La、Ti处理对FeCrAl不锈钢凝固组织的影响

采用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对La、Ti处理的FeCrAl不锈钢铸锭凝固组织进行了分析研究,结果表明:未经La、Ti处理的纯铁素体不锈钢凝固组织中晶粒尺寸较大,纵向截面晶粒平均值为4.64mm,横向截面晶粒尺寸平均为4.71 mm;La处理不锈钢可以明显细化钢中凝固组织的晶粒尺寸;Ti在细化FeCrAl不锈钢晶粒的同时可以提高不锈钢的等轴晶率;加入La和Ti后形成的高熔点第二相粒子有利于细化晶粒,钢中析出的大量TiN可以提高凝固组织的等轴晶率.     

非均质形核细化16Mn钢凝固组织

通过感应炉对比实验,考察了基于不同非均质形核理论计算所得的三类有效形核质点Ce₂O₃、ZrO₂和MgO对细化16Mn钢凝固组织的影响.结果表明:只符合点阵错配度理论判据的MgO形核质点将铸锭等轴晶率从32%提高至37%;只符合静电作用理论判据的ZrO₂形核质点将等轴晶率提高至40%;同时满足点阵错配度理论和静电作用理论判据的Ce₂O₃非均质形核质点将等轴晶率提高至44%.在上述三个非均相成核的粒子中,Ce₂O₃能最大程度细化16Mn钢凝固组织.钢中形成以上三类形核核心后,钢的原始奥氏体晶粒尺寸以及显微组织均得到不同程度细化.      

MgO-Al_2O_3-SiO_2复合夹杂物对430不锈钢凝固组织的影响

通过真空感应炉试验,研究不同Mg含量处理所获得的不同MgO-Al2O3-SiO2复合夹杂物对凝固组织的影响。试验结果表明,随着钢中Mg含量的增加,铸锭等轴晶率呈现先升高后下降的趋势,而等轴晶尺寸和柱状晶宽度呈现先降低后升高趋势,存在一个最佳的Mg的质量分数范围(5~13)×10-6,铸锭的等轴晶率在70%以上。夹杂物观测并结合热力学计算发现,随着钢中Mg含量的增加,MgO-Al2O3-SiO2复合夹杂物外层逐步析出MgO·Al2O3相;然而,Mg的质量分数高于13×10-6时,夹杂物外层开始析出2MgO·SiO2相。晶面错配度计算表明,MgO·Al2O3与δ-Fe的错配度为1.2%,2MgO·SiO2与δ-Fe的错配度为13%。可以判断,MgO·Al2O3相可促进等轴晶形成,抑制晶粒长大,2MgO·SiO2相则起不到促进形核作用。从而解释了铸锭等轴晶率、晶粒尺寸随Mg含量的变化规律。     

超声波和电脉冲对钢液凝固组织的影响

采用自行设计的超声波设备开展了超声波处理45钢凝固组织试验;采用脉冲磁场装置开展了60Si2CrVA弹簧钢浇铸前和浇铸后40 s施加电脉冲试验。试验结果表明,超声波处理显著提高45钢铸锭的力学性能;60Si2CrVA弹簧钢浇铸前施加脉冲磁场,铸锭中等轴晶比例由未施加脉冲磁场的49%提高至施加5 Hz/200 V脉冲磁场的74%,等轴晶尺寸由1 mm细化至0.4 mm;60Si2CrVA弹簧钢浇注后40 s施加脉冲磁场,随脉冲磁场作用时间的增加,等轴晶比例升高,等轴晶尺寸减小。     

PMO和冷却速率对5CrNiMoV热作模具钢凝固组织的影响

为研究脉冲磁致振荡(PMO)和冷却速率对5CrNiMoV热作模具钢凝固组织及偏析的影响,利用自制的高通量凝固过程热模拟试验机,对5CrNiMoV热作模具钢进行不同冷却速率下的PMO处理试验。结果表明,随着冷速增大,平均晶粒尺寸逐渐减小;PMO处理可以扩大等轴晶区,冷速越大,细化效果越明显。PMO作用下熔体内部产生强制对流,可以有效改善元素偏析,3种冷速下C元素相较于Cr元素和Mn元素偏析改善更显著。     

水冷铜模与砂模铸造M2钢显微组织对比

采用实验室25 kg高频真空感应炉熔炼M2钢,并用水冷铜模和砂模均浇铸为横截面100 mm×50 mm的M2钢铸锭,研究冷却速度对M2钢二次枝晶间距、渗透率、碳化物和晶粒尺寸及分布的影响.研究结果表明:M2钢凝固过程中,快的冷却速度能有效减小二次枝晶间距、渗透率、晶粒和网状碳化物的尺寸,同时可以改善晶粒和网状碳化物的分布和均匀性;砂模和水冷铜模M2钢铸锭的平均二次枝晶间距分别为42.5μm和21.6μm,平均冷却速度为1.06 K·s-1和12.50 K·s-1,平均渗透率分别为0.13μm2和0.035μm2.快的冷却速度能有效减轻中心碳偏析程度,砂模和水冷铜模模铸的M2钢铸锭中心碳化物面积分数分别为0.46和0.30,且其较各自的平均值分别增大38.7%和2.2%;水冷铜模铸锭平均晶粒尺寸（43.1μm）较砂模铸锭的平均晶粒尺寸（72.6μm）减小约40.7%,铸锭中心晶粒尺寸减小43.2%,且水冷铜模铸锭的晶粒尺寸较砂模铸锭均匀.文中获得了M2钢凝固过程中晶粒尺寸与冷却速度的关系式.      

