Ti-Mg复合脱氧对钢热影响区组织和冲击性能的影响

利用Gleeble-1500热模拟试验机进行焊接热模拟实验,研究16Mn钢经微Ti和Ti-Mg处理后焊接热影响区组织及冲击性能的变化,并利用扫描电镜和能谱分析法观察和分析实验钢的夹杂与冲击断口形貌.Ti和Ti-Mg复合处理试样的热影响区显微组织分别主要是晶界块状铁素体+晶界侧板条铁素体和晶内针状铁素体+晶界块状铁素体.经Ti处理后钢中夹杂物主要为5μm左右的TiO_x+MnS复合夹杂,经Ti-Mg复合脱氧后钢中夹杂物主要为2μm左右Ti-Mg-O+MnS组成的复合夹杂,且后者明显细化了钢中夹杂物尺寸.Ti-Mg复合脱氧试样中存在大量细小夹杂颗粒,一方面可钉扎裂纹,另一方面诱导形成了使大量针状铁素体,大焊接热输入条件下Ti-Mg复合脱氧试样热影响区冲击韧性明显强于单独Ti处理的试样.      

稀土处理C-Mn钢显微组织和夹杂物演化

对稀土处理C-Mn钢的夹杂物和显微组织进行分析,统计稀土处理C-Mn钢中针状铁素体形核核心尺寸,并将稀土处理钢在不同温度下淬火,研究稀土夹杂物生成和长大过程.实验结果表明:C-Mn钢加入少量稀土后钢中夹杂物从MnS＋硅铝酸盐夹杂转变为La₂O₂S＋LaAlO₃＋MnS＋硅铝酸盐夹杂,尺寸得到细化,显微组织也从马氏体＋贝氏体组织变成侧板条铁素体、针状铁素体和块状铁素体组织;稀土处理C-Mn钢中针状铁素体有效形核核心的尺寸集中在1~4μm,主要是在钢液中形成,冷却和凝固过程形成的数量较少;稀土夹杂物在钢液温度和冷却及凝固过程容易碰撞黏合长大,上浮从钢液中去除,MnS能在稀土夹杂物颗粒间析出.      

钙处理对稀土在大线能量焊接HAZ中作用的影响

 为了探明钙处理对稀土改善C-Mn钢焊接HAZ韧性作用的影响,利用Gleeble模拟了热输入为339 kJ/cm的焊接热循环过程,对比研究了稀土处理钢和Ca-稀土处理钢焊接HAZ中夹杂物、显微组织和低温冲击韧性差异,分析了钙对稀土在HAZ中作用的影响规律,发现钙处理能促进稀土改善HAZ低温冲击韧性。钙能使稀土处理钢HAZ中的夹杂物从稀土氧化物复合夹杂转变为稀土-Ca的复合夹杂,平均尺寸从1.5增大到2.2 μm,长宽比从1.5减小到1.4,夹杂物总量降低。虽然钙对稀土处理钢HAZ中晶内针状铁素体的含量影响不大,但钙能增强稀土对HAZ原奥氏体晶粒粗化的抑制作用,Ca-稀土处理钢HAZ原奥氏体晶粒尺寸比稀土处理钢小。热输入为339 kJ/cm时,钙处理能使稀土处理钢HAZ低温冲击韧性明显提高。     

稀土处理钢中晶内铁素体的形成及其对性能的影响

测定了稀土脱氧和铝稀土复合脱氧钢焊接热影响区(HAZ)的连续冷却转变曲线,分析了2种钢中的夹杂物种类及其HAZ的显微组织和常温冲击韧性。得到如下结论:稀土脱氧使钢中主要夹杂物从Mn S转变为RE2O2S+Mn S,而铝稀土复合脱氧钢中夹杂物主要是Ce Al O3+Ce2S3+Mn S。稀土脱氧钢HAZ中能获得晶内铁素体的冷速较宽,约为0.5~7.5℃/s。铝稀土复合脱氧钢HAZ获得晶内铁素体组织较稀土脱氧钢要困难一些,适合晶内铁素体形成的冷速变窄为1~3℃/s,HAZ中晶内铁素体的含量明显低于稀土处理钢,Al脱氧弱化了稀土处理对钢HAZ组织的改善作用。焊接热输入线能量为100 k J/cm时,稀土脱氧能够明显改善钢HAZ的室温冲击韧性。     

