大尺寸动车组车轮剖面夹杂物原位统计分布表征方法研究与应用

建立了基于扫描电子显微镜和能谱分析相结合的夹杂物原位统计分布分析方法,并对大尺寸D2动车组车轮纵剖面中轮毂、近轮毂辐板、近轮辋辐板、轮辋4个区域内的夹杂物的组成、类型、数量和尺寸进行了原位统计分布解析,探讨了不同区域内的各类夹杂物数量、尺寸和颗粒面积的分布规律,发现车轮中主要典型夹杂物为氧化物、条形硫化物、球形硫化物、氧硫复合物。其中氧化物、球形硫化物、氧硫复合物夹杂在轮辋区域数量最多,条形硫化物夹杂在近轮毂辐板最多;轮毂和轮辋区域的氧化物、球形硫化物、氧硫复合物夹杂物总面积普遍大于辐板区域,但轮辋区域的条形硫化物夹杂总面积小于其他区域;同时氧化物、球形硫化物、氧硫复合物这3类夹杂物颗粒尺寸主要集中于2～5 μm之间,条形硫化物尺寸大于10 μm占比最大,轮辋区域大尺寸夹杂颗粒数量占比最小,这与车轮制备工艺要求一致性较好。     

夹杂物对海工用H型钢冲击韧性影响及分析

针对400 MPa级海洋工程用热轧H型钢-40 ℃条件下冲击试验出现单值偏低的现象,研究了夹杂物种类、形貌及尺寸对低温冲击韧性的影响。采用光学显微镜,扫描电镜对同组3个试样进行了显微组织、夹杂物分布、种类及尺寸对比观察。结果表明,夹杂物对海工用H型钢的冲击韧性具有一定的影响,在缺口附近聚集分布的夹杂物使冲击韧性降低。因此,降低夹杂物数量,改变夹杂物尺寸是提高冲击韧性的途径之一;工业生产中采取降低钢水中含氧量、夹杂物改质、增加吹气时间及保护浇铸等措施能够有效去除钢中的夹杂物。     

应用极值统计法推算钢中最大夹杂物尺寸

随着钢洁净度的提高,钢中大尺寸的非金属夹杂物出现几率很低,常规的夹杂物检测方法很难捕捉到,但这些大尺寸夹杂物严重影响产品的质量。本文介绍了采用极值统计方法推测钢中最大夹杂物尺寸,其原理是确定子样个数,测出子样夹杂物最大粒度(子样夹杂物最大粒度呈极值分布,其最大值则服从特定的Gumbel分布函数),根据计算出的累积概率密度、标准量和子样的最大夹杂粒度,推测试样最大夹杂物粒度值。采用该方法研究了低碳铝脱氧钢铸坯中夹杂物,将推测结果与其他分析方法进行了比较,结果表明,极值统计法可以作为估计钢中最大夹杂物粒度的一     

铁液中稀土(La、Ce、Y)或Al脱氧产物的尺寸和分布

利用扫描电镜和图象分析仪了纯铁加稀土元素(La,Ce,Y）或Al脱氧后铁液中氧化物夹杂的形貌，颗粒大小及尺寸分布，并考察了脱氧素种类，孕育时间和冷却速度对夹杂物尺寸的影响，研究结果表明，铁液脱氧产物为烯土氧化物（或Al2O3）与氧化铁形成的复合型夹杂物。此类夹杂物呈细小弥散分布，适宜的孕育时间和较快的冷却速度可使夹杂物细化，在4种脱氧元素中，La细化夹杂物的效果最好。     

不同冶炼工艺对硫化物形态及尺寸分布的影响

利用扫描电镜和能谱分析等检测手段研究了"真空感应 真空自耗重熔"和"电弧炉 VOD 真空自耗重熔"两种工艺冶炼的G50超高强度钢中夹杂物形态和尺寸分布,结果表明 "真空感应 真空自耗重熔"冶炼的钢中硫化物夹杂物尺寸较小、平均间距较小,纵横比较大,尤其是细夹杂物较多,相应的细夹杂物密集区域较多,而"电弧炉 VOD 真空自耗重熔"冶炼的钢中MnS夹杂物均匀弥散分布,复合夹杂物中Ca含量较高,MnS变形困难,纵横比较小,导致夹杂物尺寸与平均间距较大.     

