固溶处理及Ce对30MnB5钢组织和性能的影响

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30Mn B5钢是一种热冲压成型钢,因具有强度高等优点被广泛应用于农业领域。随我国农业机械化程度的不断提高,人们对钢质量(力学和使用性能)提出更为严格苛刻的要求。因此,提高钢材性能成为钢材生产中关键问题。但30Mn B5钢在生产过程中常出现塑/韧性低和裂纹缺陷,它将严重影响钢材在服役的过程中使用寿命。此外,在钢中加入微合金化元素,虽能起到细晶强化和析出强化作用,但过量的合金化元素不仅会恶化韧性,也同增加钢材生产成本。因此本文描述了固溶时间、温度和稀土Ce对30MnB5钢组织及性能的影响,为改善钢铁企业改变钢铁产品结构、实现“以产顶进”和“低成本制造”等目标提供基础数据支撑。其研究结果为:(1)本研究采用对比试验法,研究固溶时间和温度对30MnB5钢组织及性能的影响,结果表明:1)30Mn B5钢在不同固溶处理温度和保温1.5h后,随固溶温度升高α-Fe转变成马氏体的数量增多,Cr23C6基本固溶于α-Fe中,CrB、BN在马氏体相的周围析出,形状为纳米级点状物;其硬度、抗拉强度随温度的升高呈先减小后增大的趋势,其伸长率随温度升高呈先增大后减小的趋势。2)在1000℃的不同固溶时间的实验发现,随固溶时间延长α-Fe变为马氏体的数量在呈增到一定值后维持不变的趋势;硬度、抗拉强度却呈先减小后增大的趋势,伸长率随固溶时间延长呈先增大后减小的趋势。析出于马氏体周围化合物BN、Cr B的尺寸亦有变小的趋势。3)最佳固溶处理工艺为1000℃下保温2h,该试样的强度和硬度值比未固溶处理试样分别提高61.67%和40.38%,塑性达到18.12%。(2)给30Mn B5钢加入微量Ce元素,在Ce精炼还原、凝固后发现,其组织和夹杂物形态有如下变化:1)与[Ce]加入量为0%的试样相比,在[Ce]加入量为0.003%时,试样铸态显微组织细化,其等轴晶由24%提高90.51%;而[Ce]加入量为0.0045%时,其晶粒尺寸变大,等轴晶比却变为19.38%。这一结果说明钢中加入Ce后,细化其凝固组织有极值点。2)不加Ce时,30Mn B5钢中的主要夹杂物为6μm长条状的Al2O3;当[Ce]加入量为0.003%时,它变为球状或者椭球状、尺寸约3μm的Al2O3?Ce2O2S型的稀土复合夹杂物;当[Ce]加入量为0.0045%时,它变为约7μm的Ce2O2S夹杂物。热力学计算结果表明,3μm左右的Al2O3?Ce2O2S与γ-Fe相之间的错配度为8.5%,是γ→α+M(P)相变时理想的异质形核点。这说明,试样等轴晶率的变化,与异质形核点的密度有某种联系。也预示着30Mn B5钢液经微量[Ce]精炼处理、凝固和热加工后,会获得良好的强/韧性能和使用性能。
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