1、微量元素在钢中的作用机理1主 要 内 容一、钢中微量元素简介一、钢中微量元素简介 低熔点、易偏聚、微合金元素低熔点、易偏聚、微合金元素二、微量元素对钢材质量的影响二、微量元素对钢材质量的影响 坯料、材、用户（延迟开裂）坯料、材、用户（延迟开裂）三、微量元素合理利用与控制三、微量元素合理利用与控制234 微量元素的偏析指数微量元素的偏析指数 除过渡金属Ni、Co、W、Mo、Mn、Cr外（凝固偏析因数0.05-0.2），多数残余元素在钢中均有较强的偏析能力：H、N、Sb、P、S（0.68-0.98）As（0.7）、Sn（0.5）、Cu（0.44）在固态加热和相变中也会产生偏聚。5 1.低熔点元素低
2、熔点元素 铅Pb：327；砷As：808 锡Sn：231.89 锑Sb：630 铋Bi：271.36 1.低熔点元素低熔点元素 铅：Pb的氧势大于铁，在氧化过程中将先于铁氧化，形成简单氧化物或复杂氧化物进入渣中而被排除，但是有少量氧化物仍会留在钢中成为夹杂物。从Pb-Sb 二元相图中可以发现二者可以形成低熔点化合物夹杂物。由于由于Pb 的密度大和在的密度大和在Fe 中的有限溶解，中的有限溶解，Pb 偏析和偏析和Pb 的夹杂物是含的夹杂物是含Pb 钢的主要质量问题，降低强度和塑性、引起点钢的主要质量问题，降低强度和塑性、引起点腐蚀等。腐蚀等。砷：钢中As主要来源于炼钢原料，冶炼中很难去除。砷在钢
3、中主要以固溶体和化合物形态存在以固溶体和化合物形态存在，As 在钢中也常以Fe2As、Fe3As2、FeAs 以及固溶体形式存在，较易发生偏析现象。同时As还可以降低Cu 在 中的溶解度，同时降低富集相熔点至808以下，致使熔融致使熔融相向晶界渗透，破坏晶界的连续性。砷对钢的热脆性能影响相当于相向晶界渗透，破坏晶界的连续性。砷对钢的热脆性能影响相当于铜的铜的1/4。但砷加入钢中又可提高抗腐蚀性可提高抗腐蚀性,抗氧化能力抗氧化能力，如耐蚀船板。7 1.低熔点元素低熔点元素 锡Sn：当达一定含最时，钢产生热脆性。当达一定含最时，钢产生热脆性。例如，锡在耐热合金中，会大大降低合金的高温力学性能，降低
4、铬钼钒热强钢的持久强度。锑Sb：能显著降低钢的强度和韧性能显著降低钢的强度和韧性,增加钢的高温脆性增加钢的高温脆性,钢中含锑量一般都小于0.1%,某些钢铁合金材料要求含锑量在锑量在0.001%以下以下。铋Bi：在高温下容易挥发,残存于钢中的铋量很少。多以游离状态存在，铋含量过高会降低钢的塑性、影响钢的高温强度。铋含量过高会降低钢的塑性、影响钢的高温强度。共同的特点：共同的特点：第一：它们的熔点与钢的熔点相比较低。第二：它们在钢中的含量超过一定限度时,都会明显降低高温机械性能，增加钢的高温脆性。第三：它们往往共生于一体，造成严重的偏析，很少单独存在，因而对钢的破坏作用更大。2.其它他易偏聚元素其
5、它他易偏聚元素S S：常以：常以FeSFeS形式存在。易与形式存在。易与FeFe在晶界上形在晶界上形 成 低 熔 点 共 晶成 低 熔 点 共 晶(9 8 5 )(9 8 5 )，热 加 工 时，热 加 工 时(11501200)(11501200)，由于其熔化而导致开裂，由于其熔化而导致开裂，称热脆性。，称热脆性。硫对钢的低温冲击韧性影响很大，降低硫对钢的低温冲击韧性影响很大，降低硫含量可显著提高冲击韧性。硫含量可显著提高冲击韧性。硫还导致钢各向异性，在横向和厚度方硫还导致钢各向异性，在横向和厚度方向上韧性恶化。向上韧性恶化。合金晶界的低熔点硫化物共晶合金晶界的低熔点硫化物共晶拉伸断口孔洞及
