维普资讯 http://www.cqvip.com 第２２卷第４期 山东建筑大学学报 Ｖ０１．２２ Ｎｏ．４ 量 些 墅 Ａ ．２０Ｃｒ７ 文章编号：１６７３—７６４４（２（１０７｝０４—０３４３—０４ 新型微合金非调质钢的研究 王淑华 ，敖青 （１．山东大学材料科学与工程学院，山东济南２５００６１；２．山东建筑大学机电工程学院，山东济南２５０１０１） 摘要：研制了一种新型微合金非调质钢。通过合理设计合金成分，改善熔炼脱氧过程，控制钢中氧化物的组成、分 布、形状和尺寸，在研制钢中形成微细的氧化物夹杂作为晶内铁素体最有利的析出位置。通过晶内铁素体的析出细 化了晶粒，提高了钢的强度与韧性。将研制的新型微合金非调质钢用于拖拉机的牵引插销是可行且有效的。 关键词：晶内析出铁素体（ＩＧＦ）；非调质钢；氧化物冶金 中图分类号：ＴＧ１６１；ＴＧ１４２．３３ 文献标识码：Ａ Ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｎｅｗ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙ ｎｏｎ・－ｑｕｅｎｃｈｅｄ・・ｔｅｍｐｅｒｅｄ ｓｔｅｅｌ ＷＡＮＧ Ｓｈｕ．ｈｕａ ．ＡＯ Ｑｉｎｇ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｍｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ５２００６１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｎａｄ Ｅｌｅｃ— ｉｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｍｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｅｗ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙ ｎｏｎ—ｑｕｅｎｃｈｅｄ—ｔｅｍｐｅｒｅｄ ｓｔｅｅｌ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｓｉｚｅ ｏｆｆｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｌａｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｆｉｎｔｒａｇｒａｎｕｌａｒ ｆｅｒｒｉｔｅ ｉｎ ｓｔｅｅｌ， ｗｅｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｒｏｐｅｒｄｅｓｉｇｎ ｏｆｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆｔｈｅ ａｌｌｏｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｏｆｄｅｏｘｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｍｅｌｔ— ｉｎｇ．Ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｔｒａｇｒａｎｕｌａｒ ｆｅｒｒｉｔｅ ｃａｎ ｒｅｆｉｎｅ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｇｒａｉｎｓ ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｈｔｅ ｓｔｅ１．Ｉｔ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｎａｄ ｒｅｓｕｌｆｕｌ ｔｏ ｕｓｅ ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙ ｎｏｎ－ｕｑｅｎｃｈｅｄ—ｔｅｍｐｅｒｅｄ ｓｔｅｌ ｉｎ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｌｕｇｓ ｏｆ ｔｒａｃｔｏｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｒａｇｒａｎｕｌａｒ ｆｅｒｒｉｔｅ（ＩＧＦ）；ｎｏｎ—ｕｑｅｎｃｈｅｄ—ｔｅｍｐｅｒｅｄ ｓｔｅｌ；ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ０引言 可有效地提高强度＿ｌ ］。