D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1995.05.003 第17卷第5期 北京科技大学学报 Vol.17 No.5 199510 Joural of University of Science and Technology Beijing 0t19% 残铝在35CrNi,MoV钢中的作用 孙文山)傅杰)宋爱英)丁桂荣)罗铭蔚) 1)内蒙金属材料研究所，包头0140342)北京科技大学冶金系，北京100083 摘要研究了残铝在3SCNi,MoV钢中的作用与作用机理.结果表明，3SCN,MoV钢的最佳残 铝含量为0.010%A1,· 关健词低合金钢，铝，冲击性能 中图分类号TG142.13 Role of Residual Aluminum in 35CrNiMoV Steel Sun Wenshan)Fu Jie2)Song Aiying)Ding Guirong)Luo Mingwei) 1)Nei Monggol Metallic Materials Research Institute,Baotou 014034.PRC 2)Departmaent of Metallurgy,USTB ABSTRACT The effect and mechanism of residual aluminum in 35CrNi,MoV steel are studied.The results reveal that optimal residual aluminum content in 35CrNi;MoV steel is0.010%A1 KEY WORDS low alloy steels,aluminum,impact properties 前几年，我国真空喷吹I法生产的35CNi,MoV钢常出现冲击功不合格现象，经查明主 要是炼钢加铝脱氧后残留于钢中的铝含量过高所引起·国外研究结果也表明，为改善 26 NiCrMoV145等转子钢的蠕变性能，必须使钢中残铝含量小于0.015%，最好控制在 0.010%以下I~.35CNi,MoV钢中残铝含量炼钢时应控制的范围及其残铝作用与作用机 理，是该钢生产急需解决的难题，本文对此作了较系统、深人的研究· 1试验方法 每炉试验钢采用化学成分相同的35CNi,MoV电渣钢返回料，在30kg真空感应炉、氩 气保护条件下进行冶炼，出钢前2mi按一定回收率加入不同量的铝，出钢后浇注成30kg 锭1支，拉伸、冲击、断裂韧性和高温持久试样在锻造的试样板坯上横向切取，试样热处理 工艺为880℃×1.5h空冷、840℃×1.5h油冷、565℃×3h空冷.分析了试验钢的化学 成分和气体含量，并通过宏观与微观断口观察、光学金相、定量金相、电子金相和相分析等 手段研究了10炉不同铝含量试验钢的性能和组织结构的关系· 1995-01-23收稿 第一作者男52岁高级工程师
第 7 卷 第 5 期 北 京 科 技 大 学 学 报 1 里巧 年 月 J 1 1 0 o r n u a l o i f n U v S I e i t y o d f n S c e e n a d T h c e n o g l o y ij B e i g n d V . 7 心 1 N . 5 ) 《 比 望巧 1 3 残铝在 5 C r i N 3 M 钢 中的作用 o V 孙文 山 ’ ) 傅 杰 2 ) 宋爱英 ’ ) 丁桂荣 ’ ) 罗铭蔚 ) ` l ) 内蒙金属材料研究所 , 包头 01 40 34 2) 北京科技大学冶金 系 , 北京 l创刃8 3 摘要 研究 了 残铝在 3 , Cr]闷i 3M o V 钢 中的作用与作 用机理 . 结果 表明 , 3父irN 3M o v 钢 的最 佳残 铝含量为 .0 0 10 % lA 。 . 关挂词 低合 金钢 , 铝 , 冲击性能 中图分类号 1’G 142 . 