工程科学学报，第38卷，增刊1：201-205,2016年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,Suppl.1:201-205,June 2016 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2016.s1.033:http://journals.ustb.edu.cn 电渣重熔对42CrMo钢中夹杂物的影响及CCT曲线 研究 徐飞”，李殿凯》，王刘涛”，王海川区，范鼎东”，张庆安”，孙 维动 1)安徽工业大学治金工程学院，治金减排与资源综合利用教有部重点实验室，马鞍山243002 2)安徽工业大学材料科学与工程学院，马鞍山2430023)马鞍山钢铁股份有限公司特钢公司，马鞍山243001 ☒通信作者，E-mail:which@ahut.cdu.cn 摘要采用BX51M型金相显微镜和和Image Pro-Plus软件研究电渣重熔后优化成分的42CrMo钢中非金属夹杂物情况，并 在Gleeble30O0热模拟机上测定其连续冷却相转变(CCT)曲线.研究结果表明：电渣重熔后明显减少钢中夹杂物的数目，改善 钢中夹杂物的尺寸，夹杂物去除率达到71.90%：同时根据热膨胀曲线和金相组织绘制出42CMo钢的CCT曲线，冷却速度较 低时组织为铁素体、珠光体和贝氏体，冷却速度较大时组织为马氏体和少量贝氏体. 关键词42CMo;夹杂物去除：电渣重熔：CCT曲线 分类号TF141 Electroslag remelting effect on inclusions in 42CrMo steel and CCT curve study XU Fei),LI Dian-kai,WANG Liu-tao,WANG Hai-chuan,FAN Ding-dong,ZHANG Qing-un2),SUN Wei 1)Key Laboratory of Emission Reduction Resourses Recycling in Metallurgy,Ministry of Education,School of Metallurgical Engineering,Anhui Uni- versity of Technology,Ma'anshan 243002,China 2)School of Materials Science and Engineering,Anhui University of Technology,Ma'anshan 243002,China 3)Special Steel Company,Masteel Co.Lid.,Ma'anshan 243001,China Corresponding author,E-mail:which@ahut.edu.cn ABSTRACT The effect of electroslag remelting (ESR)on nonmetallic inclusions in an optimal component 42CrMo steel was studied by BX51M optical microscopy and Image Pro-Plus software,and the continuous cooling transformation (CCT)curve was measured on a Gleeble3000 thermal simulation machine.These results show that ESR can reduce the number and size of inclusions in steel samples and the inclusions removal ratio reaches 71.90%.The CCT curve of 42CrMo steel was plotted according to the thermal expansion curve and microstructure.When the cooling rate is lower,the microstructure is ferrite,pearlite and bainite;but when the cooling rate is higher,there are martensite and a small amount of bainite. KEY WORDS electroslag remelting:inclusions removal;cooling:phase transformation 42CMo钢具有超高的强度和较好的韧性，力学性 性能B,为进一步研究42CMo紧固件用钢的组织性 能良好，淬火性能良好0，是轨道交通用紧固件的重要 能和热处理工艺莫定基础. 用钢之一.为了保证42CMo钢具有良好的性能，钢中 本文利用电渣重熔技术，将一种成分优化的 非金属夹杂物的数目和尺寸就需要严格控制回.研究42CMo钢原始样品作为自耗电极进行电渣重熔，利用 表明，电渣重熔可以显著改善钢中非金属夹杂物的分 BX51M型金相显微镜对比考察重熔前后钢样中非金 布，同时减少钢中非金属夹杂物的数目，改善钢的相关 属夹杂物的数目和尺寸（评级）的变化，在此基础上将 收稿日期：201603-21 基金项目：安徽省科技攻关重大项目(1301021008)
