低成本高強(qiáng)韌低合金鑄鋼組織與性能研究.pdf

1、隨著鑄鋼生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展，高性能鑄鋼的生產(chǎn)與應(yīng)用越來(lái)越廣泛。高性能鑄鋼與傳統(tǒng)鑄鋼相比，在強(qiáng)度、韌性等方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性。目前，部分原材料價(jià)格呈上漲趨勢(shì)，為達(dá)到低成本高性能的目的，必須考慮材料的成本。
　　 本文以ZG35SiMn為研究對(duì)象，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)低合金鋼的基本化學(xué)成分，考察其力學(xué)性能和顯微組織，分析各元素、熱處理工藝對(duì)鑄造低合金鋼組織和性能的影響。運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)直觀分析法和回歸分析法分別得到低合金鋼中四種基本成分的最

2、佳配比以及力學(xué)性能與各元素含量之間的關(guān)系式。結(jié)合一定成本和性能的要求，在正交實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究了加入稀土和鈮對(duì)低合金鋼組織和性能的影響，探討了稀土和鈮在鋼中的作用機(jī)理。通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算，分析了稀土和鈮在鋼中的存在形式以及稀土在鋼中生成氧化物、硫化物的條件。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡，能譜分析等手段分析了合金的顯微組織。結(jié)果表明，稀土不僅有脫氧、脫硫的作用，還能控制夾雜物形態(tài)。稀土和鈮都有細(xì)化晶粒的作用。運(yùn)用錯(cuò)配度和經(jīng)典電子理論，分析了Ce2O

3、3和NbC作為基底促進(jìn)形核相非均質(zhì)形核的能力，證明了Ce2O3對(duì)δ-Fe非均質(zhì)形核有非常顯著效用，對(duì)γ-Fe非均質(zhì)形核效用中等，而NbC對(duì)δ-Fe和γ-Fe的非均質(zhì)形核效用都為中等。可認(rèn)為細(xì)化晶粒的主要機(jī)理是Ce2O3和NbC成為初生γ-Fe和δ-Fe的異質(zhì)晶核以及稀土在晶界的偏聚而對(duì)晶界的阻礙作用。用萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)和布氏硬度計(jì)分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和宏觀硬度測(cè)量。結(jié)果表明，鋼中加入0.03％稀土后，屈服強(qiáng)度由525MPa提高到535MPa，

4、而延伸率則由18％下降到16.1％；在此基礎(chǔ)上再加入0.03％鈮，屈服強(qiáng)度進(jìn)一步提高到565MPa，而延伸率則為17％。實(shí)驗(yàn)證明，稀土與鈮的復(fù)合加入，稀土的固溶強(qiáng)化作用增強(qiáng)，碳化鈮析出增多，呈彌散狀分布于鐵素體基體，且顆粒較小。用稀土和鈮微合金化復(fù)合處理可使低合金鋼獲得良好的強(qiáng)韌化綜合性能。低合金鋼中復(fù)合加入稀土和鈮，開(kāi)發(fā)出了正火態(tài)屈服強(qiáng)度為565MPa，延伸率為17％的強(qiáng)韌性能良好的低合金鋼。低成本實(shí)現(xiàn)了低合金鋼強(qiáng)度與韌性的協(xié)調(diào)提升。