13 R o l e o f R es id au l IA 班正n u 工n i n 3 5C r iN 3M o V S te l S u n W e n s h a n ’ ) uF J i e Z ) oS n 夕 A iy i n g ’ ) D i n g G u i r o n g ’ ) L u o M i n 夕w e i ’ ) l ) N e i M o n g g o l M e t a ll i e M a t e r i a l s R es e a r c h I n s t i t u t e , B a o t o u 0 14 0 3 4 , P R C 2) D e P a rt ma e n t o f M e t a l l u r g y , U S T B A B S T R A C T T h e e fe ct a n d me e h a n i s m o f r e s id u a l a l u 而n u m i n 3 5 C r N i 3M o V s t e e l s t u d i e d . T h e res u lt s r e v e a l t h a t o P t im a l re s id u a l a l u m i n u m co n t e n t i n 3 5 C r N i 3M o V 1 5 0 . 0 10 % lA s . K E Y W O R D S l o w a ll o y s t e e l s , a l u lnj n u m , im P a e t P r o P e r t i es a f e S t C e l 前几 年 , 我 国真空 喷吹 vi 法生 产的 35 C iNr 3M o V 钢 常出 现冲击功不合格现象 , 经查 明主 要 是 炼钢 加 铝 脱 氧 后 残 留 于 钢 中 的 铝 含 量 过 高 所 引 起 . 国 外 研 究 结 果 也 表 明 , 为 改 善 26 杯C r M o V 14 5 等 转子 钢 的 蠕 变 性 能 , 必 须 使钢 中 残 铝 含 量 小 于 .0 0巧 % , 最 好 控 制 在 .0 01 0 % 以下 汇’ 一 4 ] . 3 5C iNr 拟 。 v 钢 中残 铝 含 量 炼 钢 时 应 控 制 的范 围及 其 残 铝 作用 与作 用 机 理 , 是 该 钢生 产 急需 解决 的难 题 , 本文 对此作 了较 系统 、 深 人 的研 究 . 1 试验方法 每炉 试验钢 采用 化学 成分 相 同的 3 5C iNr , M o V 电渣 钢返 回 料 , 在 30 k g 真 空 感 应 炉 、 氢 气保护条件下 进行冶炼 , 出钢前 2 而n 按一 定回 收率加入 不 同量 的铝 , 出钢后 浇 注成 30 kg 锭 1 支 . 拉 伸 、 冲击 、 断裂 韧性 和高 温持 久试样 在锻 造 的试样 板坯上 横 向切取 . 试 样 热处理 工艺 为 8 80 ℃ x l . s h 空冷 、 8 40 ℃ x l . s h 油冷 、 5 65 ℃ x 3 h 空冷 . 分 析 了 试验 钢 的化 学 成分 和气体含 量 , 并 通过宏观 与微 观 断 口 观 察 、 光学 金相 、 定量 金相 、 电子金相 和相 分析等 手 段研究 了 10 炉不 同铝 含量 试验 钢 的性能 和组 织结 构 的关系 . 1卯5 一 01 一 23 收稿 第一作者 男 52 岁 高级工程 师 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1995. 05. 003