工程科学学报，第 38 卷，增刊 1: 201--205，2016 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，Suppl． 1: 201--205，June 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． s1． 033; http: / /journals． ustb． edu． cn 电渣 重 熔 对 42CrMo 钢中夹杂物的影响及 CCT 曲 线 研究 徐 飞1) ，李殿凯2) ，王刘涛1) ，王海川1) ，范鼎东1) ，张庆安2) ，孙 维3) 1) 安徽工业大学冶金工程学院，冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室，马鞍山 243002 2) 安徽工业大学材料科学与工程学院，马鞍山 243002 3) 马鞍山钢铁股份有限公司特钢公司，马鞍山 243001 通信作者，E-mail: which@ ahut． edu． cn 摘 要 采用 BX51M 型金相显微镜和和 Image Pro-Plus 软件研究电渣重熔后优化成分的 42CrMo 钢中非金属夹杂物情况，并 在 Gleeble3000 热模拟机上测定其连续冷却相转变( CCT) 曲线． 研究结果表明: 电渣重熔后明显减少钢中夹杂物的数目，改善 钢中夹杂物的尺寸，夹杂物去除率达到 71. 90% ; 同时根据热膨胀曲线和金相组织绘制出 42CrMo 钢的 CCT 曲线，冷却速度较 低时组织为铁素体、珠光体和贝氏体，冷却速度较大时组织为马氏体和少量贝氏体． 关键词 42CrMo; 夹杂物去除; 电渣重熔; CCT 曲线 分类号 TF141 Electroslag remelting effect on inclusions in 42CrMo steel and CCT curve study XU Fei1) ，LI Dian-kai2) ，WANG Liu-tao1) ，WANG Hai-chuan1) ，FAN Ding-dong1) ，ZHANG Qing-an2) ，SUN Wei3) 1) Key Laboratory of Emission Ｒeduction ＆ Ｒesourses Ｒecycling in Metallurgy，Ministry of Education，School of Metallurgical Engineering，Anhui University of Technology，Ma’anshan 243002，China 2) School of Materials Science and Engineering，Anhui University of Technology，Ma’anshan 243002，China 3) Special Steel Company，Masteel Co． Ltd． ，Ma’anshan 243001，China Corresponding author，E-mail: which@ ahut． edu． cn ABSTＲACT The effect of electroslag remelting ( ESＲ) on nonmetallic inclusions in an optimal component 42CrMo steel was studied by BX51M optical microscopy and Image Pro-Plus software，and the continuous cooling transformation ( CCT) curve was measured on a Gleeble3000 thermal simulation machine． These results show that ESＲ can reduce the number and size of inclusions in steel samples and the inclusions removal ratio reaches 71. 