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【新刊速览】马帅:​Ce对440C不锈轴承钢夹杂物演变的影响
   发布时间:2022-07-09 02:17:21 来源:ror在线体育平台

  为探究稀土Ce对440C不锈轴承钢中夹杂物的改性作用,利用实验室MoSi电阻炉对440C不锈轴承钢进行稀土Ce处理,采用OM、SEM等系统分析了Ce的添加对440C不锈轴承钢脱氧及夹杂物演变的影响。结果表明,随着Ce加入量的增加,其收得率逐渐升高。Ce的加入使钢中TO质量分数由0.002 5%降低至0.001 2%。未加入Ce的钢中夹杂物主要为AlO 3 、MnS以及镁铝尖晶石;加入质量分数为0.011 5%的Ce后,夹杂物被改性为以Ce-Al-O为主的夹杂物;当Ce的添加量达到0.036 4%时,夹杂物被完全改性为Ce-O-S夹杂物。适量的Ce可以降低夹杂物尺寸及面积比例,但过量加入会使夹杂物尺寸变大。在本试验条件下,当Ce质量分数为0.011 5%时,钢中夹杂物细小弥散效果最明显。以上结论可为Ce在高碳铬不锈轴承钢中的应用提供参考。

  440C是一种马氏体不锈轴承钢,其碳质量分数为0.95%~1.05%,铬质量分数为16%~18%,对应于国内9Cr18Mo牌号。因其具有较高的强度、硬度及耐磨性,广泛应用于腐蚀环境和无润滑强氧化气氛中工作的轴承零件、航空、航天等领域,并且在高质量的刀具制造方面也有应用,如医用手术刀、剪刀等。轴承零件的主要失效形式为滚动接触疲劳失效,而夹杂物又是引发疲劳失效的主要原因。特别是硬脆性夹杂物,如Al2O3 、MgO-Al2O3 等,线膨胀系数比钢小,在后续轧制过程中不易变形,导致应力集中进而成为裂纹源。钢中MnS夹杂物的存在促进了变形过程中孔隙的形核,易导致材料发生准解理断裂和失效。鉴于其严苛复杂的服役环境,实现钢液超低氧控制、铝脱氧产物的变性与去除是目前440C不锈轴承钢制备所面临的关键冶金学问题。

  大量研究表明,稀土具有较强的脱氧、脱硫能力,可以夺取Al2O3 中的氧以及MnS中的硫,从而将氧降低到较低的水平,降低夹杂物对钢质量的危害。同时,适量Ce的加入可以使钢中夹杂物变质,使得不规则形状的Al2O3 夹杂物和条状的MnS夹杂物变质为球状或椭球状的稀土夹杂物,从而使高洁净度不锈轴承钢的使用性能得到提升。

  为了探究不同质量分数Ce对440C不锈钢中脱氧及夹杂物演变的影响,本研究使用管式电阻炉制备3组440C不锈轴承钢,分别加入质量分数为0%、0.06%、0.12%的稀土Ce,并结合热力学分析夹杂物的形成机理,为440C不锈轴承钢的夹杂物控制问题提供参考。

  利用MoSi2电阻炉制备了3组440C不锈轴承钢,在钢液中添加不同质量分数的稀土Ce,通过对铸锭中成分、夹杂物演变分析,最终得到以下结论:

  (1)随着Ce添加量的增加,收得率升高,添加Ce后,稀土Ce收得率分别为19.17%和30.33%。随着Ce的增加,铸锭中TO的质量分数逐渐下降,本试验中Ce的添加使TO质量分数由0.002 5%降低至0.001 2%,S质量分数由0.002 3%降至0.001 6%,而N质量分数变化并不明显。

  (2)未加入Ce元素的钢中夹杂物主要为Al2O3 、MnS以及镁铝尖晶石;加入少量Ce的试验钢中主要夹杂物为Ce-Al-O;向钢中加入质量分数为0.036 4% Ce时,试验钢夹杂物被变质为Ce-O-S夹杂,但钢中出现了超过10 μm的聚集性稀土Ce夹杂,可能对钢的力学性能产生不利影响。

  (3)加入质量分数为0.011 5%的Ce可使夹杂物平均当量直径由3.59 μm降低至2.68 μm,夹杂物面积比例降低;继续加入Ce至0.036 4%,夹杂物平均直径变大为4.18 μm,面积比例也随之增大。2号试验钢中的大尺寸夹杂物的比例最小,为7.84%,尺寸小于3 μm的夹杂物占总比例为64.09%,本试验条件下加入0.011 5%稀土Ce对钢中夹杂物细小弥散效果最明显。

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