D第i6卷第期ssn10103x1994.9罪0紧科技大学学报 Vol.16 No.3 1994年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 1994 稀土对铸造低合金工具钢组织的影响 冯松筠 吴承建 李景慧 北京科技大学材料科学与工程系，北京100083 摘要利用定量金相、透射电镜，扫描电镜、电子探针等实验方法，研究稀土元素对低合金工具钢 铸造组织的影响.结果表明：微量稀士的加人，可减少粗大碳化物的相对量，改善其分布状况， 细化奥氏体晶粒，减少铬的枝晶偏析， 关键词枝晶偏析，铸造，工具钢/稀土元素 中图分类号TG142.45;TG142.13 The Influence of Rare Earth Elements on Structure in Casting Low Alloy Tool Steel Feng Songyun Wu Chengjian Li Jinhui Departrment of Materials Science and Engineering.USTB.Beijing 100083.PRC ABSTRACT The influence of rare earth elements on structure in casting tool steel has been investigated by using optical microscope,high temperature hardometer,SEM,TEM,electron probe.The results show that the addition of micro rare earth elements to low alloy tool steel can decreases relative content of gross carbide,improve the dispersion,refine the austenite grain and reduce the dendritic segregation of chromium. KEY WORDS dendritic segregation,founding,tool steel/rare earth elements 铸造状态下使用的低合金工具钢，一般有较高的碳含量，这种工具钢通常可制造热轧用 的半钢轧辊.半钢轧辊要求高温性能好，能耐急热急冷和承受较大的拉、压、往复等应力作 用；有好的耐磨性，因此，内部组织是影响铸造工具；轧辊寿命的重要因素，本文探索在 CNMo钢中添加稀土，以改善组织， 1 试验方法和试验结果 1.1试验用钢 试验用钢的化学成分见表1，在基本成分相同情况下，添加不同量的稀土.在感应炉 中冶炼，浇成10kg锭.试样取自各炉钢同一部位，并均经1030℃高温扩散退火. 1993-11-11收稿 第一作者女8岁副教授
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 百 吧 稀 土 对铸造低合金工具钢组织 的影 响 冯 松药 吴承建 李景 慧 北 京科 技大 学材料科 学 与工 程 系 ， 北 京 幻 摘要 利用 定量 金相 、 透射 电镜 、 扫描 电镜 、 电子探 针等实验方法 ， 研究稀 土元素对低 合金工具钢 铸造组织 的影 响 结果表 明 微量稀 土 的加人 ， 可 减少粗大碳化物的相 对量 ， 改 善 其 分 布 状 况 ， 细化奥 氏体 晶粒 ， 减 少铬 的枝 晶偏析 关键词 枝 晶偏 析 ， 铸造 ， 工 具钢 稀 土 元素 中图分类号 厂日 毋 勿 “ ， ‘ ， 此 吹 戏 回 ， ， ， ， 。 心 而 已“ 长川 概 以 ， ， 化助 阁 而 巧 ， ， 铸造状态下 使用 的低 合金 工具钢 ， 一般有 较高 的碳 含量 这种 工具 钢通 常可 制 造 热轧 用 的半钢轧辊 半 钢 轧辊要 求高温性 能好 ， 能耐急热 急冷和承 受较大 的拉 、 压 、 往 复等应力作 用 有好 的耐磨性 因此 ， 内部组 织 是 影 响铸 造 工 具 轧 辊 寿命 的 重 要 因 素 本 文 探 索在 钢 中添加稀 土 ， 以 改 善组 织 试验方法和试验结果 试验用钢 试验 用 钢 的化学成分见表 在基 本成 分 相 同情 况 下 ， 添 加 不 同 量 的 稀 土 在 感 应 炉 中冶炼 ， 浇成 锭 试样 取 自各 炉钢 同一部 位 ， 并均 经 ℃ 高温 扩散退 火 一 一 收 稿 第 一 作 者 女 岁 副 教 授 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1994．03．012
