·1726· 工程科学学报，第38卷，第12期 (3)H13钢铸态下析出碳化物类型为V,C,和 △G=△Ge+RTnn Cg0-0 f[%Mg)1f[%A]f6[%O]4 VC、颗粒状的Mo,C以及球状的CrC,型碳化物. (2) (4)添加镁使夹杂物变性以Mg0·A山，0，存在，在 式中，R为常数，T为温度，α为活度，∫为活度系数由 固液两相区形成的TN以Mg0·Al,O,为核心长大.二 表4数据计算得出. 者形成的复合夹杂物会作为一次碳化物形核核心，起 表4 一阶相互作用系数- 到细化一次碳化物的作用. Table 4 First-order interaction coefficient 参考文献 ehg w [1]Cuo JL,Xiang SQ,Zhou C R,et al.Microstructure analysis of C -2.4 0.091 -0.45 H13 steel under forged annealed state.Mater Res Appl,2011,5 V -0.3 (3):225 Cr 0.047 0.0096 -0.044 (郭加林，项胜前，周春蓉，等.锻后退火态H13钢的显微组 织分析，材料研究与应用，2011,5(3)：225) Al -0.12 0.045 -3.9 2]Liu C Y,Cai Y.Development and selection of hot working die Si -0.088 0.0056 -0.131 steel.Foundry Technol,2013,34(2):161 Mn 0.035 -0.021 (刘昌云，蔡云.热作模具钢的选用及展望.铸造技术， -1.38 0.030 -0.133 2013,34(2):161) B Mo 一 0.0035 Shi C B,Chen X C,Guo HJ,et al.Assessment of oxygen control and its effect on inclusion characteristics during electroslag remelt- Mg -0.047 -0.13 -300 ing of die steel.Steel Res Int,2012,83(5)472 0 -460 -1.98 -0.2 [4 Dong Y W,Jiang Z H,Xiao Z X.et al.Influence of ESR process parameters on solidification quality of remelting ingots.J Northeast HI3钢中Ti含量并不高但是在铸态有很多TN Univ Nat Sci,2009,30(11):1598 类复合夹杂物，原因是在凝固过程中由于元素的偏析 (董艳伍，姜周华，肖志新，等.电渣重熔工艺参数对钢锭凝 使残余液相中元素含量逐渐增加至过饱和.许多研 固质量的影响.东北大学学报（自然科学版），2009,30(11)： 究如都表明，当钢液温度降低到固液两相区时，溶质 1598) 5] 元素发生偏析，当实际溶度积增加至大于TN平衡溶 Chu W.Xie C,Wu X C.Research on controlling eutectic car- bides in M2 high speed steel of ESR process.Shanghai Met, 度积时TN才会析出. 2013,35(5):23 根据Bramfitt四的错配度研究认为当促进形核的 (初伟，谢尘，吴晓春.电渣重熔M2高速钢共品碳化物控制 质点与形核晶体的错配度8<6%时最为有效，而当 研究.上海金属，2013,35(5)：23) 8=6%~12%时核心中等有效，而当8>12%时核心无 Liu J,Lu Q L,Li Z,et al.Study on the mechanism of trace Mg 效.表5为Mg0·AL,O,、TiN及碳化物的错配度.由表 improving carbide in bearing steel.J fron Steel Res,2011,23 5的数据可以得出TN对MC型碳化物异质形核的错 (5):39 (刘军，陆清林，李铮，等.轴承钢中微量镁改善碳化物作用 配度为2.4%，有很强的促进形核的作用，而Mg0·AL2 机理研究.钢铁研究学报，2011,23(5)：39) O,对碳化物的促进作用与TN相近，但是没有发现碳 Li J,Li J,Shi C B,et al.Effect of trace magnesium on carbide 化物以MgO·Al,O,为核心形核的现象 improvement in H13 steel.Can Metall Q,2016,55(3):321 表5。不同析出相之间的错配度 Jiang Z H,Wang C,Gong W,et al.Evolution of inclusions and Table5 Mismatch between different precipitates change of as-cast microstructure with Mg addition in high carbon and high chromium die steel.Ironmaking Steelmaking,2015,42 错配类别 错配度值/% 错配类别 错配度值/% (9):669 0p-yn4 5.1g 2.4 ]Kim H S,Chang C H,Lee H G.Evolution of inclusions and re- 68 2.8切 680 3.0m sultant microstructural change with Mg addition in Mn/Si/Ti deox- idized steels.Scripta Mater,2005.53(11):1253 1o) Kimura S,Nakajima K,Mizoguchi S.Behavior of alumina-mag- 3结论 nesia complex inclusions and magnesia inclusions on the surface (1)电渣重熔后H13钢铸态组织为马氏体、残余 of molten low-carbon steels.Metall Mater Trans B,2001,32 奥氏体及一次碳化物.随着冷却强度的增加，铸态偏 (1):79 析逐渐改善. 1]Mitchell A.Solidification in remelting process.Mater Sci EngA, 2005,413-414:10 (2)冷却强度增大电渣锭边部碳化物分布更均 [12]Ma D S,Zhou J,Zhang ZK,et al.Effect of melting rate of ESR 匀，尺寸更小.冷却强度不会改变碳化物的类型. on the microstructure and impact properties of H13 steel.Iron工程科学学报，第 38 卷，第 12 期 ΔG = ΔG + ＲTln αMgO·Al2O3 fMg ［% Mg)〗·f 2 Al ［% Al］2 ·f 4 O［% O］4 ． ( 2) 式中，Ｒ 为常数，T 为温度，α 为活度，f 为活度系数由 表 4 数据计算得出． 