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表面活性元素碲调控M42高速钢组织性能的基础研究

批准号:
51904067
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
郑立春
依托单位:
学科分类:
钢铁冶金
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:

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项目成果

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中文摘要
碲(Te)在钢中是一个强表面活性元素。大量研究表明Te具有球化MnS夹杂物、细化钢凝固组织、抑制奥氏体晶粒长大的显著效果,以及抑制析出相长大和抑制钢热处理过程脱碳的潜在显著效果。因此,本项目创新性地提出利用表面活性元素Te调控M42高速钢组织性能的新思路,以解决高速钢碳化物不均匀而严重恶化其耐磨性、硬度和韧性等力学性能的问题,以及热处理过程严重脱碳的问题。揭示凝固、淬火和回火过程Te对M42高速钢晶粒尺寸和碳化物类型、形貌、尺寸、分布的影响规律。基于Te在钢中的赋存状态以及碳化物生长动力学,阐明Te细化碳化物的机理。揭示Te对M42高速钢热塑性、硬度和冲击韧性的影响规律,明确Te最优加入量以及对应的最佳锻造温度区间和热处理工艺。另外,揭示Te对M42高速钢氧化脱碳的影响及作用机制。该研究成果将丰富高速钢微合金化处理工艺及理论,提高我国以“碳化物均匀性”为核心的高速钢微观组织控制技术。
英文摘要
Tellurium (Te) is a very strong surface-active element in steel. Numerous studies have shown that surface active element Te can obviously spheroidize MnS inclusions, refine steel solidification microstructure and suppress austenite grain growth, and that Te might suppress precipitate growth and steel decarburization during heat treatment. Therefore, adding surface active element Te to M42 high speed steel to modify its microstructure and properties was proposed in this project, aiming at solving the problems of non-uniform carbides severely deteriorate the wear resistance, hardness, roughness and other mechanical performance of M42 high speed steel as well as severe decarburization during heat treatment. The effects of Te on the grain size and carbide type, morphology, size and distribution of M42 steel during solidification, quenching and tempering will be clarified, respectively. Based on Te status in the steel and carbide growth dynamics, the underlying mechanisms of Te refining carbides will be revealed. By comprehensively considering the effects of Te on the hot ductility as well as the hardness and impact roughness of M42 steel after tempering, the optimal addition of Te in M42 steel and the corresponding forging temperature range and heat treatment technology optimized will be obtained. Furthermore, the effect of Te on the decarburization of solid M42 steel due to oxidation will be clarified and the mechanisms will be revealed. This research will enrich the technology and theory of high speed steel microalloying, improve the ability of controlling high speed steel microstructure, where carbide uniformity is taken as the core, in our country.
碲(Te)在钢中是一个强表面活性元素。本项目创新性地提出利用表面活性元素Te调控M42高速钢组织性能的新思路,以解决高速钢碳化物不均匀而严重恶化其耐磨性、硬度和韧性等力学性能的问题,以及热处理过程严重脱碳的问题。本项目制备了4支Te含量为0、163ppm、272ppm和500ppm的M42铸锭,并开展了Te对铸态、淬火态和回火态M42高速钢枝晶/晶粒尺寸、碳化物特征、硬度、红硬性、抗拉/抗弯/压缩强度、冲击韧性等性能的影响规律和作用机制,Te在铸态和回火态M42高速钢中赋存状态,M2C和M6C共晶碳化物形成热力学及合金元素影响,Te影响M42高速钢氧化脱碳的规律和机理等关键内容研究。结果表明,在铸态M42高速钢中,Te显著细化枝晶组织和共晶碳化物,并球化MnS夹杂物。163ppm Te将共晶碳化物的当量直径从14.66μm降低到12.95μm。163ppm Te显著促进M6C共晶碳化物的形成,但进一步提高Te含量时,该趋势发生逆转,这是由于Te通过抑制元素偏析改变共晶反应前残余钢液中C、V、Mo、W的相对含量,而M2C和M6C共晶碳化物对上述元素含量非常敏感。另外,首次揭示了提高Mo含量可抑制M42高速钢中M2C共晶碳化物的形成,纠正了传统上的错误观点;在淬火过程,Te对M42高速钢的硬度影响不明显,但能显著抑制奥氏体晶粒的长大,淬火温度越高效果越明显;在回火过程,通过抑制二次碳化物Ostwald熟化,163ppm Te将620℃的红硬性从58.5HRC大幅度增加到60.8HRC。另外,Te轻微恶化铸态M42高速钢的机械性能,但是大幅度提升回火态的机械性能。例如,163ppm Te将压缩强度从3886.4MPa增加到3999.3MPa。该现象不仅与Te细化M42高速钢微观组织有关,还与热处理过程Te通过溶解和再析出从而降低其作为杂质元素的危害性有关。在淬火温度下,Te促进了M42高速钢的氧化,但是显著抑制了M42高速钢的脱碳,使完全脱碳层变薄。综合各方面性能,Te含量为163ppm时最优。本项目形成了高速钢Te微合金化处理工艺及理论,丰富了高效调控高速钢组织性能的手段。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: --
发表时间: 2022
期刊: 材料与冶金学报
影响因子: --
作者: [赵鑫淼, 娄健, 马骏鹏, 郑立春]
通讯作者: 郑立春
Role of Interfacial Properties in the Evolution of Non-metallic Inclusions in Liquid Steel
界面性质在钢液非金属夹杂物演变中的作用
DOI: 10.2355/isijinternational.isijint-2022-079
发表时间: 2022
期刊: ISIJ International
影响因子: 1.8
作者: [Lichun ZHENG, Annelies MALFLIET, Baiqiang YAN, Zhouhua JIANG, Bart BLANPAIN, Muxing GUO]
通讯作者: Muxing GUO
DOI: 10.2355/isijinternational.isijint-2020-744
发表时间: 2021
期刊: ISIJ International
影响因子: 1.8
作者: [Lichun Zheng, Huabing Li, Xiaolu Wang, Zhouhua Jiang, Hao Feng]
通讯作者: Hao Feng
Formation Behaviors of M2C and M6C Eutectic Carbides in AISI M42 High-Speed Steel
AISI M42 高速钢中 M2C 和 M6C 共晶碳化物的形成行为
DOI: 10.2355/isijinternational.isijint-2022-264
发表时间: 2022
期刊: ISIJ International
影响因子: 1.8
作者: [Lichun ZHENG, Baiqiang YAN, Jian LOU, Huabing LI, Zhouhua JIANG]
通讯作者: Zhouhua JIANG
共 7 条
    基于不完全钙处理和活性元素优化控制超级双相不锈钢洁净度和热轧裂纹的基础研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      58万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      郑立春
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金