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第9期 李杰等：超声波功率对高碳钢中夹杂物的影响 ,1113, 和Mo一Al203ZrO2金属陶瓷管工具头[1o1, 碳钢中的总氧量反而有所增加， 1.2实验方法 120 实验在高温碳管炉上进行，用52mm×112mm 刚玉坩埚熔化钢样500g,实验温度为1570℃，实验 % 过程中通氩气保护. 超声波处理工艺采用上部导入法，Mo一Al2O3一 +0I/O]L 80 Zr02金属陶瓷管工具头浸入钢液面以下10mm进 0以 20 行施振，实验内容为：钢样完全熔化后加入0.5g纯 稀土Ce,保温3min,进行超声处理，处理时间为 0 30 60 100 130 超声功率W 60s,超声处理结束后将钢液浇铸到钢锭模中空冷 超声波功率水平分别为0,30,60,100,130W. 图1不同超声波功率处理的高碳钢中总氧的质量分数 1.3夹杂物的分析、统计方法 Fig.1 Total oxygen content of high carbon steel with different ul- 将浇注钢样切取小块做成金相试样，试样经过 trasonic powers 砂轮机粗磨、金相砂纸细磨和抛光后在金相显微镜 下进行夹杂物的观察与统计， 2.2高碳钢中夹杂物数量和尺寸大小的变化 试样中单位面积上当量直径B的夹杂物个数 不同功率超声波处理60s所浇铸高碳钢中夹杂 I、平均直径d分别由下式计算： 物的当量个数I和平均直径d的变化如图2所示 未经超声波处理时，钢中夹杂物当量个数【较少， I= 2 nidi/B (1) 但平均直径d较大，分别为77mm-2、4.39m.超 4DN 声处理可以明显弥散、细化钢中的夹杂物，随超声波 功率的增加，单位面积上当量直径5m的夹杂物数 d= nid (2) 量I逐渐增多，夹杂物平均直径d逐渐减小；当超 ☑ni 声波功率增大到一定程度时，夹杂物的平均直径d 式中，B为夹杂物当量直径，取5m;I为单位面积 不再明显减小.超声波功率为30W时，夹杂物的当 上当量直径B的夹杂物个数，mm2;d:为不同显微 量个数I为86mm-2、平均直径d为4.163hm,夹 夹杂物的直径，m;n:为不同直径显微夹杂物的个 杂物相对比较粗大；超声波功率增大到60W时，夹 数；D为选定放大倍数下的视场直径，mm;N为所 杂物得到明显的弥散、细化；进一度增大超声波功率 观察的视场数，实验过程中取100个；d为夹杂物的 到100W,夹杂物的当量个数I为134mm-2、平均 平均直径，m 直径d为2.91m,钢中夹杂物的当量个数明显增 2实验结果及分析 多，平均直径明显减小，夹杂物变得相对比较细小， 不同功率超声波处理60s所浇铸高碳钢中典型夹杂 2.1钢中总氧量的变化 物的金相照片如图3所示，能谱分析见表1. 钢中总氧是用来衡量钢液洁净度的重要指标， 即用来衡量钢中夹杂物水平的重要指标.钢中的总 4.5 140 氧越低，则钢越“干净”·不同超声功率作用下加稀 4.0 土的高碳钢中总氧含量的变化如图1所示，由图可 以看出：随超声波功率的提高，高碳钢中的总氧量明 一O一夹杂物的当量个数 一●一夹杂物的平均直径 ● 显降低，即超声处理可以明显促进钢中夹杂物的去 3.0 除；超声波功率增大到一定程度，钢中总氧量不再明 显降低反而有增加的趋势，未超声处理的加稀土高 2.5 60 90 120 碳钢总氧的质量分数为110×10-6；增大超声波功 功率/W 率到60W时，高碳钢中总氧量降低到82×10-6，进 图2不同超声功率时高碳钢中夹杂物的数量和尺寸 一步增大超声波功率到100W时高碳钢中总氧量降 Fig.2 Number and size of inclusions in high carbon steel with dif- 低到最低的59×10-6，当超声波功率为130W时高 ferent ultrasonic powers和 Mo－Al2O3－ZrO2 金属陶瓷管工具头［10］． 