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钢铁材料以其独具的高强度、高韧性以及良好的可塑性占据了结构材料的主导地位,在未来的人类进步过程中也是不可替代的。随着人类社会的进一步发展,人们对钢铁材料的性能要求越来越高,不仅要求钢铁材料的强度进一步提高,而且要求其同时具有较高的韧性。为了达到这一要求,冶金学者进行了大量的研究,其中主要集中于夹杂物控制方面的“氧化物冶金”,是近二十年来兴起的改善钢材组织和性能的一项新技术。
本工作对改善钢材性能的各项技术进行了介绍,同时对氧化物冶金技术的作用机理以及国内外的研究现状进行了论述。实验研究了夹杂物类型和大小对诱导针状铁素体形核的影响以及添加不同的合金、改变合金添加顺序对钢组织的影响,同时还利用CLSM研究了Ti-Mg复合脱氧对奥氏体晶粒粗化的影响。
实验在高频感应炉中MgO坩埚内用Fe-M-Ti-Mg(M=Si,Mn,Al)合金对150g的钢液进行脱氧。用TC500氧氮分析仪和ICP分析试样的氧氮含量和其他元素的含量,然后对试样的夹杂物进行了SEM和EDS分析。选取两个典型的试样,用CLSM按一定的加热方式处理,在线观察了试样的奥氏体晶粒长大过程。
试样的扫描电镜和能谱分析表明:MgO-TiOx、MgO－Al2O3-TiOx、MgO等高熔点氧化物夹杂物,都具有诱导针状铁素体产生的作用。同时,MnS、MgO-MnS、MgO-Al2O3-MnS、MgO-Al2O3-TiOx-MnS这类富含MnS相的夹杂物,也可以诱导针状铁素体产生;可诱导针状铁素体产生夹杂物的尺寸在0.5～4μm范围内,尺寸较大的夹杂物颗粒诱导产生的针状铁素体更发散。
静态的试样组织观察和高温激光显微镜在线观察结果表明:随着Mn含量增加,钢的铸态组织中多边形铁素体的比例减少:Ti处理后与不加Ti处理的钢中夹杂物的个数相比增加481个/mm2,Ti处理可以/促进针状铁素体的形核,从而细化钢的组织;Ti含量大于0.045％时,Ti含量的进一步增加对试样组织中针状铁素体比例影响不大;Mg处理对钢中形成针状铁素体的组织有促进作用;相比较而言,先加Al后加Mg脱氧可以获得更加细小的组织;改变Ti、Mg添加顺序,Mn-Si-Ti-Mg和Mn-si-Mg-Ti这两种脱氧方式都有良好的促进钢中晶内体素体产生的作用,相比之下,先加Ti然后用Mg微处理,效果更佳;在1200℃保温时,Mn-Si-Ti-Mg处理后的试样的奥氏体晶粒比用Mn-si脱氧的试样的奥氏体晶粒小52.9μm。综上所述,为了得到大量的针状铁素体组织,可以在Mn-Si-Al脱氧后,添加Ti-Mg处理。