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高速车轮钢包裹类非金属夹杂物研究

李向阳 吴旺朋 陈艳 赵海 沈昶 何宜柱

李向阳, 吴旺朋, 陈艳, 赵海, 沈昶, 何宜柱. 高速车轮钢包裹类非金属夹杂物研究[J]. 钢铁钒钛, 2021, 42(3): 199-204. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.030
引用本文: 李向阳, 吴旺朋, 陈艳, 赵海, 沈昶, 何宜柱. 高速车轮钢包裹类非金属夹杂物研究[J]. 钢铁钒钛, 2021, 42(3): 199-204. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.030
Li Xiangyang, Wu Wangpeng, Chen Yan, Zhao Hai, Shen Chang, He Yizhu. Research on non-metallic inclusions in high-speed wheel steel[J]. IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, 2021, 42(3): 199-204. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.030
Citation: Li Xiangyang, Wu Wangpeng, Chen Yan, Zhao Hai, Shen Chang, He Yizhu. Research on non-metallic inclusions in high-speed wheel steel[J]. IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, 2021, 42(3): 199-204. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.030

高速车轮钢包裹类非金属夹杂物研究

doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.03.030
详细信息
    作者简介:

    李向阳(1993—),男,安徽亳州人,硕士研究生,主要从事高速车轮钢中非金属夹杂物研究,E-mail:565383460@qq.com;

    通讯作者:

    陈艳(1975—),女,四川乐山人,副教授,博士,主要从事改善连铸坯质量研究,E-mail:chenyan@ahut.edu.cn

  • 中图分类号: TF76

Research on non-metallic inclusions in high-speed wheel steel

  • 摘要: 为评估高速车轮钢中包裹类夹杂物的包裹状态,利用扫描电镜和ASPEX型自动扫描电镜对高速车轮钢中核壳结构包裹类非金属夹杂物进行分析研究,包括核壳结构包裹类非金属夹杂物形貌、成分,包括核和壳、包裹类夹杂物和基体界面的成分,统计分析了核和壳的尺寸。研究表明,核壳结构包裹类非金属夹杂物一般呈椭圆形,长度主要分布在1~10 μm,包裹外壳主要成分为塑性的MnS夹杂,包裹厚度不均匀,一般为0~2.26 μm。被包裹的核以脆性夹杂物Al2O3为主,核的尺寸较小,一般为0.31~1.43 μm。从夹杂物核心到外壳存在成分梯度,推断包裹夹杂物外层MnS和Al2O3间为化学结合。采用JMatPro热力学软件计算,结果表明,S和Mn尤其是S含量的增加可以提高MnS的析出温度,有助于形成MnS包裹Al2O3的核壳类非金属夹杂物,从而改善高速车轮钢的疲劳性能。
  • 图  1  高速车轮钢中包裹类非金属夹杂物形貌

    Figure  1.  The morphology of wrapped non-metallic inclusions in high-speed wheel steel

    图  2  高速车轮钢包裹类夹杂物EDS面分析图像

    Figure  2.  EDS surface analysis image of high-speed wheel steel-wrapped inclusions

    图  3  高速车轮钢包裹类夹杂物扫描电镜形貌及能谱照片

    Figure  3.  SEM image and energy spectrum photos of inclusions in high-speed wheel steel

    图  4  高速车轮钢各类夹杂物比较

    Figure  4.  Comparison of various inclusions in high-speed wheel steel

    图  5  高速车轮钢包裹类非金属夹杂物壳及被包裹Al2O3核长宽分布

    Figure  5.  High-speed wheel steel-coated non-metallic inclusion shell and the length and width distribution of the coated Al2O3 core

    图  6  高速车轮钢包裹类非金属夹杂物包裹厚度分布

    Figure  6.  Thickness distribution diagram of non-metallic inclusions wrapped in high-speed wheel steel

    图  7  高速车轮钢凝固过程中非金属夹杂物的析出行为

    Figure  7.  Precipitation behavior of non-metallic inclusions during solidification of high-speed wheel steel

    图  8  S含量对高速车轮钢MnS析出温度的影响

    Figure  8.  Effect of S content on the precipitation temperature of MnS in high-speed wheel steel

    图  9  Mn含量对高速车轮钢MnS析出温度的影响

    Figure  9.  Effect of Mn content on precipitation temperature of MnS in high-speed wheel steel

    表  1  高速车轮钢的主要化学成分

    Table  1.   Main chemical compositions of high-speed wheel steel %

    CSiMnMoNiVCrCuSPAlON
    0.2~0.31.2~1.51.910.50.2~0.280.03~0.120.030.09<0.0060.019<0.04<0.001<0.005
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    表  2  不同长度的各类夹杂物数量占总夹杂物数量的比例

    Table  2.   The proportion of the number of various types of inclusions of different lengths to the total number of inclusions

    夹杂物类型占比/%
    1~5 μm5~10 μm10~15 μm15~20 μm>20 μm合计
    氧化物0.40.71.30.00.21.6
    MnS32.927.611.33.70.475.9
    氧化物-MnS复合12.87.02.00.50.222.5
    合计46.135.314.64.20.8100
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  • 收稿日期:  2020-09-23
  • 刊出日期:  2021-06-10

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