90% ． The CCT curve of 42CrMo steel was plotted according to the thermal expansion curve and microstructure． When the cooling rate is lower，the microstructure is ferrite，pearlite and bainite; but when the cooling rate is higher，there are martensite and a small amount of bainite． KEY WOＲDS electroslag remelting; inclusions removal; cooling; phase transformation 收稿日期: 2016--03--21 基金项目: 安徽省科技攻关重大项目( 1301021008) 42CrMo 钢具有超高的强度和较好的韧性，力学性 能良好，淬火性能良好［1］，是轨道交通用紧固件的重要 用钢之一． 为了保证 42CrMo 钢具有良好的性能，钢中 非金属夹杂物的数目和尺寸就需要严格控制［2］． 研究 表明，电渣重熔可以显著改善钢中非金属夹杂物的分 布，同时减少钢中非金属夹杂物的数目，改善钢的相关 性能［3--5］，为进一步研究 42CrMo 紧固件用钢的组织性 能和热处理工艺奠定基础． 本文利用电渣重熔技术，将 一 种 成 分 优 化 的 42CrMo 钢原始样品作为自耗电极进行电渣重熔，利用 BX51M 型金相显微镜对比考察重熔前后钢样中非金 属夹杂物的数目和尺寸( 评级) 的变化，在此基础上将
·202· 工程科学学报，第38卷，增刊1 重熔后的钢样在Gleeble30O0热模拟机上测定相应的 炉生产的成分优化的42CMo钢锭，利用电渣重熔去 连续冷却相转变(continuous cooling transformation, 除钢样夹杂物，以便于进一步利用热模拟研究其CCT CCT)曲线，分析其在不同冷却速度下钢样内部金相组 曲线.钢样成分如表1所示. 织的变化规律，最终在优化42CMo钢性能的同时，为 首先通过电渣重熔炉将42CMo钢样熔炼成直径为 其后续的热处理工艺提供理论依据 60mm,高度为100mm左右的钢锭，对重熔前后的钢样 进行取样，通过金相实验来分析重熔前后钢样中夹杂物 实验内容 数目和尺寸的变化.电渣重熔的渣系采用CF,和A山，O, 本次电渣重熔试验采用的原料为某钢厂中频感应 混合的二元渣系@，电渣重熔实验的参数见表2 表1电渣重熔实验用42CMo钢样成分（质量分数） Table 1 Components of experimental 42CrMo steel for electroslag remelting 号 C Si Mn Cr Mo Ni Al 0.410 0.220 1.020 0.010 0.013 0.930 0.210 0.070 0.035 表2电渣重熔实验参数 洗”的过程，自耗电极在末端形成熔滴，这是夹杂物去 Table 2 Experimental parameters of electroslag remelting 除的主要过程⑦，熔滴穿过渣池进入金属熔池的过程 钢种 工作电流/A工作电压/V 渣系 中，也有一定的去除夹杂物能力，到达铸锭中部的熔滴 42CrMo 900~1000 3335 Al,03:CaF,=30%:70% 在渣池中停留时间要短于铸锭外围的熔滴，导致铸锭 中部夹杂物数目多，且夹杂物尺寸偏大 将重熔后的钢锭利用线切割加工成棒材，并用热 膨胀法测定其CCT曲线.先将钢样加热至900℃并保 表4不同尺寸夹杂物数目 温10min,然后分别以0.1、0.5、1.0、5.0和10.0℃· Table 4 Number of inclusions with different sizes $的冷却速度冷却到室温，冷却过程中自动测量钢样 夹杂物尺寸， 夹杂物数目 直径的变化，得到钢样的热膨胀曲线。根据不同冷却 s/μm2 重熔前 重熔后 速度下热膨胀曲线确定相变开始点和相变结束点时的 S<0.1 72 26 温度和时间，将其绘制在温度时间坐标轴上，得到 0.1<S<0.5 67 15 42CMo钢的CCT曲线.再将试样经打磨抛光后，在金 0.5<S<1.0 9 相显微镜下观察其在不同冷却速度冷却后得到的金相 S>1.0 5 0 组织，分析冷却速度对组织变化的影响及相转变特性 从表4可以看出：重熔前的试验钢样中，尺寸大于 2实验结果与分析 0.1μm2的夹杂物有81个，占总数的52.94%：重熔 2.1电渣重熔对夹杂物的影响分析 后钢样中尺寸大于0.1um的夹杂物有17个，占总 用金相显微镜观察重熔前后钢锭的中心处、3/4 数的39.53%.