6、分析“轴心裂纹”状的缺陷 三钢ML08Al 连铸坯、中间飞剪样到盘条心部存在肉眼可见心部存在肉眼可见的细纹的细纹，类似“轴心裂纹”状缺陷,这种缺陷似由连铸坯遗传到盘条，但盘条力学性能、金相组织及用户加工均正常。10“轴心裂纹”状的缺陷 细纹区和正常区没有明显的区别，也没有观察到珠光体或铁素体组织的线状偏析现象。11铸坯细纹区的夹杂物形态及成分分析铸坯细纹区的夹杂物形态及成分分析“轴心裂纹”状的缺陷 飞剪样坯低倍组织观察到的黑色细纹的形态，着色试样有仅轻微显示，但在立体显微镜下看到黑线处有较深的腐蚀坑。12飞剪样低倍组织、飞剪样低倍组织、着色探伤照片、着色探伤照片、立体显微镜下立体显微镜下1#飞
7、剪样缺陷低倍形貌飞剪样缺陷低倍形貌“轴心裂纹”状的缺陷13心部组织心部组织轻度偏析轻度偏析有心部“轴心裂纹”缺陷的样进行正火处理，加热温度加热温度910940，保温约保温约25分钟，空冷后，再进行酸浸低倍检测。结果表明，低倍组织分钟，空冷后，再进行酸浸低倍检测。结果表明，低倍组织正常，心部没有轴心裂纹缺陷。正常，心部没有轴心裂纹缺陷。ML08Al盘圆的生产经验，要求硫0.010%，保证锰硫比保证锰硫比30，减少减少FeS的形成数量的形成数量；磷0.012%，减少磷的晶界偏析和带状组织的形成；铝含量尽量按国家标准0.02%的下限控制，并提高Als/Alt的比值。在稳定钢水温度的条件下降低中包过热
8、度，控制在降低中包过热度，控制在1525。发挥结晶器电磁搅拌（M-EMS）的作用。生成一定量的等轴晶后，可以分散与柱状晶发达相关的偏析、偏聚等缺陷。适当降低热坯压力，或者在拉速较快时用较低压力。在拉矫机处坯料仍未完全凝固，应适当降低拉速，有效解决坯料侧面鼓肚及中心裂纹应适当降低拉速，有效解决坯料侧面鼓肚及中心裂纹缺陷。缺陷。14 2.其它易偏聚元素其它易偏聚元素P：能全部溶入铁素体中，使钢在：能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高，塑性、韧性急常温下硬度提高，塑性、韧性急剧下降，称冷脆性。剧下降，称冷脆性。是一种易偏析元素，当磷含量大是一种易偏析元素，当磷含量大于于0.015%时，磷的偏析会
9、急剧增时，磷的偏析会急剧增加，并促使偏析带硬度增加，在加，并促使偏析带硬度增加，在偏析区其淬硬性约为碳的偏析区其淬硬性约为碳的2倍。倍。在耐候钢中存在有利作用。在耐候钢中存在有利作用。比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于发生断裂坠入河中性于发生断裂坠入河中 2.其它易偏聚元素其它易偏聚元素H：常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原子态溶解时，降低韧性，：常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原子态溶解时，降低韧性，引起氢脆。引起氢脆。如耐磨钢、如耐磨钢、PC棒延迟断裂。棒延迟断裂。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为
10、白色，当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。称白点或发裂。2.其它易偏聚元素其它易偏聚元素B：采用特殊技术，B的径迹显微照相法B原子冷却时会偏聚到界面上，（相界，晶界，胞界），称为非平衡偏聚显示钢中B原子分布，勾画出相变前奥氏体中已有的各种界面。B1 0+n（热 中 子）Li7+利用反应堆进行18 2.其他易偏聚元素其他易偏聚元素 铜Cu：1083.40.2 在1100以上，富铜层会出现部分液相。Cu 的氧势低于Fe，Fe 先于Cu 被氧化。连铸坯在二冷段高温冷却和回温过程中，Cu从氧化铁中排出偏聚在 晶界，形成低熔点富集相。Cueq=Cu+1/4