钢的化学成分机械性能和钢板厚度相关性的研究

以收集普钢系列和低合金钢系列板材为研究对象，以其大量的生产检验数据为根据，找出了化学成分、钢板厚度对钢板机械性能影响的相关关系表达式，进而研究了钢板厚度和化学成分对显微组织、力学性能和对非金属夹杂物形态、尺寸、尺寸分布、延性的影响。     

大尺寸夹杂物对12MDV6铸件冲击性能的影响

以实际生产过程中12MDV6铸件冲击性能不稳定为背景,研究了大尺寸夹杂物对于12MDV6铸件冲击性能的影响。通过研究12MDV6铸件在冶炼全流程中夹杂物的变化过程,利用扫描电镜对夹杂物的特征进行分析,得出大尺寸夹杂物的产生位置,并提出改进工艺。结果表明,大尺寸的氧化物夹杂(Ca-Al-O+MgO、Al-O、Mg-Al-O)是导致12MDV6铸件冲击性能不合格的主要原因,夹杂物主要在AOD冶炼过程中生成。Al合金的大量添加来弥补AOD过程中的温度不足是导致大尺寸氧化物夹杂产生的直接原因。工艺改进方案主要包括减少AOD过程Al合金的添加量、提高电炉冶炼出钢时碳和硅元素的质量分数,以此弥补AOD冶炼过程中温度的降低。工艺改进后,铸件的冲击功在180 J以上,完全满足用户需求,实现了高效生产。     

不同生产工艺对高强度弹簧钢夹杂物尺寸分布及疲劳性能的影响

采用两种不同的生产工艺生产弹簧钢以控制氧化物夹杂的性质和尺寸分布。研究发现，钢中酸溶铝含量的高低并不影响弹簧钢的奥氏体晶粒度，但明显影响钢材中的非金属夹杂物尺寸分布，从而影响高强度弹簧钢的疲劳性能。     

含钛微合金钢低温冲击韧性波动的原因与改进

针对含钛微合金钢板生产过程中出现的低温冲击韧性波动的现象,从化学成分、冲击试样断口形貌、金相组织及夹杂物等方面分析了主要影响因素。结果表明,含钛微合金钢板的低温冲击功波动大主要与钢板有害元素含量、内部组织、夹杂物尺寸大小和分布等因素有关。为此对钢的化学成分进行优化调整,适当降低碳质量分数,严格控制磷、氮、氢等有害元素质量分数以及加热工艺参数细化组织,适当加快轧后的冷速可有效改善带状组织,提升钢板的低温冲击性能,提高产品的合格率。     

夹杂物尺寸和暗光区尺寸对高强度钢千兆周期疲劳性能的影响

对SCM440和SUJ2钢进行了高达10^9次循环的千兆用期疲劳试验。千兆周期疲劳性能试验结果被分戍两组：由SCM440和二次熔炼SUJ2钢构成的一组显现出其疲劳强度高于由一次熔炼SUJ2钢构成的另一组。高疲劳强度组中的鱼眼状裂纹基本上起源于一种小的Al2O3夹杂物，而在低疲劳强度组中则完全起源于大的（Cr、Fe）3C夹杂。当夹杂物尺寸小于约10μm时，大体上暗光区尺寸随夹杂物尺寸下降而增加。当夹杂物尺寸超过10μm时，暗光区尺寸呈稳定状态。由于这种关系，当夹杂物尺寸非常小时，10^9次循环时疲劳极限与夹杂物尺寸无关。估计夹杂物尺寸在10～20μm之间时疲劳极限便失去与夹杂物尺寸的依存性。另一方面，当夹杂物尺寸超过上述尺寸时，疲劳极限取决于夹杂物尺寸及暗光区尺寸。暗光区和大夹杂物与小夹杂物相似，其△Kth取决于裂纹尺寸的1／3次方，这意味着疲劳极限取决于暗光区尺寸和大夹杂物尺寸的-1／6次方。     