自耗电极经电渣重熔后，夹杂物的平 处及外围处的夹杂物；用Image Pro-Plus统计夹杂物数 均尺寸得到有效的改善，大型夹杂物数目所占比例 目和面积，结果见表3和表4：再对重熔前后的钢样做 明显降低 夹杂物的评级，结果如表5所示 表5电渣重熔前后夹杂物评级 表3钢样不同部位夹杂物的数目 Table 5 Inclusions rating of electroslag remelting Table 3 Number of inclusions in different parts of steel samples A(硫化 B(氧化 C(硅酸 D(环状 夹杂物 夹杂物数目 物类) 铝类) 盐类) 氧化物类) 试样部位 类型 重熔前 重熔后 细系粗系细系粗系细系粗系细系粗系 中心处 50 15 重熔前 2一 -0.511 34处 17 11 重熔后 -0.50.5 外围处 86 11 从表5重熔前后夹杂物的评级可以看出，钢中非 由表3可以得到，电渣重熔前后，钢样中夹杂物的 金属夹杂物的数目和尺寸都有所降低，硅酸盐类和氧 数目变化明显，夹杂物去除率达到71.90%，重熔后钢 化铝类夹杂物去除率比较高，硅酸盐类夹杂物的熔点 样中心部位的夹杂物数目较多，且夹杂物的平均尺寸 比较低，在电渣重熔的过程中比较容易去除，氧化铝类 较大.其原因主要是：电渣重熔去除夹杂物是一个“渣 的夹杂物熔点比较高，在重熔前的钢样中氧化铝夹杂
工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 重熔后的钢样在 Gleeble3000 热模拟机上测定相应的 连续 冷 却 相 转 变 ( continuous cooling transformation， CCT) 曲线，分析其在不同冷却速度下钢样内部金相组 织的变化规律，最终在优化 42CrMo 钢性能的同时，为 其后续的热处理工艺提供理论依据． 1 实验内容 本次电渣重熔试验采用的原料为某钢厂中频感应 炉生产的成分优化的 42CrMo 钢锭，利用电渣重熔去 除钢样夹杂物，以便于进一步利用热模拟研究其 CCT 曲线． 钢样成分如表 1 所示． 首先通过电渣重熔炉将 42CrMo 钢样熔炼成直径为 60 mm，高度为 100 mm 左右的钢锭，对重熔前后的钢样 进行取样，通过金相实验来分析重熔前后钢样中夹杂物 数目和尺寸的变化． 电渣重熔的渣系采用 CaF2和 Al2O3 混合的二元渣系［6］，电渣重熔实验的参数见表 2． 表 1 电渣重熔实验用 42CrMo 钢样成分( 质量分数) Table 1 Components of experimental 42CrMo steel for electroslag remelting % C Si Mn P S Cr Mo Ni Al 0. 410 0. 220 1. 020 0. 010 0. 013 0. 930 0. 210 0. 070 0. 035 表 2 电渣重熔实验参数 Table 2 Experimental parameters of electroslag remelting 钢种 工作电流/A 工作电压/V 渣系 42CrMo 900 ～ 1000 33 ～ 35 Al2O3 ∶ CaF2 = 30% ∶ 70% 将重熔后的钢锭利用线切割加工成棒材，并用热 膨胀法测定其 CCT 曲线． 先将钢样加热至 900 ℃ 并保 温 10 min，然后分别以 0. 1、0. 5、1. 0、5. 0 和 10. 0 ℃· s － 1的冷却速度冷却到室温，冷却过程中自动测量钢样 直径的变化，得到钢样的热膨胀曲线． 根据不同冷却 速度下热膨胀曲线确定相变开始点和相变结束点时的 温度和时间，将其绘制在温度#时 间 坐 标 轴 上，得 到 42CrMo 钢的 CCT 曲线． 再将试样经打磨抛光后，在金 相显微镜下观察其在不同冷却速度冷却后得到的金相 组织，分析冷却速度对组织变化的影响及相转变特性． 2 实验结果与分析 2. 1 电渣重熔对夹杂物的影响分析 用金相显微镜观察重熔前后钢锭的中心处、3 /4 处及外围处的夹杂物; 用 Image Pro-Plus 统计夹杂物数 目和面积，结果见表 3 和表 4; 再对重熔前后的钢样做 夹杂物的评级，结果如表 5 所示． 表 3 钢样不同部位夹杂物的数目 Table 3 Number of inclusions in different parts of steel samples 试样部位 夹杂物数目 重熔前 重熔后 中心处 50 15 3 /4 处 17 17 外围处 86 11 由表 3 可以得到，电渣重熔前后，钢样中夹杂物的 数目变化明显，夹杂物去除率达到 71. 90% ，重熔后钢 样中心部位的夹杂物数目较多，且夹杂物的平均尺寸 较大． 