含 Mo 和 Cr 碳化物的量非常少，所以衍射峰值不明显． 结合热力 学软件 Thermo-calc 与 X 射线衍射分析结果可以确定 铸态 H13 钢中碳化物主要是 V8 C7，并且同时有 VC、 Cr23C6及 Mo6C 型碳化物存在，而且随着冷却强度的改 变碳化物的类型并没有发生改变． 2. 5 镁在电渣重熔过程中对碳化物的影响 H13 钢中镁的溶解度约为 0. 05% ［14］，在母电极 中镁的质量分数为 0. 0026% ，远小于镁在 H13 钢中 的溶解度，所以镁只会以原子传质形式进行传递． 在 电极端头、穿过渣池时钢液中镁会以氧化烧损和以 夹杂物的形式去除而降低． 电渣重熔后镁的质量分 数如表 3 所 示． 由 表 3 可 以 看 出，随着冷却强度增 加，钢中镁含量增加，从而有利于镁对钢中夹杂物的 改性． 表 3 电渣重熔前后钢中镁的质量分数 Table 3 Mass fraction of magnesium in the steel before and after the electroslag remelting process % 冷却强度/( L·h － 1 ) 原电极 电渣锭 400 0. 0026 0. 0009 800 0. 0026 0. 0009 1200 0. 0026 0. 0012 研究发现［7］，钢中微量镁产生的 MgO·Al2O3会促 进钢中一次碳化物异质形核，从而可以减轻碳化物的 偏聚． Mg 会以 MgO·Al2O3夹杂物的形式存在，而MgO· Al2O3会促进 TiN 的析出，MgO·Al2O3和 TiN 之间有良 好的 晶 格 结 构 聚 合 性［15］． 图 8 显 示 在 铸 态 发 现 的 MgO·Al2O3 和 TiN 的复合生长，以及以 MgO·Al2 O3 和 TiN 为形核核心的碳化物． 该类碳化物的尺寸大约在 2 μm 左右，相比要小于复合夹杂物的尺寸． 图 8 含镁钢中复合夹杂物及碳化物异质形核 Fig． 8 Magnesium composite inclusions in the steel and heterogeneous nucleation of carbides 经过镁变性后，H13 钢中主要存在 MgO·Al2O3，而 MgO·Al2O3又会成为氮化物的形核核心，碳化物在形 核过程中会以氮化物及 MgO·Al2O3的复合夹杂物为核 心形核析出． 如式( 1) 和( 2) 所示［16］，在母电极中析出 的 MgO·Al2 O3 在 1873 K 计 算 得［% Mg］·［% Al］2 · ［% O］4 = 6 × 10 － 23 ，ΔG = － 111657 J·mol － 1 ． 由计算可 知在钢液温度下，只要有微量的镁，MgO·Al2 O3 即可 生成． ［Mg］+ 2［Al］+ 4［O］= ( MgO·Al2O3 ) ， ΔG = － 1310788. 5 + 298T，J·mol － 1 ; ( 1) ·1725·