不锈钢板中锰、钛、铝、铌夹杂物的原位统计分布分析

采用金属原位统计分布分析技术研究了系列不锈钢板中Mn,Ti,Al,Nb等类夹杂物存在的类型及状态,夹杂物的含量、组成、尺寸及位置分布等。该系列不锈钢样品中,各夹杂元素的分布具有不同的特点:Mn元素的大颗粒夹杂多位于板的中心部位;Ti,Al夹杂在整个横截面内分布则比较均匀;Nb大颗粒夹杂倾向于板的上、下表面附近及中心处。通道合成技术研究表明:Mn夹杂颗粒主要以硫化锰的形式存在;Ti夹杂主要以碳硫化钛的形式存在。给出了各类夹杂物的含量、粒度分布、平均粒径及20μm以上大颗粒夹杂的比例。综合分析和评价了各样品中夹杂物存在的种类及数量。该原位统计分布分析方法应用于不锈钢板中夹杂物的分析结果与传统的方法如金相、扫描电境等具有很好的一致性。     

界面理论在夹杂物尺寸演变中的作用

以铝镇静钢为研究对象,在120t钢包内分别进行了镁处理和钙处理试验,对比了钢中夹杂物的成分、形貌、尺寸和分布.结果表明:镁处理试验炉次TO的去除率超过50％,钙处理炉次仅为30％,证明镁处理净化钢液效果更为明显;镁处理可将Al2O3迅速变质为尖晶石或MgO,夹杂物分布弥散,尺寸细小且基本不随时间延长而增大;钙处理对夹杂物的变质速度稍慢,夹杂物数量先增加后降低,尺寸降低不明显.界面理论计算表明,在同一体系内,将Al2O3变质为尖晶石比变质为铝酸钙具有更低的界面自由能,即镁处理可获得比钙处理更小的夹杂物尺寸,证明了精炼过程中夹杂物成分控制的重要性.     

25MnBM履带板用钢非金属夹杂物控制工艺研究

采用50 t电弧炉短流程生产25MnBM履带板用钢。研究了钢中TiN夹杂物的控制工艺及稀土对25MnBM钢中非金属夹杂物的影响。通过降低钢中氮含量至70×10^-6以下及优化连铸工艺,TiN夹杂物的数量及尺寸得到了大幅度的改善。通过添加稀土,研究稀土对25MnBM履带板用钢非金属夹杂物的影响,试验结果表明:按0.20～0.25 kg/t_钢加入稀土后,可使非金属夹杂物总面积减小,最大夹杂物尺寸和夹杂物平均尺寸减小,对钢起到了较好的净化作用。     

帘线钢铸坯氧化物夹杂分布研究

本文对帘线钢铸坯氧化物夹杂的分布进行了研究,发现帘线钢铸坯氧化物夹杂尺寸及数量分布与铸坯疏松密切相关。在铸坯疏松位置,夹杂物尺寸大,且数量多。通过优化脱氧工艺与连铸工艺,有利于消除铸坯疏松、减小夹杂物尺寸和数量。     

镀锌板表面胞状凸起缺陷

 采用SEM、EDS和大样电解法研究了某种镀锌板表面胞状凸起缺陷的形成原因。结果表明：冷轧板表面起皮缺陷是造成镀锌板表面胞状凸起缺陷的直接原因。冷轧原料板近表层分布着尺寸大于300 μm的长条状硅酸盐夹杂带,且夹杂带中分布着块状氧化铁夹杂。与缺陷镀锌板同批次酸洗板机械研磨去掉近表层,随后冷轧试验表明,块状氧化铁夹杂不是造成镀锌板表面胞状凸起缺陷的主要原因。缺陷镀锌板铸坯中夹杂物含量为100.32 mg/10 kg,夹杂物主要由尺寸大于140 μm大型夹杂物组成,而正常镀锌板铸坯中夹杂物含量为20.98 mg/10 kg,证实钢中大型硅酸盐类夹杂是导致镀锌板表面凸起缺陷的根本原因。     

冷轧过程轧板内圆形夹杂物变形

运用ANSYS/LS-DYNA显示动力学有限元软件,建立了水平辊系二维五连轧弹塑性有限元模型,利用小型重启动方法对DCO3冷轧板五连轧过程中轧板内硬性夹杂物变形进行了模拟,分析了夹杂物尺寸、初始位置以及轧板压下量对夹杂物变形的影响。研究结果表明：模拟结果与实际相接近,轧板内夹杂物的变形程度主要随着轧板压下量的增加和夹杂物尺寸的增大以及夹杂物距轧件表面距离的减小而增大。轧件由3.0mm被轧到0.7mm,夹杂物直径超过20μm时,轧制结束后夹杂物前后部位处变形程度较大,轧件内部可能会产生由于夹杂物破裂而形成的裂纹源。     