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第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 百 吧 稀 土 对铸造低合金工具钢组织 的影 响 冯 松药 吴承建 李景 慧 北 京科 技大 学材料科 学 与工 程 系 ， 北 京 幻 摘要 利用 定量 金相 、 透射 电镜 、 扫描 电镜 、 电子探 针等实验方法 ， 研究稀 土元素对低 合金工具钢 铸造组织 的影 响 结果表 明 微量稀 土 的加人 ， 可 减少粗大碳化物的相 对量 ， 改 善 其 分 布 状 况 ， 细化奥 氏体 晶粒 ， 减 少铬 的枝 晶偏析 关键词 枝 晶偏 析 ， 铸造 ， 工 具钢 稀 土 元素 中图分类号 厂日 毋 勿 “ ， ‘ ， 此 吹 戏 回 ， ， ， ， 。 心 而 已“ 长川 概 以 ， ， 化助 阁 而 巧 ， ， 铸造状态下 使用 的低 合金 工具钢 ， 一般有 较高 的碳 含量 这种 工具 钢通 常可 制 造 热轧 用 的半钢轧辊 半 钢 轧辊要 求高温性 能好 ， 能耐急热 急冷和承 受较大 的拉 、 压 、 往 复等应力作 用 有好 的耐磨性 因此 ， 内部组 织 是 影 响铸 造 工 具 轧 辊 寿命 的 重 要 因 素 本 文 探 索在 钢 中添加稀 土 ， 以 改 善组 织 试验方法和试验结果 试验用钢 试验 用 钢 的化学成分见表 在基 本成 分 相 同情 况 下 ， 添 加 不 同 量 的 稀 土 在 感 应 炉 中冶炼 ， 浇成 锭 试样 取 自各 炉钢 同一部 位 ， 并均 经 ℃ 高温 扩散退 火 一 一 收 稿 第 一 作 者 女 岁 副 教 授
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 百 吧 稀 土 对铸造低合金工具钢组织 的影 响 冯 松药 吴承建 李景 慧 北 京科 技大 学材料科 学 与工 程 系 ， 北 京 幻 摘要 利用 定量 金相 、 透射 电镜 、 扫描 电镜 、 电子探 针等实验方法 ， 研究稀 土元素对低 合金工具钢 铸造组织 的影 响 结果表 明 微量稀 土 的加人 ， 可 减少粗大碳化物的相 对量 ， 改 善 其 分 布 状 况 ， 细化奥 氏体 晶粒 ， 减 少铬 的枝 晶偏析 关键词 枝 晶偏 析 ， 铸造 ， 工 具钢 稀 土 元素 中图分类号 厂日 毋 勿 “ ， ‘ ， 此 吹 戏 回 ， ， ， ， 。 心 而 已“ 长川 概 以 ， ， 化助 阁 而 巧 ， ， 铸造状态下 使用 的低 合金 工具钢 ， 一般有 较高 的碳 含量 这种 工具 钢通 常可 制 造 热轧 用 的半钢轧辊 半 钢 轧辊要 求高温性 能好 ， 能耐急热 急冷和承 受较大 的拉 、 压 、 往 复等应力作 用 有好 的耐磨性 因此 ， 内部组 织 是 影 响铸 造 工 具 轧 辊 寿命 的 重 要 因 素 本 文 探 索在 钢 中添加稀 土 ， 以 改 善组 织 试验方法和试验结果 试验用钢 试验 用 钢 的化学成分见表 在基 本成 分 相 同情 况 下 ， 添 加 不 同 量 的 稀 土 在 感 应 炉 中冶炼 ， 浇成 锭 试样 取 自各 炉钢 同一部 位 ， 并均 经 ℃ 高温 扩散退 火 一 一 收 稿 第 一 作 者 女 岁 副 教 授
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 百 吧 稀 土 对铸造低合金工具钢组织 的影 响 冯 松药 吴承建 李景 慧 北 京科 技大 学材料科 学 与工 程 系 ， 北 京 幻 摘要 利用 定量 金相 、 透射 电镜 、 扫描 电镜 、 电子探 针等实验方法 ， 研究稀 土元素对低 合金工具钢 铸造组织 的影 响 结果表 明 微量稀 土 的加人 ， 可 减少粗大碳化物的相 对量 ， 改 善 其 分 布 状 况 ， 细化奥 氏体 晶粒 ， 减 少铬 的枝 晶偏析 关键词 枝 晶偏 析 ， 铸造 ， 工 具钢 稀 土 元素 中图分类号 厂日 毋 勿 “ ， ‘ ， 此 吹 戏 回 ， ， ， ， 。 