其原因主要是: 电渣重熔去除夹杂物是一个“渣 洗”的过程，自耗电极在末端形成熔滴，这是夹杂物去 除的主要过程［7］，熔滴穿过渣池进入金属熔池的过程 中，也有一定的去除夹杂物能力，到达铸锭中部的熔滴 在渣池中停留时间要短于铸锭外围的熔滴，导致铸锭 中部夹杂物数目多，且夹杂物尺寸偏大． 表 4 不同尺寸夹杂物数目 Table 4 Number of inclusions with different sizes 夹杂物尺寸， S /μm2 夹杂物数目 重熔前 重熔后 S ＜ 0. 1 72 26 0. 1 ＜ S ＜ 0. 5 67 15 0. 5 ＜ S ＜ 1. 0 9 2 S ＞ 1. 0 5 0 从表 4 可以看出: 重熔前的试验钢样中，尺寸大于 0. 1 μm2 的夹杂物有 81 个，占总数的 52. 94% ; 重 熔 后钢样中尺寸大于 0. 1 μm2 的夹杂物有 17 个，占总 数的 39. 53% ． 自耗电极经电渣重熔后，夹杂物的平 均尺寸得到有效的改善，大型夹杂物数目所占比例 明显降低． 表 5 电渣重熔前后夹杂物评级 Table 5 Inclusions rating of electroslag remelting 夹杂物 类型 A( 硫化 物类) B( 氧化 铝类) C( 硅酸 盐类) D( 环状 氧化物类) 细系 粗系 细系 粗系 细系 粗系 细系 粗系 重熔前 — — 2 — — 0. 5 1 1 重熔后 — — — — — — 0. 5 0. 5 从表 5 重熔前后夹杂物的评级可以看出，钢中非 金属夹杂物的数目和尺寸都有所降低，硅酸盐类和氧 化铝类夹杂物去除率比较高，硅酸盐类夹杂物的熔点 比较低，在电渣重熔的过程中比较容易去除，氧化铝类 的夹杂物熔点比较高，在重熔前的钢样中氧化铝夹杂 · 202 ·
徐飞等：电渣重熔对42CMo钢中夹杂物的影响及CCT曲线研究 ·203· 物评级较高，说明其数目较多和尺寸较大，由于重熔的 了水冷结晶器，这使得钢液的温度降低，钢中氧的溶解 速率较低，促进这类夹杂物的上浮，使得氧化铝类夹杂 度也随之降低，导致钢液中产生过饱和的氧，这些过饱 物得以有效去除.重熔后钢样中仅有部分环状氧化物 和的氧和合金元素结合，产生新的夹杂物回 夹杂有一定残余，但是其夹杂物评级细系和粗系均为 2.242CrMo钢样的CCT曲线 0.5级，且未检测到DS系夹杂物，这一部分的夹杂物 实验绘制出42CMo钢在不同冷却速度下的热膨 主要是重熔过程中的新生夹杂物，由于电渣重熔采用 胀曲线，如图1所示 0.06 0.05 0.04 0.04 0.03 0.02 0.02 0.01- 0.01 -0.02 -0.02 -0.03 -0.04- 2004006008001000 2004006008001000 温度℃ 温度℃ a)冷却速度=0.1℃· )冷却速度=05℃·、 0.06 0.06 0.05 0.05 0.04 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 0 -0.01 -0.01 -0.02 200 400600 8001000 -0.02 200 400600 8001000 温度℃ 温度℃ ()冷却速度=1℃· d)冷却速度=5℃·s 0.06 0.05 ■ 0.04 0.03 0.02 0.01 0 -0.01 -0.02 0 200 4006008001000 温度 e)冷却速度=10℃·%4 图1不同冷却速度的热膨胀曲线 Fig.1 Thermal expansion curves of different cooling rates 根据42CMo钢的热膨胀曲线的拐点确定各冷却 组织为先共析铁素体与珠光体的混合物，但由于原始 速度下的相变温度，如表6所示.在金相显微镜下观 试样为轧制态，所以冷却后组织仍保留有带状：试样以 察钢样在不同冷却速度下得到的组织形貌，如图2所 0.5℃·s冷却过程中，仍有小块状先共析铁素体析 示：根据表6中相变点和金相实验的结果绘制其静态 出，约占10%左右，其组织为先共析铁素体、珠光体和 CCT曲线，如图3所示 少量的贝氏体的混合组织：试样以1℃·s冷却过程 由图2可以看出：试样以0.1℃·s冷却过程中， 中，其组织为贝氏体的混合组织：试样以5℃·s冷却 先共析铁素体以大块状析出，约占体积的50%左右， 过程中，开始发生马氏体转变，但仍保留有少量的贝氏