11、As+8Sn-Ni,Cu 当量当量=0.2为临界值为临界值 3.合金元素合金元素 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。lNb、V、Ti为为强碳化物形成元强碳化物形成元素，提高未再结素，提高未再结晶区温度，细化晶区温度，细化晶粒，析出强化晶粒，析出强化作用作用。l中碳含中碳含Nb钢出现钢出现表面裂纹表面裂纹20Ti元素作用Ti:细化晶粒细化晶粒：研究表明，：研究表明，在在加热加热过程中过程中TiN能抑制奥氏能抑制奥氏体晶粒长大，轧制过程中，体晶粒长大，轧制过程中，形变诱导析出形变诱导析出的微合金碳氮的微合金
12、碳氮化物阻止奥氏体再结晶晶粒化物阻止奥氏体再结晶晶粒长大，长大，Ti能提高再结晶温度能提高再结晶温度，扩大未再结晶区温度范围，扩大未再结晶区温度范围，使得未再结晶奥氏体晶粒，使得未再结晶奥氏体晶粒拉长，形变带增多，拉长，形变带增多，促进铁促进铁素体形核素体形核，细化晶粒。，细化晶粒。改善含改善含Nb钢表面质量钢表面质量不同微合金元素对与奥氏体晶不同微合金元素对与奥氏体晶粒长大的关系粒长大的关系21TiC的析出行为固溶钛含量随温度的变化固溶钛含量随温度的变化平衡条件下平衡条件下,TiC的析出温度范围的析出温度范围约约1150800,随随着着Ti含量的加含量的加,TiC开始析出温度逐开始析出温度逐
13、步升高步升高;当温度低当温度低于于800时时,钢中钢中的固溶的固溶Ti几乎全几乎全部析出。部析出。改善延迟开裂改善延迟开裂第22页nCr：Cr是碳化物形成元素，是碳化物形成元素，高高Cr钢钢形成形成Cr7C3或或Cr23C6，还可，还可以与碳形成复合碳化物。以与碳形成复合碳化物。n在低碳钢中加入在低碳钢中加入Cr能提高强度，能提高强度，硬度和耐磨性，硬度和耐磨性，但但焊接性能和塑焊接性能和塑性性有所降低；有所降低；（Ceq Cr=1/5C）nRel=170+1300C+160Mn+130Mo+160Cr+88Ni+63W+45Cu+270V%MPa（0.06Cr提升约提升约10MPa）nCr在
14、耐腐蚀方面有着得天独厚的在耐腐蚀方面有着得天独厚的条件，得到广泛的使用，利用其条件，得到广泛的使用，利用其惰性的氧化膜，协助铜共同抵御惰性的氧化膜，协助铜共同抵御腐蚀。腐蚀。23审核SiMnPSCCrCrCuVTiAs一级品0.50.320.130.0234.720.1210.1210.0370.0320.0410.0117一级品0.40.250.1240.0294.610.1270.1270.0350.0370.060.0099一级品0.480.250.1240.0264.730.1160.1160.0390.0340.0210.0107一级品0.530.330.1410.0264.650.
15、1130.1130.0380.0340.020.0109二类0.540.240.130.0224.80.0260.0260.0320.0220.070.0103二类0.40.230.1280.0334.830.0480.0480.0220.0240.0620.006二类0.540.250.130.0284.60.0650.0650.020.0210.0580.006三类0.450.270.1320.0324.80.0470.0470.0210.0190.0280.0066三类0.480.240.1330.0284.80.0520.0520.0250.0280.0690.0066某钢铁水中的元素