心 而 已“ 长川 概 以 ， ， 化助 阁 而 巧 ， ， 铸造状态下 使用 的低 合金 工具钢 ， 一般有 较高 的碳 含量 这种 工具 钢通 常可 制 造 热轧 用 的半钢轧辊 半 钢 轧辊要 求高温性 能好 ， 能耐急热 急冷和承 受较大 的拉 、 压 、 往 复等应力作 用 有好 的耐磨性 因此 ， 内部组 织 是 影 响铸 造 工 具 轧 辊 寿命 的 重 要 因 素 本 文 探 索在 钢 中添加稀 土 ， 以 改 善组 织 试验方法和试验结果 试验用钢 试验 用 钢 的化学成分见表 在基 本成 分 相 同情 况 下 ， 添 加 不 同 量 的 稀 土 在 感 应 炉 中冶炼 ， 浇成 锭 试样 取 自各 炉钢 同一部 位 ， 并均 经 ℃ 高温 扩散退 火 一 一 收 稿 第 一 作 者 女 岁 副 教 授
Vol.16 No.3 冯松筠等：稀土对铸造低合金工具钢组织的影响 .259. 2讨论 采用铸造低合金工具钢制造的工具、轧辊，影响寿命的原因主要是内部存在大块的不均 匀碳化物、含铬的合金渗碳体，而热裂纹的产生与传播往往又沿营大块碳化物或碳化物密集 处进行，可以说，不均匀碳化物是热裂纹发生与发展的有利途径， 用图像仪的金相定量，对比加稀土和不加稀土的组织中，如果将大于4.13m直径的碳化 物定为粗大碳化物，试验发现，在CrNiMo钢中加人0.04%左右稀土，可使粗大的共晶碳 化物由27%降低到23%左右，并改善共晶碳化物的分布，这对提高铸造低合金工具钢的寿 命是有利的.钢中加入稀土量应在0.04%左右为宜， 钢中加入适量的稀土，能降低铬元素枝晶偏析，均匀碳化物分布，变质夹杂物，改普夹杂 的分布. 由于稀土元素与合金元素的交互作用，降低了合金元素铬的偏析，改善了铬元素分布， 如果选择合适的热处理工艺，可进一步改善碳化物的分布，使之均匀细小，以提高钢的使用 寿命， 3结论 (1)铸造低合金工具钢中加入适量稀土(0.04%左右)可以减少粗大共晶碳化物相对 量，改善共晶碳化物的分布， (2)稀土加入可细化铸造低合金工具钢的奥氏体的晶粒，有利于提高室温冲击韧性， (3)稀土可改善铬元素的枝晶偏析和含铬的合金渗碳体的分布· (4)稀土的加人对铸造低合金工具钢的临界点和400~600℃间的高温硬度值无影响， 参考文献 1杨平，硫和结在球铁中作用，北京：北京科技大学材料科学与工程系资料，1986 2 Li Wenchao,Ling Yanping.Physico-Chemical Behaviour of Rare Earth Elements and Ability for Corrosion Resistant J of USTB,1989,11 (6):590
冯松摘等 稀土对铸造低合金工具钢组织的影 响 讨 论 采用铸造低合金工具钢制造 的工具 、 轧辊 ， 影 响寿命 的原 因主要是 内部存在大 块 的不 均 匀碳 化物 、 含 铬 的合金 渗碳体 ， 而 热裂纹 的产生 与传播往往 又 沿着大块碳 化物或碳 化物密集 处进行 可 以说 ， 不均 匀碳 化物是 热裂纹发生 与发展 的有利途 径 用 图像仪的金相定量 对比加稀土和不加稀土的组织 中 ， 如果将大于 娜 直径 的碳化 物定 为粗大碳 化物 ， 试验发现 ， 在 。 钢 中加 人 左 右 稀 土 ， 可 使粗 大 的共 晶碳 化物 由 降低到 左右 ， 并改善共 晶碳化物 的分布 这对提高铸造低合金 工 具 钢 的 寿 命是有利 的 钢 中加人稀 土量应在 左右 为宜 钢 中加 入 适量 的稀 土 ， 能 降低 铬元素枝晶偏析 ， 均匀碳化物分布 ， 变质夹杂物 ， 改善夹杂 的分布 由于 稀 土元 素与 合金元 素 的交互作用 ， 降低 了合金元 素铬 的偏 析 ， 改 善 了铬 元 素分 布 ， 如果 选 择合适 的热处理 工 艺 可 进 一 步改 善碳 化物 的分布 ， 使之均 匀细小 ， 以提 高钢 的使用 寿命 结 论 铸造低 合金 工具 钢 中加 入 适 量 稀 土 左 右 可 以 减 少 粗 大 共 晶 碳 化 物 相 对 量 ， 改善共 晶碳 化物 的分布 稀 土加 人 可 细化铸造低 合金工具钢的奥 氏体 的晶粒 ， 有 利于 提 高室温冲击韧性 稀 土 可 改 善铬元 素 的枝晶偏析 和含铬 的合金 渗碳体的分布 稀 土 的加 人 对铸造低合金 工 具 钢 的 临界 点 和 ℃ 间的高温 硬度值 无影 响 。 参 考 文 献 杨平 硫 和柿 在 球铁 中作 用 北京 北京 科技大学材 料科学 与 工 程 系资料 ， 认七 比犯 ， 雌 断 ， 声 一 口州而司 功的 坦 山记 山 伪 巴 珊 ， ， 叩