振动激发金属液形核技术在铸锭和板坯凝固过程中的应用

叙述了研发的振动激发金属液形核技术的工作原理、技术特点以及在实验室对金属锌、1Cr7铁素体不锈钢铸锭处理效果,并进行了开发的220 mm×1 600 mm板坯连铸机振动激发金属液形核技术装置对16Mn系列钢种应用的工业化试验。结果表明,未经振动激发形核处理的板坯等轴晶率≤10%,中心疏松和偏析为1.5级,经振动激发形核处理的板坯等轴晶率≥30%,中心疏松和偏析为0.5级。分析表明,对大型铸锭使用振动激发金属液形核技术便于在线控制钢锭的凝固组织,有利于提高钢锭凝固组织的等轴晶率和改善内部质量。     

齿轮钢连铸坯凝固组织与溶质分布均匀性

分析了20CrMnTi齿轮钢200 mm×200 mm连铸坯凝固组织和溶质分布的均匀性,提出了不同过热度时粗大等轴晶和点状偏析的共生机理,制定了齿轮钢连铸均质性控制策略。结果表明,齿轮钢连铸坯凝固组织受到钢水过热度的直接影响,提高过热度会减小等轴晶面积,降低对中性,减小等轴晶尺寸;齿轮钢连铸坯凝固组织直接影响C元素中心偏析和断面分布均匀性,提高等轴晶率有利于降低中心偏析,但会增大等轴晶区溶质波动范围;齿轮钢连铸坯凝固组织直接影响半宏观尺度的点状偏析,提高等轴晶率会增加大尺寸点状偏析数量,Cr、Mn溶质偏聚程度也会增加。为了同时提高齿轮钢组织和成分均匀性,比较理想的连铸低倍结构特征是等轴晶率低、等轴晶尺寸小而均匀、对中性良好。     

陕西省自然科学研究计划项目

 钢和铁基合金通过等径弯曲通道变形(ECAP)可获得超细晶组织，从而改善材料的性能。成功实现了C方式650 ℃时珠光体65Mn钢的等径弯曲通道变形，累积等效真应变约为5。片层状珠光体组织演变成超细的渗碳体颗粒均匀分布于铁素体基体的组织，而且铁素体基体为均匀等轴晶粒，平均晶粒尺寸约为0 3 μm。     

基于实验与3D-CAFé法的高硅钢铸锭凝固行为

通过空冷和水冷实验研究了高硅钢的铸态组织,发现高硅钢铸态组织主要由粗大的柱状晶构成,水冷铸锭中柱状晶比例高达90%以上.依据铸锭的化学成分和晶粒统计结果,确定了3D-CAFE法模拟所需的枝晶生长动力学系数及高斯分布等参数.采用CAFE法对不同冷却条件下高硅钢的凝固过程进行模拟研究,发现空冷铸锭较水冷铸锭的温度场更均匀,糊状区更宽阔;空冷铸锭呈“过渡式”凝固,水冷铸锭呈“分层式”凝固;空冷流场较水冷流场更稳定,凝固末期冒口处出现明显的抽吸现象,而水冷模拟结果中未观察到该现象.组织模拟结果发现,模拟得到的高硅钢凝固组织无论是形貌还是晶粒尺寸都与实验结果相一致;最后通过改变浇注温度模拟研究了过热度对高硅钢凝固组织的影响,结果表明,随着过热度的降低,铸锭中心等轴晶率提高,晶粒数量增加,晶粒尺寸变得细小.      

冷却速率对M2高速工具钢铸锭凝固组织的影响

试验M2钢(/%:0.81C,0.31Si,0.33Mn,4.01Cr,4.57Mo,5.71W,1.77V)由实验室25 kg高频真空感应炉熔炼,并浇铸成横截面50 mm×100 mm钢锭。研究了水冷铜模和铸铁模浇铸的M2钢的低倍组织、晶粒尺寸和碳化物分布。结果表明,快速冷却可有效控制和消除M2钢铸锭中的柱状晶,随着冷却速率增大,M2钢铸锭部分气泡上浮不完全,但中心缩孔显著减小,晶粒更细小且分布更均匀,碳化物更加弥散且细小;铸铁模锭边缘和中心部分的晶粒尺寸分别为40~57μm用和55~62μm,而水冷铜模锭边缘和中心部分的晶粒尺寸分别为30~40μm和50μm。     