镁处理对钢中夹杂物以及HAZ组织和性能的影响

 近年来镁处理的氧化物冶金技术研究非常活跃,为了总结镁处理氧化物冶金研究的最新成果,综述了镁处理对钢中夹杂物以及HAZ组织和性能的影响研究。通过镁处理形成的微米级含镁氧化物和硫化物复合夹杂物可以诱导晶内针状铁素体析出;镁处理过程中形成的纳米析出物,通过对奥氏体晶界的钉扎作用可以抑制原奥氏体晶粒长大,钉扎粒子多为300 nm以下的TiN、在MgO表面析出TiN形成的MgO+TiN复合夹杂和镁的氧化物或硫化物及其复合夹杂物。这两种氧化物冶金作用机理都有助于提高厚钢板的大线能量焊接热影响区的低温冲击韧性。镁处理可以同时对钢中氧化物和硫化物进行改性,改变了硫化物的组成和形态,生成以含镁夹杂物为核心,外围包裹MnS的复合夹杂物抑制了树枝状MnS的生成,促进钢中生成细小、球状分布的MnS夹杂物,进而改善钢的可加工性能;并且形成的含镁复合夹杂物之间的作用力约为Al₂O₃夹杂物之间作用力的1/10,作用距离约为Al₂O₃夹杂物最大作用距离的2/5,呈现弥散分布状态。     

钛处理对EH36船板钢中夹杂物及组织特征影响

 为了研究结晶器喂钛线对EH36船板钢中夹杂物的影响,采用无水有机溶液电解分离提取钢中夹杂物,结合扫描电镜和能谱仪分析其三维形貌,尺寸和成分。试验结果表明,在结晶器喂钛线后,钢中硅铝酸钙夹杂物+外包裹MnS转变为硅铝酸钙钛+MnS夹杂物,三维表面从光滑转变为粗糙多孔的形貌。在焊接热模拟后的试样中,组织形貌从未加钛试样中的晶界铁素体和侧板条铁素体转变为钛处理试样中的针状铁素体,且夹杂物周围铁素体从块状转变为针状,韧性提高了70 J。通过热力学理论计算,分析船板钢中含钛氧化物夹杂物形成条件。计算结果表明,钛、铝与氧反应生成氧化物的过程存在竞争关系,当钢中钛质量分数为0.02%时,钢液中应严格控制铝质量分数不高于0.003 5%,才能保证钢液中大量生成含钛氧化物粒子。     

冷却速度对La脱氧钢中晶内铁素体形成的影响

采用光学显微镜、带能谱的扫描电子显微镜等分析技术观察了不同冷速下La脱氧钢的显微组织,并绘制了静态连续冷却转变图．实验结果发现,在4~10℃·s-1的冷速范围内,钢中会有大量晶内铁素体形成,其中在8℃·s-1冷却时可以获得大量细小且弥散分布的晶内针状铁素体．La脱氧钢中含La夹杂物与α-Fe相有较低错配度,其中La₂O₂S夹杂物与α—Fe相的品格错配度最小为0．2％,钢中含La夹杂物均可诱导晶内针状铁素体形核并可促进感生形核．进而细化组织．      

稀土对高强车轮钢夹杂物赋存特征的影响研究

结合高温模拟实验和热力学分析,探讨了稀土对高强车轮钢中夹杂物类型及尺寸分布的影响,并与传统的钙处理钢进行了对比。研究结果表明,铝脱氧车轮钢经钙处理后夹杂物主要为Al₂O₃、MnS、(Mn, Ca)S和CaO-Al₂O₃以及Al₂O₃-(Mn, Ca)S和CaO-Al₂O₃-CaS包裹型复合夹杂物;与钙处理钢对比,车轮钢经稀土处理后,钢中Al₂O₃夹杂物数量减少,MnS和(Ca, Mn)S夹杂物消失,生成了近球形的Ce₂O₂S、Ce₂O₃夹杂,夹杂物尺寸显著减小;随稀土含量的增加[w(Ce)=0.0160%～0.0250%],不大于5μm的夹杂物数量占比由91.0%提升至99.8%,稀土细化夹杂物效果显著。热力学分析表明：在1600℃条件下,随着车轮钢中w(Ce)由0增加至0.0300...     