徐 飞等: 电渣重熔对 42CrMo 钢中夹杂物的影响及 CCT 曲线研究 物评级较高，说明其数目较多和尺寸较大，由于重熔的 速率较低，促进这类夹杂物的上浮，使得氧化铝类夹杂 物得以有效去除． 重熔后钢样中仅有部分环状氧化物 夹杂有一定残余，但是其夹杂物评级细系和粗系均为 0. 5 级，且未检测到 DS 系夹杂物，这一部分的夹杂物 主要是重熔过程中的新生夹杂物，由于电渣重熔采用 了水冷结晶器，这使得钢液的温度降低，钢中氧的溶解 度也随之降低，导致钢液中产生过饱和的氧，这些过饱 和的氧和合金元素结合，产生新的夹杂物［5］． 2. 2 42CrMo 钢样的 CCT 曲线 实验绘制出 42CrMo 钢在不同冷却速度下的热膨 胀曲线，如图 1 所示． 图 1 不同冷却速度的热膨胀曲线 Fig． 1 Thermal expansion curves of different cooling rates 根据 42CrMo 钢的热膨胀曲线的拐点确定各冷却 速度下的相变温度，如表 6 所示． 在金相显微镜下观 察钢样在不同冷却速度下得到的组织形貌，如图 2 所 示; 根据表 6 中相变点和金相实验的结果绘制其静态 CCT 曲线，如图 3 所示． 由图 2 可以看出: 试样以 0. 1 ℃·s － 1冷却过程中， 先共析铁素体以大块状析出，约占体积的 50% 左右， 组织为先共析铁素体与珠光体的混合物，但由于原始 试样为轧制态，所以冷却后组织仍保留有带状; 试样以 0. 5 ℃·s － 1冷却过程中，仍有小块状先共析铁素体析 出，约占 10% 左右，其组织为先共析铁素体、珠光体和 少量的贝氏体的混合组织; 试样以 1 ℃·s － 1 冷却过程 中，其组织为贝氏体的混合组织; 试样以 5 ℃·s － 1冷却 过程中，开始发生马氏体转变，但仍保留有少量的贝氏 · 302 ·
·204· 工程科学学报，第38卷，增刊1 体，其组织为马氏体和少量贝氏体的混合组织：试样以 转变的温度，仍保留有极少量的贝氏体，其组织为马氏 10℃·s冷却过程中，冷却速度不能达到马氏体完全 体和极少量贝氏体的混合组织 表6不同冷却速度下的相变温度 Table 6 Phase transition temperature at different cooling rates 试样 冷速/ A→P转变/℃ B转变/℃ M转变/℃ 金相 序号 (℃s1) 开始温度 结束温度 开始温度 结束温度 开始温度 结束温度 组织 1# 0.1 810.33 614.32 F+P 3。 0.5 701.28 559.31 559.31 370.31 一 F+P+B 3 1.0 558.05 342.76 B 4 5.0 515.82 337.66 337.66 191.97 B+M 10.0 344.46 165.41 B+M 240m (a冷却速度0.I℃· b)冷却速度0.5℃·s 40m 40m (c冷却速度1℃· d冷却速度5℃ 40m (e)冷却速度10℃·s 图242CMo钢在不同冷却速度下的金相组织 Fig.2 Microstructures of 42CrMo steel at different cooling rates 从图3可以看出，42CMo钢以不同冷却速度冷却 时，转变产物为贝氏体：冷却速度较高时(5~10℃· 时，发生铁素体析出(A→F)、珠光体转变(A→P)、贝 s),发生马氏体转变，但仍有少量的贝氏体，转变产 氏体转变(A→B)和马氏体转变(A→M).当冷却速率 物为马氏体和极少量的贝氏体.经过电渣重熔后的钢 较低时(0.1~0.5℃·s),转变的产物主要是铁素体 样，在冷却速度为10℃·s时组织中仍含有极少量的 和珠光体以及少量的贝氏体：当冷却速度为1℃·s 贝氏体组织，而普通42CrMo钢在此冷却速度下已经
工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 体，其组织为马氏体和少量贝氏体的混合组织; 试样以 10 ℃·s － 1冷却过程中，冷却速度不能达到马氏体完全 转变的温度，仍保留有极少量的贝氏体，其组织为马氏 体和极少量贝氏体的混合组织． 表 6 不同冷却速度下的相变温度 Table 6 Phase transition temperature at different cooling rates 试样 序号 冷速/ ( ℃·s － 1 ) A→P 转变/℃ B 转变/℃ M 转变/℃ 开始温度 结束温度 开始温度 结束温度 开始温度 结束温度 金相 组织 1# 0. 1 810. 33 614. 32 — — — — F + P 2# 0. 5 701. 28 559. 31 559. 31 370. 31 — — F + P + B 3# 1. 0 — — 558. 05 342. 76 — — B 4# 5. 0 — — 515. 82 337. 66 337. 66 191. 97 B + M 5# 10. 0 — — — — 344. 46 165. 41 B + M 图 2 42CrMo 钢在不同冷却速度下的金相组织 Fig． 2 Microstructures of 42CrMo steel at different cooling rates 从图 3 可以看出，42CrMo 钢以不同冷却速度冷却 时，发生铁素体析出( A→F) 、珠光体转变( A→P) 、贝 氏体转变( A→B) 和马氏体转变( A→M) ． 当冷却速率 较低时( 0. 1 ～ 0. 5 ℃·s － 1 ) ，转变的产物主要是铁素体 和珠光体以及少量的贝氏体; 当冷却速度为 1 ℃·s － 1 时，转变产物为贝氏体; 冷却速度较高时( 5 ～ 10 ℃· s － 1 ) ，发生马氏体转变，但仍有少量的贝氏体，转变产 物为马氏体和极少量的贝氏体． 经过电渣重熔后的钢 样，在冷却速度为 10 ℃·s － 1时组织中仍含有极少量的 贝氏体组织，而普通 42CrMo 钢在此冷却速度下已经 · 402 ·
