用铝脱氧是目前应用较广泛的钢脱氧方法。铝
和氧亲和力很强
,
脱氧效率高
,
而且成本比较低。用
铝脱氧
,
钢中的总氧量很低
,
形成的氧化物夹杂易上
浮而去除。用铝脱氧还可以比较经济地生产细晶粒
钢。
为确保脱氧时夹杂物迅速与钢水分离并防止二
次氧化
,
通常需加入过量的铝
,
多余的铝则溶于钢水
中。
许多研究结果证实
:
铝脱氧的反应产物和残留在
钢中的铝会引起耐热钢的蠕变脆性
,
致使钢的高温
强度降低
,
并导致轴承钢、
钢轨钢和车轮钢疲劳性能
的恶化。因此
,
重新认识钢用铝脱氧
,
改进脱氧制度
和脱氧剂
,
有利于降低废品率、
改善钢的性能、
提高
钢构件的使用寿命。
1
钢用铝脱氧的回顾
在钢凝固时溶解在钢中的氧将以氧化物的形式
析出。
为减少有害夹杂物的数量
,
浇注前必须尽可能
地降低钢中的氧含量。从经济方面考虑
,
工业炼钢
时
,
通常采用与氧亲和力强的脱氧剂进行脱氧。
为回收率几乎为零。铝含量为
0.
03
%
~
0.
08
%
的镇
静钢、
低碳钢的铝回收率约为
25
%
,
而中碳钢和高
碳钢的铝回收率稍高一些。
2
用铝脱氧对钢力学性能的影响
2
.
1
对好塑性的影响
Ratliff
等
[
5]
对铝含量为
0.
004
%
~
0.
030
%
,
且经过正火和二次回火处理的
1Cr
-
0.
55Mo
-
0.
25V
钢缺口试样和光
滑试样进行了
510
℃蠕变断裂
试
验。结果发现
:
当钢中固溶铝含量大于
0.
010
%
时
,
有明显的缺口敏感度
,
且好塑性显著降低
;
只有在
钢中固溶铝含量低于
0.
010
%
时才能获得较高的蠕
变和好强度。
Visw
anathan
等
[
6]
研究了
A
、
B
两种具有相似的
热处理工艺、
强度和晶粒度的
Cr
-
Mo
-
V
钢。两种钢
中合金元素含量基本相同
,
但
B
钢中的铝含量比
A
钢高
10
倍多
,
化学成分如表
1
所示。两种钢光滑试
样的好塑性
(
W
)
随断裂时间
(
t
r
)
的变化曲线如图
4
所示。
可见
593
℃时
,
A
钢和
B
钢的好塑性明显不
同
,
A
钢好塑性通常在
80
%
以上
,
而
B
钢则在
3
%
~
20
%
左右。
即使在试验温度稍低
(
如
510
℃
)
的
情况下
,
B
钢的好塑性随时间的延长不断下降
,
而
A
钢则没有这种趋势。
另外
,
还发现
B
钢缺口敏感度
增加
,
即缺口试样发生早期断裂。
但研究中仅发现两
种钢的铝含量及钒的碳化物析出量不同
,
因此认为
含铝钢的好塑性降低是由于铝的固溶促使钒的碳
化物析出
,
从而引起基体强化。
2
.
2
对高温好强度的影响
Fo
ldy
na
等
[
7]
研究了
4
炉
12Cr-
1M
o
-
0.
3V
钢的
高温好强度
(
R
)
,
4
炉钢的化学成分列于表
2,
其主
要区别在于铝和氮的含量。研究发现
,
4
炉钢的高温
持
久强度差别很大
(
如图
5
所示
)
。分析图
5
可知
:
550
℃时
,
铝含量很高的
732
炉次钢的好强度比
其它炉次大约低
30
%
;
600
℃时
,
比其它炉次大约
低
20
%
。衍射斑点和能谱分析表明
,
732
炉次钢中
析出一些尺寸为
0.
25
~
1.
60
L
m
的
AlN,
它们或孤
立存在或聚集成群。由于
AlN
尺寸很大
,
没有析出
强化作用。
另外
,
由于氮与铝的结合使钢中固溶氮含
表
1
两种
Cr
-
Mo
-
V
钢的化学成分
/
%
Table
1
Chemical
compositions
of
Cr
-
Mo
-
V
steels
/
%
钢
合金元素
痕量元素×
10
-
4
C
Cr
M
o
V
Ni
M
n
Si
S
P
Sb
Sn
A
S
Al
溶
Al
不溶
A
B
0.
31
0.
29
1.
23
1.
21
1.
19
1.
10
0.
25
0.
25
0.
15
0.
40
0.
92
0.
75
0.
25
0.
14
45
94
60
90
<
3
14
30
42
48
160
20
230
5
7
图
4
Cr
-
Mo
-
V
钢的好塑性随断裂时间的变化
Fig
.
4
Relation
between
stress
-
rupture
plasticity
and
rupture
time
of
C
r
-
Mo
-
V
steels
量近似为零
,
无法形成具有析出强化作用的
VC
x
N
y
,
从而降低了钢的好强度。因此为获得较佳强度
,
12
Cr
-
1
Mo
-
0.
3
V
钢在脱氧时必须控制铝的加入量
,
以保证固溶在钢中的氮含量处于较佳值。
Naoi
等
[
8]
研究
了铝
含量
对
9Cr
-
0.
5M
o-
1.
8W
钢力学性能的影响。
结果发现
:
铝的加入大大降低了
该钢的高温好强度。铝含量对
9Cr-
0.
5M
o-
1.
8W
钢
600
℃时蠕变断裂时间的影响如图
6
所示。可见
试验应力
(
E
)
越低
,
铝对钢的长时蠕变断裂寿命影响
越大。
在
650
℃和
700
℃试验时也出现同样的现象。
要提高
9Cr-
0.
5M
o-
1.
8W
钢的蠕变抗力
,
必须降低
铝含量。
2
.
3
对疲劳性能的影响
轴承运行一段时间后
,
通常都因接触疲劳
破
坏
表
2
4
炉
12Cr
-
1Mo
-
0
.
3V
钢的化学成分
/
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