同时由于铁素体一珠光体 细晶组织能阻碍裂纹扩展，细化解理单元，可获得比 非调质钢因具有简化生产工艺、取消淬火回火 传统铁素体一珠光体型微合金非调质钢更高的韧 工序、减少变形开裂从而降低能耗和生产成本的优 性，而且与相同强度级别的调质钢相比具有更好的 点而受到世界各国的广泛重视，得到迅速发展和应 疲劳性能 －５＿。 牵引插销（图１）是拖拉机的重要零部件，受力 用。但是，现有的非调质钢与调质钢相比，均存在强 状态复杂，既要承受弯矩，同时又需反复承受较大的 度有余而韧性不足的缺点，限制了非调质钢的进一 冲击载荷，因此要求材料必须具有较高的抗弯曲疲 步广泛应用。晶内析出铁素体型微合金非调质钢因 劳强度，同时强度和韧度须有较好的配合，具有良好 大量细小的先共析铁素体在原奥氏体晶粒内部析 的综合力学性能。潍坊拖拉机厂原设计选用４５ 钢 ．出；起到分割原奥氏体晶粒、细化组织的有效作用， 经调质处理生产牵引插销零件，生产周期较长，且因 收稿日期：２ＯＯ７—０６—１１ 作者简介：王淑华（１９６０一），女，山东荣成人，山东建筑大学机电工程学院副教授，山东大学材料科学与工程学院材料工程在读硕士，研究 方向：非调质钢． 维普资讯 http://www.cqvip.com ３４４ 山东建筑大学学报 ２００７往 是细长零件，调质处理时常导致变形，废品率高，生 产成本高。采用非调质钢制造拖拉机的牵引插销则 可省去调质工序、节省大量能源、减少废品、提高劳 １．３组织观察与性能测试 对不同炉次试验钢进行化学分析和红外光谱分 析确定各元素含量。金相观察在ＳＪＢ．１型金相显微 镜下进行。用ＪＥＯＬ ＪＸＡ．８４０型扫描电镜和Ｈ．８００透 动生产率和材料利用率，改善劳动条件及环保，具有 较好的社会、经济效益。 图１拖拉机牵引插销零件图 １试验方法 １．１试样制备 本研究设计了两种低碳低合金成分的研制钢， 分别用１０６．１和１０６．２表示。二者主要成分基本相 同，均以Ｍｎ、Ｓｉ为主加元素。区别在于所加微量元 素不同，１０６．１为二元微合金化，１０６．２为多元微合金 化。研制钢的冶炼和浇铸在高密龙腾精密铸造有限 公司进行。熔炼设备为２５０ｋｇ中频感应电炉。废钢 熔化后经造渣、成分调整，出钢前将各种由微量元素 铁合金配制而成的变质剂用锡箔按重量比例包好、 烘干，置于钢包或浇道口，将钢水浇入已加热烘干的 铸型中。一部分浇铸成（］￣６０ｍｌｎ ｘ ５００ｒａｍ的棒料，热 轧后加工成零件，另一部分则铸成￣２５ｍｍ×３００ｒａｍ 的试验试样毛坯，经不同处理后加工成拉伸和冲击 试样。 １．２试样处理工艺 为考察研制钢在不同状态下的组织和性能，首先 对部分铸锭进行了锻造，并结合实用条件分别对铸态 和锻态试样进行了正火、退火、回火等处理。试样的 锻造在章丘第一钢球厂进行，始锻温度１０５０￣Ｃ左右， 终锻温度不低于８５０￣Ｃ。将铸锭分别锻成４２２的圆棒 料和１２×１２ｒａｍ的方料，以便加工拉伸试样和冲击试 样。正火、退火及回火工艺参数如表１所示。 表１试样处理工艺参数 射电镜进行微观组织分析。冲击韧度实验设备为 ＪＢ３０Ｇ型摆锤式冲击试验机，摆锤重量１５ｋｇ。拉伸 试验在Ｉｎｓｔｒｏｎ ８５０２型电液伺服疲劳机上进行。该 试验机可进行拉伸性能曲线自动记录，测定出力学 性能各种参数，并自动记录打印。 ２试验结果及分析 ２．１金相组织观察 图２给出了研制钢１０６．１和１０６．２的铸态金相组 织。 ａ １０６—１钢 ｂ １０６—２钢 图２研制钢的铸态显微组织 对照图２（ａ）、（ｂ）可以看出，１０６．１和１０６．２试样 的铸态组织大致相同，均为铁素体、珠光体加下贝氏 体组织，并有颗粒状的碳化物分布在基体上。铁素 体主要是粗大的针片状，也有较小的块状。铸态组 织中未发现沿晶界析出的仿晶界型铁素体，亦无明 显的晶内先共析铁素体析出。 维普资讯 http://www.cqvip.com
