·202· 工程科学学报，第38卷，增刊1 重熔后的钢样在Gleeble30O0热模拟机上测定相应的 炉生产的成分优化的42CMo钢锭，利用电渣重熔去 连续冷却相转变(continuous cooling transformation, 除钢样夹杂物，以便于进一步利用热模拟研究其CCT CCT)曲线，分析其在不同冷却速度下钢样内部金相组 曲线.钢样成分如表1所示. 织的变化规律，最终在优化42CMo钢性能的同时，为 首先通过电渣重熔炉将42CMo钢样熔炼成直径为 其后续的热处理工艺提供理论依据 60mm,高度为100mm左右的钢锭，对重熔前后的钢样 进行取样，通过金相实验来分析重熔前后钢样中夹杂物 实验内容 数目和尺寸的变化.电渣重熔的渣系采用CF,和A山，O, 本次电渣重熔试验采用的原料为某钢厂中频感应 混合的二元渣系@，电渣重熔实验的参数见表2 表1电渣重熔实验用42CMo钢样成分（质量分数） Table 1 Components of experimental 42CrMo steel for electroslag remelting 号 C Si Mn Cr Mo Ni Al 0.410 0.220 1.020 0.010 0.013 0.930 0.210 0.070 0.035 表2电渣重熔实验参数 洗”的过程，自耗电极在末端形成熔滴，这是夹杂物去 Table 2 Experimental parameters of electroslag remelting 除的主要过程⑦，熔滴穿过渣池进入金属熔池的过程 钢种 工作电流/A工作电压/V 渣系 中，也有一定的去除夹杂物能力，到达铸锭中部的熔滴 42CrMo 900~1000 3335 Al,03:CaF,=30%:70% 在渣池中停留时间要短于铸锭外围的熔滴，导致铸锭 中部夹杂物数目多，且夹杂物尺寸偏大 将重熔后的钢锭利用线切割加工成棒材，并用热 膨胀法测定其CCT曲线.先将钢样加热至900℃并保 表4不同尺寸夹杂物数目 温10min,然后分别以0.1、0.5、1.0、5.0和10.0℃· Table 4 Number of inclusions with different sizes $的冷却速度冷却到室温，冷却过程中自动测量钢样 夹杂物尺寸， 夹杂物数目 直径的变化，得到钢样的热膨胀曲线。根据不同冷却 s/μm2 重熔前 重熔后 速度下热膨胀曲线确定相变开始点和相变结束点时的 S<0.1 72 26 温度和时间，将其绘制在温度时间坐标轴上，得到 0.1<S<0.5 67 15 42CMo钢的CCT曲线.再将试样经打磨抛光后，在金 0.5<S<1.0 9 相显微镜下观察其在不同冷却速度冷却后得到的金相 S>1.0 5 0 组织，分析冷却速度对组织变化的影响及相转变特性 从表4可以看出：重熔前的试验钢样中，尺寸大于 2实验结果与分析 0.1μm2的夹杂物有81个，占总数的52.94%：重熔 2.1电渣重熔对夹杂物的影响分析 后钢样中尺寸大于0.1um的夹杂物有17个，占总 用金相显微镜观察重熔前后钢锭的中心处、3/4 数的39.53%.自耗电极经电渣重熔后，夹杂物的平 处及外围处的夹杂物；用Image Pro-Plus统计夹杂物数 均尺寸得到有效的改善，大型夹杂物数目所占比例 目和面积，结果见表3和表4：再对重熔前后的钢样做 明显降低 夹杂物的评级，结果如表5所示 表5电渣重熔前后夹杂物评级 表3钢样不同部位夹杂物的数目 Table 5 Inclusions rating of electroslag remelting Table 3 Number of inclusions in different parts of steel samples A(硫化 B(氧化 C(硅酸 D(环状 夹杂物 夹杂物数目 物类) 铝类) 盐类) 氧化物类) 试样部位 类型 重熔前 重熔后 细系粗系细系粗系细系粗系细系粗系 中心处 50 15 重熔前 2一 -0.511 34处 17 11 重熔后 -0.50.5 外围处 86 11 从表5重熔前后夹杂物的评级可以看出，钢中非 由表3可以得到，电渣重熔前后，钢样中夹杂物的 金属夹杂物的数目和尺寸都有所降低，硅酸盐类和氧 数目变化明显，夹杂物去除率达到71.90%，重熔后钢 化铝类夹杂物去除率比较高，硅酸盐类夹杂物的熔点 样中心部位的夹杂物数目较多，且夹杂物的平均尺寸 比较低，在电渣重熔的过程中比较容易去除，氧化铝类 较大.其原因主要是：电渣重熔去除夹杂物是一个“渣 的夹杂物熔点比较高，在重熔前的钢样中氧化铝夹杂工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 重熔后的钢样在 Gleeble3000 热模拟机上测定相应的 连续 冷 却 相 转 变 ( continuous cooling transformation， CCT) 曲线，分析其在不同冷却速度下钢样内部金相组 织的变化规律，最终在优化 42CrMo 钢性能的同时，为 其后续的热处理工艺提供理论依据． 