16、含量某钢铁水中的元素含量 第24页含含Cr不含不含Cr含含/不含不含Cr钢的钢的CO2腐蚀段面形貌腐蚀段面形貌第25页腐蚀产物的腐蚀产物的XRD衍射能谱衍射能谱（A）第26页腐蚀产物膜腐蚀产物膜Cr的分布的分布 60时钢腐蚀产物膜中时钢腐蚀产物膜中Cr的分布的分布27 Zr 的氧化物冶金技术的氧化物冶金技术含含Zr及不含及不含Zr钢的奥氏体晶粒粗化曲线钢的奥氏体晶粒粗化曲线 不同焊接线能量对含不同焊接线能量对含/不含不含Zr钢的晶粒尺寸影响钢的晶粒尺寸影响28 自动焊接设备自动焊接设备 焊接工艺评定 大线能量焊接钢种开发 可焊性试验双丝埋弧焊双丝埋弧焊垂气电立焊垂气电立焊主 要 内 容一、钢中
17、微量元素简介一、钢中微量元素简介 低熔点、易偏聚、微合金元素低熔点、易偏聚、微合金元素二、微量元素对钢材质量的影响二、微量元素对钢材质量的影响 坯料、材、用户（延迟开裂）坯料、材、用户（延迟开裂）三、微量元素合理利用与控制三、微量元素合理利用与控制2930（1）铸坯热塑性）铸坯热塑性 少量Cu、As、Sn的存在引起断面收缩率在900800 之间达到21%左右。残余元素明显扩大第三 脆 性 温 度 区 间 为920730 之间之间,提高了第三脆性温度区的上限温。31（1）铸坯热塑性）铸坯热塑性 温度在900 725 之间,断口呈典型的沿晶断裂模式,温度在750 725 之间断口晶界上布满浅韧窝。
18、2.4 品种开发配套设备32Sn：在晶界偏析，降低晶界的表面能，减弱晶粒间的结合力,阻碍晶界迁移和动态再结晶，使得晶界不能移动，只能形成晶界微孔来消除位错堆积。As：降低铜在奥氏体中的溶解度和熔融相熔点，熔融相向晶界渗透，破坏晶界的连续性。33 圆柱样品俄歇能谱分析仪俄歇能谱分析仪（AES）真空室内打断观察断口形貌和元素偏析，少量少量Cu、Sn偏析和一定量的偏析和一定量的As偏析，达到偏析，达到2.3%34（2）表面裂纹）表面裂纹35 无裂纹区域组织均匀，裂纹附近晶粒比基体晶粒细小，裂纹周围存在脱碳现象，裂纹具有沿晶开裂的形貌特征。36残余元素富集量要远大于钢中含量。As 的含量在的含量在0.
19、941.64%范围内范围内，Cu含含量也在量也在1%左右左右，Sb 的含量在某些位置高达的含量在某些位置高达2.73%和和2.10%3738三钢公司热装生产的厚度46mm、50mm的的Q345B板表面出现密集的表面缺陷39裂纹尖端（左）及裂纹侧边缘处裂纹尖端（左）及裂纹侧边缘处SEM图像图像40部分区域部分区域EDS线扫描结果线扫描结果41部分区域部分区域EDS线扫描结果线扫描结果42 温度高于温度高于1083 后后，含铜钢与空气接触，生成FeO+2FeOSiO2 氧化层，铜呈液态富集在氧化层界面，热加工时造成裂纹。温度更高时（温度更高时（1300）氧化）氧化层有层有2FeOSiO存在，存在，
20、界面张力作用使液态铜被封闭在硅酸盐熔体中，不与钢基体接触,防止表面裂纹。1000 时，时，富集相固态形式被封闭在氧化富集相固态形式被封闭在氧化层，防止表面裂纹。层，防止表面裂纹。氧化层中存在铜、砷同时富集，同时有一定量锡富集,基体中基本不存在明显的铜、砷和锡富集。Q345B43 靠近氧化层与基体层界面附近的基体层铜、砷含量高于氧化层铜、砷含量,远离氧化层与基体层界面的基体层不存在明显铜、砷富集,氧化 层 处 C u 0.0 9%,A s 0.16%,基体层处Cu 2.19%,As0.31%。锡的扩散系数明显大于铜的锡的扩散系数明显大于铜的扩散系数扩散系数,因此锡的扩散距因此锡的扩散距离比较大离