Vol.17 No.5 孙文山等：残铝在3SCNi,MoV钢中的作用 413· 2 试验结果 (1)试验钢的化学成分与气体含量，各试验钢的化学成分与气体含量见表1， 表1不同铝含量试验钢的化学成分与气体含量 合金元素含量/% 微量元素和气体含量，×106 序号 Si Mn Cr Ni Mo VS P Al,Al Al H O N 0.3320.2110.4391.072.860.5410.193206850 28 8 <0.303132 2 0.3320.1690.4270.9812.920.4750.2011210550 30 80 0.2334 44 3 0.3330.1980.4261.063.040.5290.1883366100 107<0.3018 <44 4 0.3320.1960.4330.9802.910.5510.2092010610010 110<0.30 21 必 5 0.3290.2090.4341.072.800.5310.1862467103 11 114<0.3014<62 6 0.3280.2030.4200.9642.900.4980.21130101120 30 150<02323 3 7 0.3430.1930.5661.253.130.5120.18710102190 10 200 <0.3020 62 8 0.3500.2230.5741.293.000.5110.19510100520 0 530<0.3016 53 9 0.3330.2040.4311.062.810.5250.17938651300601360<03011 <44 10 0.3360.2290.4480.9702.40.5430.2211310224901002590<0.23 13 43 (2)残铝对35CNi,MoV钢室温拉伸性能、硬度、冲击功和韧脆转变温度的影响（图1和 图2).图1中根据不同磷含量将试验钢分为2组，0.0065%~0.0068%P,以便排除磷的干扰. 1400 20 1300 1200 100 HRC 1000 8 40 20 %1'g 8% R 0 50 80 40 4x￥0.0065%-0.0068%P -40℃Axy0.0065%- 0.0068%P 40 xv0.010%-0.0106%p 40℃Av0.010%-0.0106%P 20 0 0.020.04 0.060.08 0.100.12 0.14Y0.24 0.26 x,/% 图1残铝对3SCi,MoY钢室温拉伸性能、硬度和冲击功的影响
V 61 . 1 7 N o . 5 孙文山 等: 残铝在 3父 Nr 礼M o v 钢中的作用 4 13 2 试验结果 ( )l 试验 钢 的化学 成分 与 气体含 量 . 各试 验钢 的化 学成分 与气 体含量 见表 表 1 不 同铝含. 试验钢 的化学成分与气体含 t 序号 合金元素含量 /% 微量元 素和 气体含量 , x lo 一 6 C r iN M 0 .0 54 1 0 . 47 5 0 . 52 9 0 . 551 0 . 531 .0 49 8 0 . 51 2 0 . 5 1 1 0 . 525 .0 又3 S P 月 。 川 。 IA . H O N 加313422181463 劝78104助107 19 3 2830710orl 20 1 20 6 8 12 105 nU .2 86 2 . 92 3 . 以 0 . 18 .0 2田 33 肠 20 1肠 10102 65102 3081013 0 . 186 0 . 2 11 0 . 187 0 . 19 5 0 . 179 .0 2 1 24 67 50 50 1的 1田 103 120 1卯 520 1 拟) 2 4卯 2川〕 530 印 1的 1 3印 2 5如 < 住30 .0 23 < .0 30 < .0 30 < .0 30 < .0 23 < .0 30 < .0 30 < .0 30 < .0 23 32 4 < 4 4 < 62 43 62 53 < 4 43 :9l 周.l3 …o l 0 C 5 1 M l 0 . 332 0 . 2 11 0 . 4 39 0 . 332 0 . 1印 0 . 42 7 0 . 333 0 . 198 0 . 426 0 . 332 0 . 1% 0 . 433 03 29 .0 2朋 .0 4 34 .0 328 .0 2() 3 0 . 420 0 . 34 3 0 . 19 3 0 . 