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微合金钢铸坯第二相析出行为及表层组织演变研究
摘要
随着工业技术的不断发展，微合金钢铸造已逐渐成为钢铁行业的主流生产方式之一。本文通过对微合金钢铸坯所使用的添加剂及其对钢铁微观结构的影响进行研究，探讨了微合金钢铸坯第二相析出行为及表层组织演变问题。研究表明，在微合金钢铸造过程中，添加适量的第二相元素可以有效地提高钢铁的机械性能和耐热性能。通过显微组织观察，发现微合金钢铸坯的表层结构随着冷却速率的增大而不断演变，包括贝氏体、马氏体及纯铁素质的转变。本文研究对于进一步优化微合金钢铸造生产工艺、提高钢铁材料性能具有一定的参考价值。
关键词：微合金钢铸造；第二相析出；表层组织演变；机械性能；耐热性能
Abstract
Withthecontinuousdevelopmentofindustrialtechnology,micro-alloyedsteelcastinghasgraduallybecomeoneofthemainstreamproductionmethodsinthesteelindustry.Thispaperinvestigatesthebehaviorofsecondphaseprecipitationandsurfacestructureevolutioninmicro-alloyedsteelcastingthroughthestudyofadditivesusedinmicro-alloyedsteelcastingandtheirinfluenceonthemicrostructureofsteel.Thestudyshowsthataddinganappropriateamountofsecondphaseelementsinthemicro-alloyedsteelcastingcaneffectivelyimprovethemechanicalpropertiesandhigh-temperatureresistanceofsteel.Themicrostructureofthesurfaceofmicro-alloyedsteelcastingsisobservedtocontinuouslyevolvewiththeincreaseofcoolingrate,includingthetransformationofbainite,martensiteandpureferrite.Thisstudyhasacertainreferencevalueforfurtheroptimizingtheproductionprocessofmicro-alloyedsteelcastingandimprovingthepropertiesofsteelmaterials.
Keywords:micro-alloyedsteelcasting;secondphaseprecipitation;surfacestructureevolution;mechanicalproperties;high-temperatureresistance
引言
微合金钢铸造是钢铁工业中最重要的生产方式之一。它在常温条件下通过添加微量的第二相元素来提高钢铁的性能，比如强度、延展性、耐腐蚀性和耐热性，从而优化钢铁结构、降低成本。钢铁的组织结构是影响钢铁性能的关键因素之一，其中第二相元素的存在和析出行为对其机械性能和耐热性能的提高非常重要。
本文主要研究微合金钢铸坯第二相析出行为及表层组织演变问题。通过添加具有明显第二相效应的元素，如Nb、V、Ti等，分析其对钢铁组织结构的影响，探究不同冷却速率下钢铁的表层组织演变规律，并结合机械性能和耐热性能测试结果，对微合金钢铸造生产工艺进行优化。
1.实验材料和方法
本实验所用的微合金钢铸坯采用工业级别的Fe-1.5Mn-0.5Mo-0.1C-0.03Nb铸造合金。在Fe-1.5Mn-0.5Mo-0.1C基础上分别添加Nb、V、Ti三种元素，制备Nb、V、Ti三组微合金钢铸坯样品。
加工前，分别将样品放入加热炉中加热至1050℃，保温60min，随后井水淬火至室温。不同淬火方式下，样品表层组织经光学显微镜观察，并对不同淬火速率下微合金钢铸坯的显微组织进行分析和对比。
2.结果和分析
2.1.第二相析出行为的研究
将添加不同微合金元素的样品进行热处理后，显微组织观察显示各样品的第二相元素均得到充分溶解。通过等温热处理和淬火器冷却2种方法进行试验，研究第二相在样品中的析出行为。
图1为Nb系微合金钢铸坯样品的等温热处理效果。（a）为热处理温度为550℃，保持时间为2h后的效果；（b）为热处理温度为650℃，保持时间为2h后的效果；（c）是热处理温度为750℃，保持时间为2h后的效果。可以看到，在样品