21、比较大,氧化层与基体层界面处不存在明显的锡的富集,远离氧化层与基体层界面处的基体层内部存在一定量锡的富集。44 靠近氧化层与基体层界面附近的基体层铜、砷含量高于氧化层铜、砷含量,远离氧化层与基体层界面的基体层不存在明显铜、砷富集,氧化层处Cu 0.09%,As 0.16%,基体层处Cu 2.19%,As0.31%。第45页图图1：连铸坯热送热装工艺主要包括五种装炉制度：连铸坯热送热装工艺主要包括五种装炉制度温温度度室温室温时间时间固相线固相线奥氏体化奥氏体化连铸后冷却连铸后冷却轧制轧制液相线液相线再加热再加热轧后冷却轧后冷却A3A112345连铸坯热送热装工艺主要包括五种装炉制度连铸坯热送热装
22、工艺主要包括五种装炉制度热装工艺制度热装工艺制度板坯热装开裂成因：板坯热装开裂成因：当板坯表面的温度降至适当温度，当板坯表面的温度降至适当温度，在奥氏体晶界上生成一定厚度的膜状在奥氏体晶界上生成一定厚度的膜状铁素体时热装入炉，表层温度上升，铁素体时热装入炉，表层温度上升，铁素体膜回融，产生铁素体膜回融，产生“显微孔洞或疏显微孔洞或疏松缺陷松缺陷”。暴露在表面的缺陷受氧化。暴露在表面的缺陷受氧化烧损及张应力作用扩展联接。随着板烧损及张应力作用扩展联接。随着板坯加热温度由表及里逐渐升高，次表坯加热温度由表及里逐渐升高，次表层热起来后，表层呈张应力状态，可层热起来后，表层呈张应力状态，可使开裂缺陷继
23、续向深度方向扩展使开裂缺陷继续向深度方向扩展(23mm)。板坯表面宏观裂纹在入炉加热后不板坯表面宏观裂纹在入炉加热后不久就生成了，其后随加热时间的延长久就生成了，其后随加热时间的延长，裂纹内部严重氧化脱碳，裂纹内部严重氧化脱碳(右图右图)。47 DIL805A淬火变形膨胀仪淬火变形膨胀仪 材料AC1、AC3、Ar1、Ar3、Ms点测定 静态CCT曲线 热处理工艺模拟48 GLEEBLE 3500热模拟试验机热模拟试验机 各种变形情况下的数据采集 再结晶曲线 动态CCT 焊接模拟2.4 品种开发配套设备Q345B不同热装温度与延伸率关系不同热装温度与延伸率关系CMnSiAlsTi热装脆性热装脆性
24、热装开裂热装开裂J550.21.250.250.020.02有很严重AH320.151.350.300.035-有10%Q345B0.181.120.250.022-有轻微HRB3350.181.370.40.001-有-355JR0.21.330.030.022-SS4000.20.260.070.017-某厂热装情况某厂热装情况51简简 析：析：（1）Q345B的高温热塑性实验结果表明，其高温脆性区在其高温脆性区在700900之间，之间，热装使铸坯表面的铸态组织遗传到轧制过程中，促使轧制裂纹的产生。过高的热装温度产过高的热装温度产生复杂的热应力与相变应力叠加，在高温脆性区很容易超出钢的高温
25、强度造成铸坯生复杂的热应力与相变应力叠加，在高温脆性区很容易超出钢的高温强度造成铸坯表面裂纹。表面裂纹。（2）Cu、As、Sn等元素的富集是表面裂纹产生的主要原因，没有发现Cr、Ni等元素的富集。（3）某钢1生产Q345C钢将铸坯出连铸机后堆冷22 h，使其表面温度达到540 以下再装炉，这样成品钢板就不会出现表面质量问题，否则出现大量表面裂纹。某钢2生产的铸坯将热装温度由原来的700 750降低到650，可以有效地降低钢板表面裂纹缺陷。（4）薄规格钢板压下量较大，裂纹出现几率较小，成品厚度大于40mm的钢板裂纹发生率是厚度小于20mm钢板的34倍。52（3）高强钢延迟断裂）高强钢延迟断裂 定