1 实验内容 本次电渣重熔试验采用的原料为某钢厂中频感应 炉生产的成分优化的 42CrMo 钢锭，利用电渣重熔去 除钢样夹杂物，以便于进一步利用热模拟研究其 CCT 曲线． 钢样成分如表 1 所示． 首先通过电渣重熔炉将 42CrMo 钢样熔炼成直径为 60 mm，高度为 100 mm 左右的钢锭，对重熔前后的钢样 进行取样，通过金相实验来分析重熔前后钢样中夹杂物 数目和尺寸的变化． 电渣重熔的渣系采用 CaF2和 Al2O3 混合的二元渣系［6］，电渣重熔实验的参数见表 2． 表 1 电渣重熔实验用 42CrMo 钢样成分( 质量分数) Table 1 Components of experimental 42CrMo steel for electroslag remelting % C Si Mn P S Cr Mo Ni Al 0. 410 0. 220 1. 020 0. 010 0. 013 0. 930 0. 210 0. 070 0. 035 表 2 电渣重熔实验参数 Table 2 Experimental parameters of electroslag remelting 钢种 工作电流/A 工作电压/V 渣系 42CrMo 900 ～ 1000 33 ～ 35 Al2O3 ∶ CaF2 = 30% ∶ 70% 将重熔后的钢锭利用线切割加工成棒材，并用热 膨胀法测定其 CCT 曲线． 先将钢样加热至 900 ℃ 并保 温 10 min，然后分别以 0. 1、0. 5、1. 0、5. 0 和 10. 0 ℃· s － 1的冷却速度冷却到室温，冷却过程中自动测量钢样 直径的变化，得到钢样的热膨胀曲线． 根据不同冷却 速度下热膨胀曲线确定相变开始点和相变结束点时的 温度和时间，将其绘制在温度#时 间 坐 标 轴 上，得 到 42CrMo 钢的 CCT 曲线． 再将试样经打磨抛光后，在金 相显微镜下观察其在不同冷却速度冷却后得到的金相 组织，分析冷却速度对组织变化的影响及相转变特性． 2 实验结果与分析 2. 1 电渣重熔对夹杂物的影响分析 用金相显微镜观察重熔前后钢锭的中心处、3 /4 处及外围处的夹杂物; 用 Image Pro-Plus 统计夹杂物数 目和面积，结果见表 3 和表 4; 再对重熔前后的钢样做 夹杂物的评级，结果如表 5 所示． 表 3 钢样不同部位夹杂物的数目 Table 3 Number of inclusions in different parts of steel samples 试样部位 夹杂物数目 重熔前 重熔后 中心处 50 15 3 /4 处 17 17 外围处 86 11 由表 3 可以得到，电渣重熔前后，钢样中夹杂物的 数目变化明显，夹杂物去除率达到 71. 90% ，重熔后钢 样中心部位的夹杂物数目较多，且夹杂物的平均尺寸 较大． 其原因主要是: 电渣重熔去除夹杂物是一个“渣 洗”的过程，自耗电极在末端形成熔滴，这是夹杂物去 除的主要过程［7］，熔滴穿过渣池进入金属熔池的过程 中，也有一定的去除夹杂物能力，到达铸锭中部的熔滴 在渣池中停留时间要短于铸锭外围的熔滴，导致铸锭 中部夹杂物数目多，且夹杂物尺寸偏大． 表 4 不同尺寸夹杂物数目 Table 4 Number of inclusions with different sizes 夹杂物尺寸， S /μm2 夹杂物数目 重熔前 重熔后 S ＜ 0. 1 72 26 0. 1 ＜ S ＜ 0. 5 67 15 0. 5 ＜ S ＜ 1. 0 9 2 S ＞ 1. 0 5 0 从表 4 可以看出: 重熔前的试验钢样中，尺寸大于 0. 1 μm2 的夹杂物有 81 个，占总数的 52. 94% ; 重 熔 后钢样中尺寸大于 0. 1 μm2 的夹杂物有 17 个，占总 数的 39. 53% ． 自耗电极经电渣重熔后，夹杂物的平 均尺寸得到有效的改善，大型夹杂物数目所占比例 明显降低． 表 5 电渣重熔前后夹杂物评级 Table 5 Inclusions rating of electroslag remelting 夹杂物 类型 A( 硫化 物类) B( 氧化 铝类) C( 硅酸 盐类) D( 环状 氧化物类) 细系 粗系 细系 粗系 细系 粗系 细系 粗系 重熔前 — — 2 — — 0. 5 1 1 重熔后 — — — — — — 0. 5 0. 5 从表 5 重熔前后夹杂物的评级可以看出，钢中非 金属夹杂物的数目和尺寸都有所降低，硅酸盐类和氧 化铝类夹杂物去除率比较高，硅酸盐类夹杂物的熔点 比较低，在电渣重熔的过程中比较容易去除，氧化铝类 的夹杂物熔点比较高，在重熔前的钢样中氧化铝夹杂 · 202 ·