1∙2 实验方法 实验在高温碳管炉上进行用●52mm×112mm 刚玉坩埚熔化钢样500g实验温度为1570℃实验 过程中通氩气保护． 超声波处理工艺采用上部导入法Mo－Al2O3－ ZrO2 金属陶瓷管工具头浸入钢液面以下10mm 进 行施振．实验内容为：钢样完全熔化后加入0∙5g 纯 稀土 Ce保温3min进行超声处理处理时间为 60s超声处理结束后将钢液浇铸到钢锭模中空冷． 超声波功率水平分别为03060100130W． 1∙3 夹杂物的分析、统计方法 将浇注钢样切取小块做成金相试样试样经过 砂轮机粗磨、金相砂纸细磨和抛光后在金相显微镜 下进行夹杂物的观察与统计． 试样中单位面积上当量直径 B 的夹杂物个数 I、平均直径 d 分别由下式计算： I＝ ∑nidi／B π 4 D′2N （1） d＝ ∑nidi ∑ni （2） 式中B 为夹杂物当量直径取5μm；I 为单位面积 上当量直径 B 的夹杂物个数mm －2 ；di 为不同显微 夹杂物的直径μm；ni 为不同直径显微夹杂物的个 数；D′为选定放大倍数下的视场直径mm；N 为所 观察的视场数实验过程中取100个；d 为夹杂物的 平均直径μm． 2 实验结果及分析 2∙1 钢中总氧量的变化 钢中总氧是用来衡量钢液洁净度的重要指标 即用来衡量钢中夹杂物水平的重要指标．钢中的总 氧越低则钢越“干净”．不同超声功率作用下加稀 土的高碳钢中总氧含量的变化如图1所示．由图可 以看出：随超声波功率的提高高碳钢中的总氧量明 显降低即超声处理可以明显促进钢中夹杂物的去 除；超声波功率增大到一定程度钢中总氧量不再明 显降低反而有增加的趋势．未超声处理的加稀土高 碳钢总氧的质量分数为110×10－6 ；增大超声波功 率到60W 时高碳钢中总氧量降低到82×10－6进 一步增大超声波功率到100W 时高碳钢中总氧量降 低到最低的59×10－6当超声波功率为130W 时高 碳钢中的总氧量反而有所增加． 图1 不同超声波功率处理的高碳钢中总氧的质量分数 Fig．1 Total oxygen content of high carbon steel with different ultrasonic powers 2∙2 高碳钢中夹杂物数量和尺寸大小的变化 不同功率超声波处理60s 所浇铸高碳钢中夹杂 物的当量个数 I 和平均直径 d 的变化如图2所示． 未经超声波处理时钢中夹杂物当量个数 I 较少 但平均直径 d 较大分别为77mm －2、4∙39μm．超 声处理可以明显弥散、细化钢中的夹杂物随超声波 功率的增加单位面积上当量直径5μm 的夹杂物数 量 I 逐渐增多夹杂物平均直径 d 逐渐减小；当超 声波功率增大到一定程度时夹杂物的平均直径 d 不再明显减小．超声波功率为30W 时夹杂物的当 量个数 I 为86mm －2、平均直径 d 为4∙163μm夹 杂物相对比较粗大；超声波功率增大到60W 时夹 杂物得到明显的弥散、细化；进一度增大超声波功率 到100W夹杂物的当量个数 I 为134mm －2、平均 直径 d 为2∙91μm钢中夹杂物的当量个数明显增 多平均直径明显减小夹杂物变得相对比较细小． 不同功率超声波处理60s 所浇铸高碳钢中典型夹杂 物的金相照片如图3所示能谱分析见表1． 图2 不同超声功率时高碳钢中夹杂物的数量和尺寸 Fig．2 Number and size of inclusions in high carbon steel with different ultrasonic powers 第9期 李 杰等： 超声波功率对高碳钢中夹杂物的影响 ·1113·