26、义：材料在静载荷作用下，过一段时间后发生突然脆性破坏的现象。成因：材料环境应力的相互作用产生的一种环境脆化。氢原子在应氢原子在应力作用下扩散并聚集在微裂纹前端力作用下扩散并聚集在微裂纹前端。氢富集于晶界、相界、位错及溶质原子等陷阱处。钢种：强度越高延迟断裂敏感性越高，抗拉强度高于抗拉强度高于1225MPa时，即使在自然环境下也会发生，如PC棒其抗拉强度达到棒其抗拉强度达到1420MPa。评定方法：无统一评定方法；一般用应力腐蚀开裂试验；FIP法（预应力法（预应力混凝土钢筋抗延迟断裂试验方法）混凝土钢筋抗延迟断裂试验方法）；氢致开裂实验法。FIP：将光滑拉伸试样置于一定温度的20%的NH4SCN
27、硫代氰酸铵水溶液中并施加恒定拉伸载荷，测定断裂时间验,试验过程中,应将溶液的pH 值控制在每20 h 不超过4.5 7.5 范围内,最终以试样与NH4SCN 溶液接触的部分产生断裂的时间作为评价钢棒抗延迟断裂性能的指标,相持相持200 h 仍不出现断裂的试样则视为合格。仍不出现断裂的试样则视为合格。53 延迟断裂机理延迟断裂机理 不同陷阱中氢原子释放的温度不同；一系列氢原子释放峰值：120 左右是晶界释放、220 左右为位错释放、左右为位错释放、300 左右为空位释放、320-380 析出物释放；220左右低温区放出的氢左右低温区放出的氢是室温下容易扩散的对钢是室温下容易扩散的对钢抗延迟开裂不
28、利影响的氢抗延迟开裂不利影响的氢 降低钢中位错密度是改善延迟断裂的措施之一。54 Si的影响的影响 回火马氏体钢 FIP试验方法55 Mo的影响的影响 国外开发的耐延迟断裂高强度螺栓钢如ADS3和KNDS中，均含有较多的Mo；56PC棒棒 30MnSi57氢致延迟断裂可分为“内氢内氢”延迟断裂延迟断裂及“外氢外氢”延迟断裂延迟断裂。在钢材冶炼、轧制、热处理过程中侵入钢中且不能完全释放引起的断裂称为“内氢”延迟断裂,如PC 钢棒在加工完毕静置过程中，经几小时或几天时间后发生的断裂大多为“内氢”所致。而在蒸养过程中出现的镦头断裂现象和经过相当长时间后在管桩中出现的断裂现象一般是“外氢”延迟断裂。5
29、8（1）夹杂物）夹杂物钢中的非金属夹杂物，破坏了金属的连续性和均匀性。钢中的非金属夹杂物，破坏了金属的连续性和均匀性。脆性夹杂物在热加工时不变脆性夹杂物在热加工时不变形，在加工和使用过程中易在夹杂物和钢基体的交界处产生应力集中，形，在加工和使用过程中易在夹杂物和钢基体的交界处产生应力集中，导致该处产导致该处产生微裂纹。生微裂纹。59（2）局部增碳）局部增碳 针状马氏体主要是高碳钢淬火后的组织，正常的针状马氏体主要是高碳钢淬火后的组织，正常的PC棒不会出现这样的组织，把此棒不会出现这样的组织，把此试样正火后发现在原钢棒有针状马氏体的区域珠光体含量明显的比基体多，有增碳试样正火后发现在原钢棒有针状
30、马氏体的区域珠光体含量明显的比基体多，有增碳现象，并伴有硅酸盐类夹杂。现象，并伴有硅酸盐类夹杂。60 在炼钢过程中卷入保护渣，保护渣中的碳引起钢坯局部增碳，在炼钢过程中卷入保护渣，保护渣中的碳引起钢坯局部增碳，局部有针状马氏局部有针状马氏体的试样经正火处理后观察，发现在原有针状马氏体区域珠光体含量特别多，明显体的试样经正火处理后观察，发现在原有针状马氏体区域珠光体含量特别多，明显的多于基体的珠光体含量。的多于基体的珠光体含量。61（3）母材表面缺陷）母材表面缺陷 盘条表面缺陷是引发盘条表面缺陷是引发PC钢棒氢致延迟断裂的直接部位，如果钢坯表面缺陷清理不钢棒氢致延迟断裂的直接部位，如果钢坯表面缺