徐飞等：电渣重熔对42CMo钢中夹杂物的影响及CCT曲线研究 ·205· 1000 参考文献 Shi Y G.Zhang Y F,Kou Y L.Experimental study on heat treat- 800 ment parameters of 42CrMo.Raike Qual Control,2007,35(9): 14 600 (史永革，张颜芳，寇永利.42CMo零件热处理工艺参数的试 验研究.铁道技术监督，2007,35(9)：14) 400-s Zhang A M.Effect of non-metallic inclusion on property of steel. A→M Phys Exam Test,2006,24(4):42 200-Mr (张爱梅.非金属夹杂物对钢性能的影响.物理测试，2006,24 (4):42) B3]Li C R,Wang C Q.Research on controlling inclusions in H13 10 102 10 10 steel smelted by ESR.Mod Mach,2011(5):70 时间/s (李长荣，王春琼.电渣重熔控制H13钢中夹杂物研究.现代 图3实验42CrMo钢的静态CCT曲线 机械，2011(5)：70) Fig.3 Static CCT curves of 42CrMo steel [4]Li JS,Wang J S,Yang F.Review of cleanliness control for steels produced by ESR process.Henan Metall,2010,18(2):1 达到马氏体的完全转变温度圆，电渣重熔会使得 (李京社，王再飞，杨树峰.电渣重熔钢液洁净度控制研究进 42CMo钢得到马氏体的冷速范围缩小，重熔后的 展.河南治金，2010,18(2)：1) 42CMo钢需要在更高的冷却速度下才能发生完全的 [5] Geng X,Jiang Z H,Liu F B,et al.Control of non-metallic inclu- 马氏体转变 sion in ESR process.Iron Steel,2009,44(12):42 (耿鑫，姜周华，刘福斌，等。电渣重熔过程中夹杂物的控制. 3结论 钢铁，2009,44(12)：42) [6]Wang B,Chen B,Li Y L,Technological investigation of slag (1)电渣重熔可以大大减少钢中夹杂物的数目和 systems'selection for electro slag re-melting.Sichuan Metall, 尺寸，夹杂物的去除率达到71.90%；重熔后夹杂物的 2001(5):3 尺寸明显减小，钢样中尺寸大于0.1μm的夹杂物比例 (王宾，陈涛，李艳丽.电渣重熔渣系选择的工艺探索.四川治 由重熔前的52.94%降低至39.53%，仅环状氧化物夹 金，2001(5)：3) 杂物评级达到0.5级，其他种类夹杂物评级均低于 [7]LiZB,Zhang J W,Che X Q.Control of content and composition of nonmetallic inclusion in ESR steel.J Iron Steel Res,1997,9 0.5级.从夹杂物的分布来看，电渣重熔后钢样中心部 (2),7 位残余夹杂物相对较多且尺寸相对较大，而边缘部位 (李正邦，张家雯，车向前.电渣重熔钢中非金属夹杂物含量 夹杂物数量少且尺寸相对较小. 及成分的控制.钢铁研究学报，1997,9(2)，7) (2)通过绘制重熔后的42CMo钢CCT曲线可 8] Zhang Y,Liu R D,Wang K Q,et al.Dynamic continuous cooling 知，当冷却速度小于5℃·s,会产生铁素体、珠光体 transformation curves and microstructure evolution of 42CrMo steel.Heat Treat Met,2012,37(12),37 和贝氏体；当冷却速度在5~10℃·s之间，会产生马 (张宇，刘仁东，王科强，等.42CMo钢动态CCT曲线及组织 氏体和极少量的贝氏体 转变.金属热处理，2012,37(12)，37)