氧化物冶金工艺对EH36钢HAZ组织性能的影响

设计了Ti- Ca和Ti- Mg两种氧化物冶金脱氧工艺的EH36实验钢来考察粗晶热影响区的组织性能和冲击韧性。结果表明，两种处理工艺的实验钢热模拟后的焊接热影响区内都有大量细小的晶内针状铁素体产生；与Ti- Ca脱氧工艺相比，采用Ti- Mg脱氧工艺的实验钢，焊接热影响区中针状组织更加明显，夹杂物的类型也更加复杂，同时Ti- Mg复合脱氧工艺在焊接热循环中能够更好地钉扎奥氏体晶界。-40℃的冲击数据表明，Ti- Mg脱氧工艺处理后的实验钢HAZ冲击性能优于Ti- Ca处理工艺。     

La对FeCrAl合金中非金属夹杂物的影响

为研究稀土La对FeCrAl合金中夹杂物类型及分布的影响,在热力学分析的基础上,借助SEM-EDS观察分析了夹杂物三维形貌及其成分,统计分析了夹杂物尺寸及数量。结果表明,1 600℃时FeCrAl合金中只存在单一Al₂O₃夹杂。凝固过程中,随着体系中固相率的增大,AlN在凝固前沿析出。加入质量分数为0.009 3%的La后,Al₂O₃被变质为LaAlO₃。La添加量为0.037 8%时,主要夹杂物类型为LaAlO₃+La₂O₂S,夹杂物数量明显增多,且随着保温时长的增加,La₂O₂S比例逐渐增加。La添加量为0.096 4%时,La₂O₂S比例进一步增加,保温60 min后,钢中只有单一La₂O₂S夹杂稳定存在。夹杂物聚合特性对夹杂物粒径影响显著。1 600℃下保温60 min,仅含...     

Al对稀土处理C-Mn钢连续冷却组织转变的影响

研究Al预脱氧对Ce处理钢夹杂物和显微组织的影响,利用热力学计算、带能谱的扫描电镜和DIL805A热膨胀仪检测进行了对比研究。得到如下结论:Ce处理后钢中的主要夹杂物从MnS转变为Ce2O2S+MnS,Al脱氧能使Ce处理钢中夹杂物转变为CeAlO3+Ce2S3+MnS。Ce处理C-Mn钢连续冷却过程有利于获得晶内铁素体的冷速为2~8℃/s。Al脱氧能改变诱导晶内铁素体形核的核心夹杂物种类,诱导铁素体形核的能力降低,且Al能够使Ce处理钢连续冷却组织转变(CCT)曲线向左上方移动,促进铁素体在晶界形核,不利于Ce处理后晶内铁素体的形成。Al脱氧Ce处理C-Mn钢在冷速为2~5℃/s时,由于夹杂物核心成分的改变与Al合金化作用导致晶内铁素体含量较未用Al脱氧Ce处理钢少。     

Nucleation Behavior Analysis of Intragranular Acicu-lar Ferrite in a Ti-killed C-Mn Steel

By using a Gleeble 3500Dthermo-mechanical simulator,the nucleation behavior of intragranular acicular ferrites(IAF)was studied in a Ti-killed C-Mn steel.During continuous cooling transformation,the allotriomorphic ferrite(AF)and ferrite side plate(FSP)microstructures grew more rapidly with the temperature decreasing from800to 650℃,and the IAF microstructure was dominant within austenite grain with further cooling to 600℃.The diffusion bonding experiment and the effect of C,Mn and Si concentrations on the Ae3temperature by thermodynamic calculation confirm that Ti2O3itself absorbs neighboring Mn atoms to form Mn-depleted zone(MDZ),which promotes the nucleation of IAF microstructure effectively.High temperature holding tests indicate that the nucleation potential of IAF microstructure was lowered in the Ti-killed C-Mn steel when it was treated at high temperature(1 250℃)for a longer time,which is attributed to the saturated absorption degree of Mn atoms by titanium oxide.     