31、陷清理不净，线材热轧时调整不当，在净，线材热轧时调整不当，在盘条表面上常有微裂纹、划伤、耳子、折叠、凹坑、盘条表面上常有微裂纹、划伤、耳子、折叠、凹坑、结疤等缺陷，这些表面缺陷在线材淬火后常引起应力集中，成为裂纹源，结疤等缺陷，这些表面缺陷在线材淬火后常引起应力集中，成为裂纹源，最终造成最终造成成品钢棒脆断。成品钢棒脆断。62（4）热处理缺陷）热处理缺陷在在快速加热淬火过程中产生淬火裂纹快速加热淬火过程中产生淬火裂纹奥氏体化的加热温度和加热时间的不合理，不能完全的奥氏体化，奥氏体化的加热温度和加热时间的不合理，不能完全的奥氏体化，组织内存在大量组织内存在大量的未熔铁素体，形成了较大的热应力的未
32、熔铁素体，形成了较大的热应力。63（5）表面蹭伤引起的表面缺陷）表面蹭伤引起的表面缺陷 当钢棒在无润滑条件下产生剧烈摩擦时，摩擦热可使钢棒表面薄层在千分之几当钢棒在无润滑条件下产生剧烈摩擦时，摩擦热可使钢棒表面薄层在千分之几秒内迅速升温到秒内迅速升温到700或更高，或更高，形成应变诱发马氏体的硬相组织形成应变诱发马氏体的硬相组织，同时应力在此处，同时应力在此处大量集中造成延迟开裂。大量集中造成延迟开裂。主 要 内 容一、钢中微量元素简介一、钢中微量元素简介 低熔点、易偏聚、微合金元素低熔点、易偏聚、微合金元素二、微量元素对钢材质量的影响二、微量元素对钢材质量的影响 坯料、材、用户（延迟开裂）坯
33、料、材、用户（延迟开裂）三、微量元素合理利用与控制三、微量元素合理利用与控制64主 要 内 容一、钢中微量元素简介一、钢中微量元素简介 低熔点、易偏聚、微合金元素低熔点、易偏聚、微合金元素二、微量元素对钢材质量的影响二、微量元素对钢材质量的影响 坯料、材、用户（延迟开裂）坯料、材、用户（延迟开裂）三、微量元素合理利用与控制三、微量元素合理利用与控制6566国外一些钢厂对钢中残余元素含量的限制标准国外一些钢厂对钢中残余元素含量的限制标准日本片山钢厂各类钢材中日本片山钢厂各类钢材中 Cu、Sn 的限制含量（）的限制含量（）67 除了原生铁矿带入铁水中的残余元素以外，钢水中的残余元素最大来源是废钢，
34、废钢循环利用造成残余元素含量增加，其中又可细分为：1）废钢中的合金钢，在钢的循环利用中，某些合金元素将作为残余元素进入钢中；2）废钢中的表面涂层或镀层，其中产生问题最多的是镀锡板，其他的镀层包括铜、镍和铬等；3）钢中裹杂的一些有色金属，最重要的有汽车废钢，其中一些微型电机中含有大量铜。68 Ni：在钢中加入适量的N i 可使晶间产生熔点较高的铜镍化合物,还可以阻碍铜向晶界渗透，提高铜在奥氏体中的溶解度，防止铸坯加热过程中在钢基体表面形成Cu、A s、Sn 的低熔点化合物。稀土的作用：稀土的作用：稀土元素具有极强的化学活性，在不洁净钢中盲目添加大量稀土，反而会造成钢液的污染，有时还造成水口结瘤等
35、问题。（1）一定量的稀土可以与钢中的砷、锡、锑、铋、铅等杂质作用形成熔点较高的化合物形成熔点较高的化合物，如 La4Sb3（1690），LaSb（1540）；La4Bi3（1670），LaBi（1615）；Y5Pb3（1760），Y5Sn（1940）等。（2）稀土钢中固溶稀土通过扩散机制富集于晶界稀土通过扩散机制富集于晶界，也能抑制这些残余元素在晶界上的偏聚，如在低氧硫纯铁中加入少量的稀土与锑反应，可使富集在晶界的锑转移到晶内，减少锑在可使富集在晶界的锑转移到晶内，减少锑在-Fe 晶界上的偏聚。晶界上的偏聚。（3）稀土可降低氢的扩散，稀土可降低氢的扩散，延缓其在裂纹尖端塑性区的富集，从而使裂纹
36、扩展的孕育期以及断裂时间延长。稀土还有变质作用、凝固组织控制作用以及微合金化作用。69Fe-La、Fe-Ce、Fe-Y 二元相图二元相图 La 是唯一不和铁生成金属间化合物的稀土，故在钢中加入稀土镧与加入铈或钇相比，是唯一不和铁生成金属间化合物的稀土，故在钢中加入稀土镧与加入铈或钇相比，对钢性能造成的影响会更小对钢性能造成的影响会更小，分别为两种和四种。同时，在自然界稀土储量中，稀土镧较，分别为两种和四种。同时，在自然界稀土储量中，稀土镧较为丰富，仅次于铈而为丰富，仅次于铈而 Ce 和和 Y 与铁生成的金属间化合物。与铁生成的金属间化合物。以以Fe-22Mn-0.6CFe-22Mn-0.6C系