CSP 铸 坯 内 的 大 型 夹 杂 物

 利用阳极泥法对CSP流程不同工艺参数下生产的汽车大梁板ZJ510L、集装箱板SPA H、普板ZJ330B三个钢种铸坯中的大型夹杂物进行了研究。发现尺寸350 μm以下的大多为圆球形状的Si Al Ca类夹杂物,常规拉速47~50 m/min夹杂物尺寸一般在390 μm以下。连铸稳态生产情况下铸坯纵向大型夹杂物数量分布差异较大,水模型研究发现其原因是由于结晶器内“液面动态失稳”现象造成的。拉速越大夹杂物容易上浮的临界直径越大。     

中间包通道式过滤器对硅钢W470中夹杂物的影响

利用小样电解+ASPEX扫描电镜等夹杂物检测方法,研究了使用中间包通道式过滤器前后的冲击区和浇注区的钢液以及铸坯中非金属夹杂物类型和尺寸的变化规律。结果表明,使用过滤器后,浸入式水口基本未 堵塞;过滤器对夹杂物尺寸大于30以上的夹杂物颗粒有良好的去除效果;从夹杂物总数来看,冲击区〉铸坯〉浇注区,这是因为浇注区钢水夹杂物有一部分上浮和被过滤器吸附,且浇注区的A1₂O₃单位面积数量较冲击区有显著减少,说明过滤器Al₂O₃对系列夹杂去除效果较好;绝大多数夹杂物尺寸分布在10um以下,使用过滤器后,浇注区钢水单位面积夹杂物数量较冲击区夹杂物数量减少23.3% 。中间包合理工艺参数为:通钢量5.38 t/min、过滤器与长水口距离为1200 mm。     

酸溶铝和铌含量对取向硅钢夹杂物特征的影响

摘 要：为了掌握Als（酸溶铝）和Nb含量对取向硅钢中夹杂物特征的影响,借助场发射扫描电镜(FE-SEM)结合能谱仪(EDS)和图像分析软件研究了钢中夹杂物类型、数量、尺寸及尺寸分布,结合钢液凝固过程中溶质元素的微观偏析模型,重点分析了Als和Nb含量影响钢中AlN和NbN析出的机制。结果表明,钢中的夹杂物以NbN、AlN和AlN-NbN为主,夹杂物尺寸分布由Als和Nb含量综合影响。Als含量的增加使含氧复合夹杂物中Al2O3含量增加,SiO2含量降低,促进了钢中硅酸盐类氧化物夹杂的去除,但大大增加了AlN和AlN-NbN夹杂的偏析析出。Nb含量的增加使夹杂物的平均尺寸变小,促进了钢中NbN在凝固前沿的提前析出和以氧化物为核心析出。Als主要影响钢中的氧化物和氮化物夹杂,Nb通过影响与Als结合的O和N的活度影响钢中氧化物和氮化物夹杂的析出特性。     

高铝钢中钙处理对非金属夹杂物特征的影响

 为了研究高铝钢中钙处理量与夹杂物特征的关系，通过SEM EDS检测了钢中夹杂物形貌和成分，并结合图像处理软件、体视学等方法统计了夹杂物三维尺寸分布、夹杂物间距和夹杂物分布等参数。结果表明，钙处理高铝钢中夹杂物主要有Al2O3 CaO (CaS)复合夹杂物和AlN等两类夹杂物。高铝钢中钙质量分数由0.000 4%增加到0.002 4%时，夹杂物的平均尺寸由2.5减小到1.8 μm，夹杂物数量是原来的2倍，夹杂物平均间距由95减小到72 μm。通过FactSage热力学计算讨论了冷却过程中夹杂物成分的演变过程，计算结果与试验结果相符。最后根据夹杂物形核计算讨论了夹杂物特征与形核尺寸的关系以及高铝钢中夹杂物分布的影响因素。