5肠 .0 3刃 .0 223 .0 574 0 . 33 3 0 . 2以 0 . 43 1 0 . 3 36 0 . 229 0 . 科8 1 . 07 .0 98 1 1 . 伪 .0 98() 1 . 07 .0 头抖 1 . 25 1 . 29 1 . 肠 .0 卯0 (2 ) 残铝对 3 5C irN 3M o v 钢室温拉伸性 能 、 硬度 、 冲 击功和韧脆转变温度的影响 ( 图 1 和 图2) . 图 1 中根据 不同磷含量将试验钢分 为 2组 , .0 0 6 5 % 一 .0 0 6 8 % P , 以便排除磷 的干扰 . 帕50 国OH 、米 嘴 印匆 时 40 倪竺 . . } 一土卫一卫二} 、 , . . 曰. . . 曰 . , 尸. . . O 公 晌 es ~ . 1 _ . 过 . _ . L _ _ } } 一 } 滋 c } { } 2 . 州. ” ’ 一一一一- - - , 李~ . , . . ~ . _ 一 断 O I , ! } 二 走 _ _ 」 l _ ` 色二二二L _ _ 」_ 一匕_ _ _ 」 云初 ’ f ’ ` 气 . 盆九 }} {产 二 ~ , } : , % ~ 《 . p } 一 `呀石伞井疏 . 布 ’ 一 肖 ’ 劫 . /% 图 l 残铝对 及笑: r iN 3 M 0 v 钢室温拉伸性能 、 硬度和 冲击功的影响
·414· 北京科技大学学报 1995年No.5 -20 。● FATT 0.010%~ 0.0106%P -40 一0 0.0068%P -60 ● FATT ).0065% =80 -90L 0 0.020.040.06 0.080.100.120.14V0.240.26 xu./% 图2残铝对35Ci,MoV钢韧脆转变温度的影响 当残铝含量为0.010%时，该钢的韧 脆转变温度FATT0最低；当残铝含量大 于或小于0.010%时，其韧脆转变温度 150 160 FATT0上升，见图2. (3)残铝对35 CrNiaMoV钢断裂韧性 140 。T 150 的影响.当残铝含量为0.005%~0.052% KA3 0 时，它对35 CrNiMoV钢的断裂韧性无 130 140g 显著影响；当残铝含量高达0.249% 日· 110 130 时，它对断裂韧性便产生了明显的不良影 响，见图3. 90 120 (4)残铝对35CrNi,MoV钢高温持久 性能的影响，在试验温度与应力分别为520 70 110 ℃和580MPa条件下，残铝对35CrNi,MoV 50L 人J100 钢的高温持久性能有较明显的影响·当残 00.020.040.060.240.26 铝含量为0.010%时，其光滑持久试样伸 w,/% 长率E、断面收缩率R。和缺口持久试样 图3残铝对3 5CrNi,MoV钢断裂韧性的影响 的持续时间x'分别为27%、76%和670h;当残铝含量大于或小于0.010%时，其 E、RA和x'便明显下降， (5)残铝对35CNi,MoV钢夹杂物类型、数量、大小、分布和形态的影响.残铝对 35CNi,MoV钢夹杂物类型、数量、大小，分布及形态的影响如表2、3和图4所示， (6)残铝对35CNi,MoV钢显微组织的影响，在试验钢实际品粒度均为9~10级的情 况下残铝对35CrNi,MoV钢淬火亚结构的影响如图5与表4所示.试验钢回火时，其碳化物 析出大小与分布明显受原淬火亚结构的影响，当残铝量为0.010%时，其回火时析出的碳
