用铝脱氧是目前应用较广泛的钢脱氧方法。铝

和氧亲和力很强

,

脱氧效率高

,

而且成本比较低。用

铝脱氧

,

钢中的总氧量很低

,

形成的氧化物夹杂易上

浮而去除。用铝脱氧还可以比较经济地生产细晶粒

钢。

  为确保脱氧时夹杂物迅速与钢水分离并防止二

次氧化

,

通常需加入过量的铝

,

多余的铝则溶于钢水

中。

许多研究结果证实

:

铝脱氧的反应产物和残留在

钢中的铝会引起耐热钢的蠕变脆性

,

致使钢的高温

强度降低

,

并导致轴承钢、

钢轨钢和车轮钢疲劳性能

的恶化。因此

,

重新认识钢用铝脱氧

,

改进脱氧制度

和脱氧剂

,

有利于降低废品率、

改善钢的性能、

提高

钢构件的使用寿命。

1

 钢用铝脱氧的回顾

  在钢凝固时溶解在钢中的氧将以氧化物的形式

析出。

为减少有害夹杂物的数量

,

浇注前必须尽可能

地降低钢中的氧含量。从经济方面考虑

,

工业炼钢

时

,

通常采用与氧亲和力强的脱氧剂进行脱氧。

为回收率几乎为零。铝含量为

0.

03

%

～

0.

08

%

的镇

静钢、

低碳钢的铝回收率约为

25

%

,

而中碳钢和高

碳钢的铝回收率稍高一些。

2

 用铝脱氧对钢力学性能的影响

2

.

1

 对好塑性的影响

 

Ratliff

等

[

5]

对铝含量为

0.

004

%

～

0.

030

%

,

且经过正火和二次回火处理的

1Cr

-

0.

55Mo

-

0.

25V

钢缺口试样和光

滑试样进行了

510

℃蠕变断裂

试

验。结果发现

:

当钢中固溶铝含量大于

0.

010

%

时

,

有明显的缺口敏感度

,

且好塑性显著降低

;

只有在

钢中固溶铝含量低于

0.

010

%

时才能获得较高的蠕

变和好强度。

 

Visw

anathan

等

[

6]

研究了

A

、

B

两种具有相似的

热处理工艺、

强度和晶粒度的

Cr

-

Mo

-

V

钢。两种钢

中合金元素含量基本相同

,

但

B

钢中的铝含量比

A

钢高

10

倍多

,

化学成分如表

1

所示。两种钢光滑试

样的好塑性

(

W

)

随断裂时间

(

t

r

)

的变化曲线如图

4

所示。

可见

593

℃时

,

A

钢和

B

钢的好塑性明显不

同

,

A

钢好塑性通常在

80

%

以上

,

而

B

钢则在

3

%

～

20

%

左右。

即使在试验温度稍低

(

如

510

℃

)

的

情况下

,

B

钢的好塑性随时间的延长不断下降

,

而

A

钢则没有这种趋势。

另外

,

还发现

B

钢缺口敏感度

增加

,

即缺口试样发生早期断裂。

但研究中仅发现两

种钢的铝含量及钒的碳化物析出量不同

,

因此认为

含铝钢的好塑性降低是由于铝的固溶促使钒的碳

化物析出

,

从而引起基体强化。

2

.

2

 对高温好强度的影响

 

Fo

ldy

na

等

[

7]

研究了

4

炉

12Cr-

1M

o

-

0.

3V

钢的

高温好强度

(

R

)

,

4

炉钢的化学成分列于表

2,

其主

要区别在于铝和氮的含量。研究发现

,

4

炉钢的高温

持

久强度差别很大

(

如图

5

所示

)

。分析图

5

可知

:

550

℃时

,

铝含量很高的

732

炉次钢的好强度比

其它炉次大约低

30

%

;

600

℃时

,

比其它炉次大约

低

20

%

。衍射斑点和能谱分析表明

,

732

炉次钢中

析出一些尺寸为

0.

25

～

1.

60

L

m

的

AlN,

它们或孤

立存在或聚集成群。由于

AlN

尺寸很大

,

没有析出

强化作用。

另外

,

由于氮与铝的结合使钢中固溶氮含

表

1

 两种

Cr

-

Mo

-

V

钢的化学成分

/

%

Table

1

 

Chemical

compositions

of

Cr

-

Mo

-

V

steels

/

%

钢

合金元素

痕量元素×

10

-

4

C

Cr

M

o

V

Ni

M

n

Si

S

P

Sb

Sn

A

S

Al

溶

Al

不溶

A

B

0.

31

0.

29

1.

23

1.

21

1.

19

1.

10

0.

25

0.

25

0.

15

0.

40

0.

92

0.

75

0.

25

0.

14

45

94

60

90

<

3

14

30

42

48

160

20

230

5

7

图

4

 

Cr

-

Mo

-

V

钢的好塑性随断裂时间的变化

Fig

.

4

 

Relation

between

stress

-

rupture

plasticity

and

rupture

time

of

C

r

-

Mo

-

V

steels

量近似为零

,

无法形成具有析出强化作用的

VC

x

N

y

,

从而降低了钢的好强度。因此为获得较佳强度

,

12

Cr

-

1

Mo

-

0.

3

V

钢在脱氧时必须控制铝的加入量

,

以保证固溶在钢中的氮含量处于较佳值。

 

Naoi

等

[

8]

研究

了铝

含量

对

9Cr

-

0.

5M

o-

1.

8W

钢力学性能的影响。

结果发现

:

铝的加入大大降低了

该钢的高温好强度。铝含量对

9Cr-

0.

5M

o-

1.

8W

钢

600

℃时蠕变断裂时间的影响如图

6

所示。可见

试验应力

(

E

)

越低

,

铝对钢的长时蠕变断裂寿命影响

越大。

在

650

℃和

700

℃试验时也出现同样的现象。

要提高

9Cr-

0.

5M

o-

1.

8W

钢的蠕变抗力

,

必须降低

铝含量。

2

.

3

 对疲劳性能的影响

  轴承运行一段时间后

,

通常都因接触疲劳

破

坏

表

2

 

4

炉

12Cr

-

1Mo

-

0

.

3V

钢的化学成分

/