表 4 一阶相互作用系数［17--20］ Table 4 First-order interaction coefficient ［17--20］ j ej Mg ej Al ej O C － 2. 4 0. 091 － 0. 45 V — — － 0. 3 Cr 0. 047 0. 0096 － 0. 044 Al － 0. 12 0. 045 － 3. 9 Si － 0. 088 0. 0056 － 0. 131 Mn — 0. 035 － 0. 021 S － 1. 38 0. 030 － 0. 133 Mo — — 0. 0035 Mg － 0. 047 － 0. 13 － 300 O － 460 － 1. 98 － 0. 2 H13 钢中 Ti 含量并不高但是在铸态有很多 TiN 类复合夹杂物，原因是在凝固过程中由于元素的偏析 使残余液相中元素含量逐渐增加至过饱和． 许多研 究［21］都表明，当钢液温度降低到固液两相区时，溶质 元素发生偏析，当实际溶度积增加至大于 TiN 平衡溶 度积时 TiN 才会析出． 根据 Bramfitt ［22］的错配度研究认为当促进形核的 质点与形核晶体的错配度 δ ＜ 6% 时最为有效，而当 δ = 6% ～ 12% 时核心中等有效，而当 δ ＞ 12% 时核心无 效． 表 5 为 MgO·Al2O3、TiN 及碳化物的错配度． 由表 5 的数据可以得出 TiN 对 MC 型碳化物异质形核的错 配度为 2. 4% ，有很强的促进形核的作用，而 MgO·Al2 O3对碳化物的促进作用与 TiN 相近，但是没有发现碳 化物以 MgO·Al2O3为核心形核的现象． 表 5 不同析出相之间的错配度 Table 5 Mismatch between different precipitates 错配类别 错配度值/% 错配类别 错配度值/% δ TiN MgO·Al2O3 5. 1 ［16］ δ TiN M( NC) 2. 4 δ MgAl2O4 M6( NC) 2. 8 ［7］ δ MgAl 2O4 M( NC) 3. 0 ［7］ 3 结论 ( 1) 电渣重熔后 H13 钢铸态组织为马氏体、残余 奥氏体及一次碳化物． 随着冷却强度的增加，铸态偏 析逐渐改善． ( 2) 冷却强度增大电渣锭边部碳化物分布更均 匀，尺寸更小． 冷却强度不会改变碳化物的类型． ( 3) H13 钢铸态下析出碳化物类型为 V8 C7 和 VC、颗粒状的 Mo6C 以及球状的 Cr23C6型碳化物． ( 4) 添加镁使夹杂物变性以 MgO·Al2O3存在，在 固液两相区形成的 TiN 以 MgO·Al2O3为核心长大． 二 者形成的复合夹杂物会作为一次碳化物形核核心，起 到细化一次碳化物的作用． 参 考 文 献 ［1］ Guo J L，Xiang S Q，Zhou C Ｒ，et al． Microstructure analysis of H13 steel under forged annealed state． Mater Ｒes Appl，2011，5 ( 3) : 225 ( 郭加林，项胜前，周春蓉，等． 锻后退火态 H13 钢的显微组 织分析，材料研究与应用，2011，5( 3) : 225) ［2］ Liu C Y，Cai Y． Development and selection of hot working die steel． Foundry Technol，2013，34( 2) : 161 ( 刘昌云，蔡 云． 热作模具钢的选用及展望． 铸 造 技 术， 2013，34( 2) : 161) ［3］ Shi C B，Chen X C，Guo H J，et al． Assessment of oxygen control and its effect on inclusion characteristics during electroslag remelt￾ing of die steel． Steel Ｒes Int，2012，83( 5) : 472 ［4］ Dong Y W，Jiang Z H，Xiao Z X． et al． Influence of ESＲ process parameters on solidification quality of remelting ingots． J Northeast Univ Nat Sci，2009，30( 11) : 1598 ( 董艳伍，姜周华，肖志新，等． 电渣重熔工艺参数对钢锭凝 固质量的影响． 东北大学学报( 自然科学版) ，2009，30( 11) : 1598) ［5］ Chu W，Xie C，Wu X C． Ｒesearch on controlling eutectic car￾bides in M2 high speed steel of ESＲ process． Shanghai Met， 2013，35( 5) : 23 ( 初伟，谢尘，吴晓春． 电渣重熔 M2 高速钢共晶碳化物控制 研究． 上海金属，2013，35( 5) : 23) ［6］ Liu J，Lu Q L，Li Z，et al． Study on the mechanism of trace Mg improving carbide in bearing steel． J Iron Steel Ｒes，2011，23 ( 5) : 39 ( 刘军，陆清林，李铮，等． 轴承钢中微量镁改善碳化物作用 机理研究． 钢铁研究学报，2011，23( 5) : 39) ［7］ Li J，Li J，Shi C B，et al． Effect of trace magnesium on carbide improvement in H13 steel． Can Metall Q，2016，55( 3) : 321 ［8］ Jiang Z H，Wang C，Gong W，et al． Evolution of inclusions and change of as-cast microstructure with Mg addition in high carbon and high chromium die steel． Ironmaking Steelmaking，2015，42 ( 9) : 669 ［9］ Kim H S，Chang C H，Lee H G． Evolution of inclusions and re￾sultant microstructural change with Mg addition in Mn /Si /Ti deox￾idized steels． Scripta Mater，2005，53( 11) : 1253 ［10］ Kimura S，Nakajima K，Mizoguchi S． Behavior of alumina--mag￾nesia complex inclusions and magnesia inclusions on the surface of molten low-carbon steels． Metall Mater Trans B，2001，32 ( 1) : 79 ［11］ Mitchell A． Solidification 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