· 1 4 4 . 5 北 京 科 技 大 学 学 报 1 年 9 9 N o 一 、 一 口 . . . , 一一龙溢编{ l { 6 、 , } r r ` ” 一粉补 一 } · ’ ” ’ 一 了八 . 、p 。 ǐ卜ó叭弋 劫 . /% 图 2 残铝对 3叹二州枯M o v 钢韧脆转 变温度的影响 当残 铝 含 量 为 .0 01 0 % 时 , 该 钢 的 韧 O K丈 : 。 气 、 , 、 、 、 、一 \ 、 弓 日 目. 入芝ù ;日 。 逗 , , 脆 转 变 温 度 F通刀茄 最 低 ; 当残 铝 含 量 大 于 或 小 于 .0 0 10 % 时 , 其 韧 脆 转 变 温 度 F 月7 了场上 升 , 见 图 .2 ( 3) 残 铝 对 3 5C r N i拟 o V 钢 断裂 韧 性 的影 响 . 当残铝 含量 为 .0 0 5 % 一 .0 05 2 % 时 , 它 对 35 C r N i拟 o V 钢 的 断 裂 韧 性 无 显 著 影 响 ; 当 残 铝 含 量 高 达 .0 2 49 % 时 , 它 对 断裂 韧 性 便 产 生 了 明显 的不 良影 响 , 见 图 .3 ( 4 ) 残 铝 对 3 5 C r N i 3M o V 钢 高 温 持 久 性 能 的影 响 . 在 试验 温 度与应 力分别为 5 20 oC 和 5 8 0 M Pa 条件下 , 残铝对 3 5 C rN 1 3M o V 钢 的高温 持久 性 能 有 较 明 显 的影 响 . 当残 铝 含量 为 .0 01 0 % 时 , 其 光 滑 持久 试样 伸 长 率 瓦 、 断 面 收 缩 率 R A 和 缺 口 持 久 试样 犷 图 3 残铝对 3义!Nr 毛M o v 钢断裂韧性的影响 的 持 续 时 间 : ’ 分 别 为 27 % 、 76 % 和 6 70 h ; 当残 铝 含 量 大 于 或 小 于 .0 0 10 % 时 , 其 lE 、 R A 和 T ` 便 明显下 降 . ( 5) 残铝 对 35 C iNr 拟 o v 钢夹 杂物类 型 、 数量 、 大小 、 分 布和形 态的 影 响 . 残铝对 3夕C r N I拟 o V 钢 夹杂 物类 型 、 数量 、 大 小 、 分布 及形 态 的影 响 如表 2 、 3 和 图 4 所示 . (6 ) 残铝 对 3 5 C r N i 3M o V 钢 显微组织 的影 响 . 在试验 钢 实 际晶粒 度均 为 9 一 10 级 的情 况下残 铝对 3 5C r N 1 3M o V 钢 淬 火亚结 构 的影 响如 图 5 与表 4 所 示 . 试验 钢 回 火 时 , 其 碳 化物 析出大 小 与分 布 明显 受 原 淬 火 亚 结 构 的 影 响 . 当残 铝 量 为 .0 0 10 % 时 , 其 回 火 时析 出 的碳
· 1 4 4 . 5 北 京 科 技 大 学 学 报 年 1 N 99 o 一 、 一. . . 口, 一一龙溢编{ l { 6 、 , } r r ` ” 一粉补 一 } · ’ ” ’ 一 了八 . 、p 。 ǐ卜ó叭弋 劫 . /% 图 2 残铝对 3叹二州枯M o v 钢韧脆转 变温度的影响 当残 铝 含 量 为 .0 01 0 % 时 , 该 钢 的 韧 O K丈 : 。 气 、 , 、 、 、 、一 \ 、 弓 日 目. 入芝ù ;日 。 逗 , , 脆 转 变 温 度 F通刀茄 最 低 ; 当残 铝 含 量 大 于 或 小 于 .0 0 10 % 时 , 其 韧 脆 转 变 温 度 F 月7 了场上 升 , 见 图 .2 ( 3) 残 铝 对 3 5C r N i拟 o V 钢 断裂 韧 性 的影 响 . 当残铝 含量 为 .0 0 5 % 一 .0 05 2 % 时 , 它 对 35 C r N i拟 o V 钢 的 断 裂 韧 性 无 显 著 影 响 ; 当 残 铝 含 量 高 达 .0 2 49 % 时 , 它 对 断裂 韧 性 便 产 生 了 明显 的不 良影 响 , 见 图 .3 ( 4 ) 残 铝 对 3 5 C r N i 3M o V 钢 高 温 持 久 性 能 的影 响 . 在 试验 温 度与应 力分别为 5 20 oC 和 5 8 0 M Pa 条件下 , 残铝对 3 5 C rN 1 3M o V 钢 的高温 持久 性 能 有 较 明 显 的影 响 . 