４期 王淑华等：新型微合金非调质钢的研究 ３４５ 用苦味酸钠溶液腐蚀１０６．１和１０６．２钢铸态试样 得到的晶粒形貌分别见图３，可见１０６．２钢的晶粒 （图３（ｂ））明显比１０６．１钢（图３（ａ））的细小，这与 １０６．２采用多元微合金化是一致的。 ａ ｌＯ６．１钢 ｂ １０６．２钢 图３研制钢的晶粒度 图４是研制钢的锻态金相组织。经过锻造的试 样组织较铸态组织明显细小均匀，铸态时那种较粗 大的针条状铁素体已完全被原奥氏体晶粒内析出的 大量细小团块状、点状或断针状铁素体所代替，铁素 体的排列已无明显方向性。热锻空冷后组织的粒晶 度可达８～１０级。这说明所研制的钢热锻后确实形 成了ＩＧＦ组织，有效地分割了原奥氏体晶粒，达到了 细化晶粒，优化组织，提高性能的目的。 图５是１０６．２钢铸态正火试样的ＳＥＭ形貌像。 组织中晶内析出铁素体也明显增多，以块状为主，已 没有珠光体团形貌特征，图中箭头所指铁素体中心 的微细夹杂颗粒是铁素体相变析出的开始部位。可 以看出，在白色圆形颗粒的中心部位还有黑色的小 点，说明这些颗粒并不是单一的，颗粒内部有层次变 化，存在不同的结构。也就是说，铁素体有可能不是 直接在奥氏体内形核长大的，而是以高温下形成的 微细氧化物或碳、氮化合物作为形核中心转变析出 并长大的。 ２．２力学性能 ２．２．１硬度 ａ ＩＯ６．１．×４００ ｂ１０６－２．×４００ 图４研制钢的锻态组织 图５铁素体内的微细夹杂 对不同处理条件下试样的硬度值如表２所示。 在各种状态下，１０６．２的硬度要比１０６．１的硬度高。 两种钢材的区别在于１０６．２号比１０６．１号多加了微量 元素］ｒｉ，］ｒｉ的细晶强化作用十分明显。同一材料的 试样其锻后的硬度要比铸态的硬度高得多，这说明 经过热锻处理后组织细化，ＩＧＦ的析出都会使硬度 得到提高。 ２．２．２冲击韧度 ＩＧＦ热锻非调质钢的主要目的是解决非调质钢 的韧度不足的缺点，因此冲击韧度是衡量材料性能 维普资讯 http://www.cqvip.com ３４６ 山东建筑大学学报 ２００ｒ７年 的重要指标。研制钢各种状态下的冲击韧度值如表 ３所示。冲击试验结果表明，在各种状态下１０６．２钢 使用的牵引插销，使用情况良好，可替代４５ 、４０Ｃｒ 调质件。 的冲击韧度均高于１０６．１钢，热锻后由于组织细化， 钢材的韧性提高。 表２不同处理条件下试样的硬度值（ＨＲＣ） 钢号 铸态 铸正火铸正回锻退正 锻后退正回 ２９—３ｌ ３５—３６ ３结论 （１）研制的新型非调质钢获得了晶内析出铁素 １０６一ｌ ２５—２７ ２８—３ｏ ２５—２８ ３ｏ一３３ １ 一２ ２７—２ｑ ２ｑ一３２ 一 ３５—３７ 体（ＩＧＦ）组织，细化了晶粒，热锻后的晶粒度可达８ １０级。 （２）研制钢具有高强度、高韧性，两种钢材锻 表３各种处理条件下的冲击韧度 （ｋＪ／ｎ￣） 后抗拉强度均超过１１００ＭＰａ，冲击韧度可达￣１］４３６．３ ｋＪ／Ｉｎ２。 参考文献： 注：＊表不无缺ＶＩ试样，其余为Ｖ型缺ＶＩ试样。 ［１］殷匠．中碳晶内铁索体钢和特殊钢裂纹研究［Ｄ］．北京：清华大 学材料学院，１９９９． ２．２．３拉伸试验 研制钢毛坯热锻后加工成标准拉伸试样进行拉 伸试验。结果表明，绝大多数试样的抗拉强度均超 过１ １００ＭＰａ，最高值达１３０２ＭＰａ。一般热锻非调质钢 其抗拉强度为８００ＭＰａ级，１０６．２的抗拉强度已达 １６４４ＭＰａ，强度大大提高。 研制钢热锻空冷后加工成泰山．１２型拖拉机上 ［２］杨志刚．晶内铁素体在夹杂物上形核机制的讨论［Ｊ］．金属热处 理，２００５，３０（１）：２ｏ一２３． ［３］余圣甫，雷毅，黄安国，等．氧化物冶金技术及其应用［Ｊ］．材料 导报，２００４，１８（８）：５ｏ～５２． ［４］陈蕴博，马炜，金康．强韧徽合金化非调质钢的研究动向［Ｊ］．机 械工程材料，２ＯＯｌ，２５（３）：ｌ一６． ［５］陈思联，林军，戴观文．晶内铁素体型高强韧性微合金非调质钢 的进展［Ｊ］．特殊钢，２００５，２６（３）：３５—３８． （上接第３３７页） 较强的灵活性，完全适用于电厂水源地供水系统自动 ５结论 本文将ＳＣＡＤＡ系统引入供水自动化系统，构造 了基于ＳＣＡＤＡ系统的电厂水源地供水自动化系统。 将ＳＣＡＤＡ系统引入供水自动化系统领域，实现了供 水系统分布式测量、控制系统的自动化，提高了供水 化的要求，具有较好的工程推广应用价值。 参考文献： ［１］邹超群，廖庆华．基于Ｆ 和Ｐ 的ＳＣＡＤＡ系统在火电厂水处 理控制系统中的应用［Ｊ］．计算机测量与控制，２００３，ｌｌ（１１）：４８ —５０． 系统的可靠性。提出了将遥测、遥控和遥信等信息之 间的数据约束关系，并将该约束关系应用于系统的自 诊断，避免由于自动控制系统自身的故障或外界干扰 造成的误报或误操作，大幅度提高了系统的可靠性。 通过电厂实际运行，表明该系统具有较高的可靠性、 ［２］邓立平，娄昆明．基于ＲＴＵ和ＳＣＡＤＡ软件的变电所监控系统 ．［Ｊ］．浙江冶金，２０Ｏ６（１）：４５—４７． ［３］陈怀忠，基于ＷｉｎＣＣ ＳＣＡＤＡ系统的变电站无功补偿装置的研 制［Ｊ］．广西电力，２００５，２８（５）：９—１１． ［４］李俊策，宫淑兰，李杰瑞．计算机技术在供水管网中应用的探讨 ［Ｊ］．山东建筑工程学院学报，２０Ｏ０，１５（１）：３７—４０．