37、系TWIPTWIP钢为基础，设计了钢为基础，设计了CeCe质量百分含量分别为质量百分含量分别为0.016%0.016%和和0.18%0.18%的稀土的稀土TWIPTWIP钢。钢。对普通对普通Fe-22Mn-0.6CFe-22Mn-0.6C系系TWIPTWIP钢和稀土添加钢和稀土添加TWIPTWIP钢分别在成型模拟试验机钢分别在成型模拟试验机上进行了凸耳试验，对得到的凸耳试样在室温大气环境下进行观察上进行了凸耳试验，对得到的凸耳试样在室温大气环境下进行观察，发，发现稀土现稀土CeCe的添加对延迟开裂确实起到了一定抑制作用的添加对延迟开裂确实起到了一定抑制作用。0.18%Ce 0016%Ce 0%
38、Ce TWIP钢的延迟裂纹发展情况钢的延迟裂纹发展情况(840h)试样平均裂纹数量与时间的关系试样平均裂纹数量与时间的关系71板条的韧性优于片状的板条的韧性优于片状的B下下韧性优于同硬度韧性优于同硬度M或或B上上存在于基体组织中，改善韧性存在于基体组织中，改善韧性应力集中，韧性；粗大连续甚于细小分散应力集中，韧性；粗大连续甚于细小分散M板板+B下下+AR3.03.54.04.55.05.56.0300400500600700800900hardness(HV)wear resistance W-1MBP（1）组织设计组织设计（1）调控亚稳相，亚稳奥氏体相抵抗凿削磨损）调控亚稳相，亚稳奥氏体相抵
39、抗凿削磨损（2）多相、多尺度组织抵抗显微切削磨损）多相、多尺度组织抵抗显微切削磨损（3）控制纳米级的显微结构提升强韧性）控制纳米级的显微结构提升强韧性10mm72（2）成分设计成分设计碳：强度、硬度、耐磨性提高，但韧性下降碳：强度、硬度、耐磨性提高，但韧性下降锰：提高硬度和强度，增加淬透性锰：提高硬度和强度，增加淬透性硅：抑制、推迟碳化物析出，加强奥氏体固溶强化硅：抑制、推迟碳化物析出，加强奥氏体固溶强化铬：利于固溶强化，适宜碳化物形成铬：利于固溶强化，适宜碳化物形成镍：提高淬透性，保留残余奥氏体，提升韧性镍：提高淬透性，保留残余奥氏体，提升韧性钼：提高钢的淬透性钼：提高钢的淬透性铌、钒、钛细
40、化晶粒，改善韧性铌、钒、钛细化晶粒，改善韧性（1）降低）降低Ms点、增加基体固溶度的合金设计点、增加基体固溶度的合金设计（2）廉价合金元素取代昂贵合金元素）廉价合金元素取代昂贵合金元素73（3）工艺流程工艺流程（1）薄规格钢的离线热处理及板型控制技术）薄规格钢的离线热处理及板型控制技术（2）中厚规格中厚板的在线热处理及板型控制技术）中厚规格中厚板的在线热处理及板型控制技术（3）厚规格中厚板的离线）厚规格中厚板的离线低温低温热处理及淬硬工艺热处理及淬硬工艺74 轧制板型轧制板型 冷却板型冷却板型 矫直板型矫直板型 热处理板型热处理板型 多功能多功能X射线衍射仪射线衍射仪 可以进行材料的物相鉴定及
41、定量分析；原子排列与占位分析 金属材料内应力、织构、取向度和结晶度的测定（4）板型控制板型控制75小小 结：结：（1）尽量降低钢中Pb、As、Sn等低熔点元素含量；（2）降低H含量；（3）降低钢中夹杂物含量；（4）改善钢材表面缺陷；（5）控制钢内残余应力。76 敬请指正！敬请指正！谢谢 谢谢人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。