当残 铝 含量 为 .0 01 0 % 时 , 其 光 滑 持久 试样 伸 长 率 瓦 、 断 面 收 缩 率 R A 和 缺 口 持 久 试样 犷 图 3 残铝对 3义!Nr 毛M o v 钢断裂韧性的影响 的 持 续 时 间 : ’ 分 别 为 27 % 、 76 % 和 6 70 h ; 当残 铝 含 量 大 于 或 小 于 .0 0 10 % 时 , 其 lE 、 R A 和 T ` 便 明显下 降 . ( 5) 残铝 对 35 C iNr 拟 o v 钢夹 杂物类 型 、 数量 、 大小 、 分 布和形 态的 影 响 . 残铝对 3夕C r N I拟 o V 钢 夹杂 物类 型 、 数量 、 大 小 、 分布 及形 态 的影 响 如表 2 、 3 和 图 4 所示 . (6 ) 残铝 对 3 5 C r N i 3M o V 钢 显微组织 的影 响 . 在试验 钢 实 际晶粒 度均 为 9 一 10 级 的情 况下残 铝对 3 5C r N 1 3M o V 钢 淬 火亚结 构 的影 响如 图 5 与表 4 所 示 . 试验 钢 回 火 时 , 其 碳 化物 析出大 小 与分 布 明显 受 原 淬 火 亚 结 构 的 影 响 . 当残 铝 量 为 .0 0 10 % 时 , 其 回 火 时析 出 的碳
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· 1 4 4 . 5 北 京 科 技 大 学 学 报 年 1 N 99 o 一 、 一. . . 口, 一一龙溢编{ l { 6 、 , } r r ` ” 一粉补 一 } · ’ ” ’ 一 了八 . 、p 。 ǐ卜ó叭弋 劫 . /% 图 2 残铝对 3叹二州枯M o v 钢韧脆转 变温度的影响 当残 铝 含 量 为 .0 01 0 % 时 , 该 钢 的 韧 O K丈 : 。 气 、 , 、 、 、 、一 \ 、 弓 日 目. 入芝ù ;日 。 逗 , , 脆 转 变 温 度 F通刀茄 最 低 ; 当残 铝 含 量 大 于 或 小 于 .0 0 10 % 时 , 其 韧 脆 转 变 温 度 F 月7 了场上 升 , 见 图 .2 ( 3) 残 铝 对 3 5C r N i拟 o V 钢 断裂 韧 性 的影 响 . 当残铝 含量 为 .0 0 5 % 一 .0 05 2 % 时 , 它 对 35 C r N i拟 o V 钢 的 断 裂 韧 性 无 显 著 影 响 ; 当 残 铝 含 量 高 达 .0 2 49 % 时 , 它 对 断裂 韧 性 便 产 生 了 明显 的不 良影 响 , 见 图 .3 ( 4 ) 残 铝 对 3 5 C r N i 3M o V 钢 高 温 持 久 性 能 的影 响 . 在 试验 温 度与应 力分别为 5 20 oC 和 5 8 0 M Pa 条件下 , 残铝对 3 5 C rN 1 3M o V 钢 的高温 持久 性 能 有 较 明 显 的影 响 . 当残 铝 含量 为 .0 01 0 % 时 , 其 光 滑 持久 试样 伸 长 率 瓦 、 断 面 收 缩 率 R A 和 缺 口 持 久 试样 犷 图 3 残铝对 3义!Nr 毛M o v 钢断裂韧性的影响 的 持 续 时 间 : ’ 分 别 为 27 % 、 76 % 和 6 70 h ; 当残 铝 含 量 大 于 或 小 于 .0 0 10 % 时 , 其 lE 、 R A 和 T ` 便 明显下 降 . ( 5) 残铝 对 35 C iNr 拟 o v 钢夹 杂物类 型 、 数量 、 大小 、 分 布和形 态的 影 响 . 残铝对 3夕C r N I拟 o V 钢 夹杂 物类 型 、 数量 、 大 小 、 分布 及形 态 的影 响 如表 2 、 3 和 图 4 所示 . (6 ) 残铝 对 3 5 C r N i 3M o V 钢 显微组织 的影 响 . 在试验 钢 实 际晶粒 度均 为 9 一 10 级 的情 况下残 铝对 3 5C r N 1 3M o V 钢 淬 火亚结 构 的影 响如 图 5 与表 4 所 示 . 试验 钢 回 火 时 , 其 碳 化物 析出大 小 与分 布 明显 受 原 淬 火 亚 结 构 的 影 响 . 当残 铝 量 为 .0 0 10 % 时 , 其 回 火 时析 出 的碳