徐 飞等: 电渣重熔对 42CrMo 钢中夹杂物的影响及 CCT 曲线研究 图 3 实验 42CrMo 钢的静态 CCT 曲线 Fig． 3 Static CCT curves of 42CrMo steel 达到 马 氏 体 的 完 全 转 变 温 度［8］，电 渣 重 熔 会 使 得 42CrMo 钢 得 到 马 氏 体 的 冷 速 范 围 缩 小，重 熔 后 的 42CrMo 钢需要在更高的冷却速度下才能发生完全的 马氏体转变． 3 结论 ( 1) 电渣重熔可以大大减少钢中夹杂物的数目和 尺寸，夹杂物的去除率达到 71. 90% ; 重熔后夹杂物的 尺寸明显减小，钢样中尺寸大于 0. 1 μm2 的夹杂物比例 由重熔前的 52. 94% 降低至 39. 53% ，仅环状氧化物夹 杂物评级达到 0. 5 级，其他种类夹杂物评级均低于 0. 5 级． 从夹杂物的分布来看，电渣重熔后钢样中心部 位残余夹杂物相对较多且尺寸相对较大，而边缘部位 夹杂物数量少且尺寸相对较小． ( 2) 通过绘制重熔后的 42CrMo 钢 CCT 曲线可 知，当冷却速度小于 5 ℃·s － 1，会产生铁素体、珠光体 和贝氏体; 当冷却速度在 5 ～ 10 ℃·s － 1之间，会产生马 氏体和极少量的贝氏体． 参 考 文 献 ［1］ Shi Y G，Zhang Y F，Kou Y L． Experimental study on heat treatment parameters of 42CrMo． Ｒailw Qual Control，2007，35( 9) : 14 ( 史永革，张颜芳，寇永利． 42CrMo 零件热处理工艺参数的试 验研究． 铁道技术监督，2007，35( 9) : 14) ［2］ Zhang A M． Effect of non-metallic inclusion on property of steel． Phys Exam Test，2006，24( 4) : 42 ( 张爱梅． 非金属夹杂物对钢性能的影响． 物理测试，2006，24 ( 4) : 42) ［3］ Li C Ｒ，Wang C Q． Ｒesearch on controlling inclusions in H13 steel smelted by ESＲ． Mod Mach，2011( 5) : 70 ( 李长荣，王春琼． 电渣重熔控制 H13 钢中夹杂物研究． 现代 机械，2011( 5) : 70) ［4］ Li J S，Wang J S，Yang S F． Ｒeview of cleanliness control for steels produced by ESＲ process． Henan Metall，2010，18( 2) : 1 ( 李京社，王再飞，杨树峰． 电渣重熔钢液洁净度控制研究进 展． 河南冶金，2010，18( 2) : 1) ［5］ Geng X，Jiang Z H，Liu F B，et al． Control of non-metallic inclusion in ESＲ process． Iron Steel，2009，44( 12) : 42 ( 耿鑫，姜周华，刘福斌，等． 电渣重熔过程中夹杂物的控制． 钢铁，2009，44( 12) : 42) ［6］ Wang B，Chen B，Li Y L，Technological investigation of slag systems' selection for electro slag re-melting． Sichuan Metall， 2001( 5) : 3 ( 王宾，陈涛，李艳丽． 电渣重熔渣系选择的工艺探索． 四川冶 金，2001( 5) : 3) ［7］ Li Z B，Zhang J W，Che X Q． Control of content and composition of nonmetallic inclusion in ESＲ steel． J Iron Steel Ｒes，1997，9 ( 2) ，7 ( 李正邦，张家雯，车向前． 电渣重熔钢中非金属夹杂物含量 及成分的控制． 钢铁研究学报，1997，9( 2) ，7) ［8］ Zhang Y，Liu Ｒ D，Wang K Q，et al． Dynamic continuous cooling transformation curves and microstructure evolution of 42CrMo steel． Heat Treat Met，2012，37( 12) ，37 ( 张宇，刘仁东，王科强，等． 42CrMo 钢动态 CCT 曲线及组织 转变． 金属热处理，2012，37( 12) ，37) · 502 ·