低合金钢焊接粗晶区连续冷却铁素体相变规律

 利用焊接粗晶区连续冷却淬火方法,对比分析了钛处理钢和普通C Mn钢焊接粗晶区连续冷却不同阶段的相变组织,研究了铁素体相变规律。结果表明,C Mn钢焊接粗晶区主要为晶界铁素体+魏氏组织铁素体;钛处理钢焊接粗晶区主要为晶界铁素体+魏氏组织铁素体+晶内铁素体组织。在钛处理钢中,晶界铁素体、魏氏组织铁素体和晶内铁素体的相变开始温度相同,但各自长大的动力学条件不同。当晶内铁素体和魏氏组织铁素体竞争发生相变时,晶内铁素体在晶内弥散分布氧化物夹杂上的非均质形核抑制了魏氏组织铁素体向晶内的长大。     

Effect of sulfur content on the microstructure and toughness of simulated Heat-Affected zone in Ti-Killed steels

Four Ti-killed steels were made to study the specific influence of sulfur on the inclusion, microstructure, and toughness of a simulated heat-affected zone (HAZ). The HAZ toughness was mainly determined by the volume fraction of intragranular acicular ferrite (IAF) which was closely related to the supercooling required to initiate austenite to ferrite transformation. The extent of supercooling was strongly influenced by the composition of grain boundary and inclusions. Sulfur addition up to 102 ppm caused a segregation of sulfur to the grain boundaries and a change of inclusion phase from predominantly Ti-oxides to Ti-oxysulphides and MnS. This behavior, in turn, suppressed the formation of polygonal ferrite and promoted the formation of IAF. Further addition of sulfur elevated transformation temperature and promoted the formation of polygonal ferrite due to the refinement of grain size and the increase of grain boundary associated inclusions. A methodology was proposed to evaluate the intragranular nucleation potential of inclusions, and the results showed that Ti-oxysulphides possessed better nucleation potential for IAF than Ti-oxides and MnS. With the lowest transformation temperature and most effective nuclei, the best HAZ toughness can be obtained at sulfur content of 102 ppm due to the achievement of the maximum volume fraction of IAF.     

20MnSi中夹杂物对针状铁素体形成的影响

 通过热模拟试验对20MnSi连续冷却过程中的相变规律进行了测定,通过电石、硅钙线脱氧及热处理得到了含有晶内针状铁素体试样,利用显微硬度仪对针状铁素体聚集区进行了显微硬度的测定,利用光学显微镜对晶内针状铁素体进行了形貌观察,利用扫描电镜和能谱仪对诱导针状铁素体生成的夹杂物的性质进行了分析。结果表明,20MnSi中可以形成晶内针状铁素体的冷却速度范围为5～20 ℃/s;能够诱发针状铁素体组织形核的夹杂物主要为MnS夹杂,其次为MnO·SiO2和MnS·SiO2夹杂,并且3类夹杂物的尺寸主要在小于3 μm的区间内;MnS夹杂促进针状铁素体形核是由应力-应变能和惰性界面能等原因共同造成的;高温加热和等温保温有利于使贫锰区减弱或消失,不利于针状铁素体的形成;高熔点夹杂物有利于诱导针状铁素体的形核,复合夹杂物和镶嵌存在的夹杂物可以为针状铁素体的形核提供多个合适的形核区,有利于促进多个针状铁素体的同时形核、长大。     

Effects of rare earth addition on microstructure of C–Mn steel

Abstract

The microstructures were observed in C–Mn steel and statistical analysis of the inclusions produced when trace amounts of rare earth were added to the steel. The results show that the content of intragranular acicular ferrite decreased in the order of being treated with La+Ce/La/Ce in C–Mn steel after the treatment of different kinds of rare earths. The optimum mass ratio of La and Ce for La+Ce combined treatment is 3:1.The best incubation time after Le+Ce (3:1) treatment is 5?min. The size of inclusion nuclei favouring intragranular acicular ferrite nucleation concentrates in the range of 1–4?μm. The disregistries between rare earth inclusions and α-Fe are small, which plays an important role in rare earth inclusions inducing intragranular acicular ferrite nucleation.