PMO对硬线钢小方坯凝固组织和中心偏析的影响

硬线钢连铸生产过程中产生的中心宏观偏析往往无法通过后续工艺完全消除，该缺陷会遗传到最终成品，从而造成硬线钢钢丝拉拔断裂。为了改善铸坯中心偏析问题并提高硬线钢力学性能，采用脉冲磁致振荡(PMO)凝固均质化技术对SWRH82B硬线钢160 mm×160 mm小方坯凝固过程进行均质化处理。PMO技术首次在该钢种上进行应用，结果表明，经PMO处理，SWRH82B硬线钢铸坯中心等轴晶率由23.47%扩大至29.14%,中心缩孔和中心缩松评级分布由1.5级和1.0级均降低至0.5级，铸坯中心碳元素偏析指数由1.30降低至1.06,Si、Cr、Mn元素在铸坯中心偏聚现象基本消除。研究结果为国内外生产高质量高碳钢小方坯提供了一种新方法。     

镁处理对430铁素体不锈钢夹杂物形成和凝固组织的影响

试验研究了0.000 5%～0.001 2%Mg对60 kg真空感应炉熔炼的430铁素体不锈钢(/%:0.04C、0.25～0.32Si、0.28～0.38Mn、16.5～16.9Cr)夹杂物形成和凝固组织的影响。结果表明,430钢液中添加镁合金后,钢中形成平均粒径更小,数量密度更大的含MgO复合夹杂物;镁合金的加入可以改善430钢的凝固组织,且浇铸温度越低,改善效果越明显,在1 580℃浇铸时,等轴晶率由常规钢的30.8%提高至镁处理钢的88.5%,相应等轴晶尺寸由1 741.6μm降至945.3μm。含MgO夹杂物与δ相二维错配度极小,可作为430钢有效异质形核剂,促进等轴晶的形成,抑制柱状晶的生长,细化凝固组织。     

基于CAFE法钢的成分对低碳钢凝固组织的影响

钢的成分是影响铸坯凝固组织的重要因素,在钢种标准成分范围内,基于CAFE法对低碳钢Q235成分对凝固组织的影响进行研究分析。单一变化C、Si和Mn的含量,C含量的增加使得等轴晶率增加,C含量为0.22%时等轴晶率达到最大;当Si含量增加时,等轴晶数量先增多,之后又降低趋势;当Mn含量增加时,组织中等轴晶数量呈下降趋势,且Mn含量的变化对等轴晶数量的影响不大。     

化学成分对430铁素体不锈钢凝固结构的影响

在430铁素体不锈钢成分体系基础上,研究了成分的变化对430铁素体不锈钢凝固结构的影响。经试验发现,含碳量的变化显著影响430铁素体不锈钢的凝固组织,含碳量越高,铸锭中的等轴晶比率越大;而Ti元素的加入,虽然有利于430铁素体不锈钢铸锭中等轴晶的形成,但需要保证TiN在钢的液相线附近析出,促进钢的异质形核,从而优化钢的凝固结构。     

两对二冷电磁搅拌对无取向硅钢铸坯等轴晶率和热轧板组织的影响

通过电磁搅拌力计算及工业试验,研究了两对二冷电磁搅拌器在不同搅拌参数及组合方式下50W800无取向硅钢的铸坯等轴晶率及热轧板组织。结果表明,两对搅拌辊搅拌参数一致时,搅拌参数均为380A/6Hz的铸坯等轴晶率最高,为23.48%;两对搅拌辊搅拌参数不一致时,第一对搅拌参数为380A/6Hz和第二对搅拌参数为350A/3Hz的铸坯等轴晶率最高,为25.42%。随着铸坯等轴晶率的增加,热轧板表层的再结晶晶粒尺寸逐渐增加,1/4厚度处和心部的纤维组织明显减少,且1/4厚度处再结晶晶粒的数量增加、尺寸增大。综合考虑增加铸坯等轴晶率和热轧板晶粒尺寸、减少热轧板带状组织以及降低电能消耗,第一对搅拌辊的搅拌参数为380A/6Hz和第二对搅拌辊的搅拌参数为350A/3Hz为最优搅拌参数组合方式。     

Ti-6Al-4V两次真空熔炼锭的结构分析

钛合金铸锭的显微组织尺寸较大，很难找到具有典型代表的区域，从而阻碍了用普通x射线技术测量织构。另外，在一个铸锭中可出现几种典型的“晶带”（如柱状晶和等轴晶带），同时也限制了普通织构分析方法的应用。美国学者使用一种直接表征织构特征的方法，即取向图法（OIM）。用该方法测量的织构精度主要取决于取样的晶粒数。对尺寸一定的铸锭来说，选取的区域晶粒大、数量少，通常不可能获得准确的织构分析结果。     

机械搅拌对中碳钢钢液凝固组织的影响

研究了中碳钢钢液在凝固初期施加机械搅拌,改变搅拌参数对钢液凝固组织的影响。实验结果表明,随着搅拌时间的延长等轴晶比例增大,搅拌时间30 s时,等轴晶比例最大为50.784%;改变插入钢液深度,随着插入液面深度的增加,等轴晶区比例明显增大,同时晶粒得到细化,分布更均匀,插入深度为4.5 cm时,等轴晶比例和晶粒细化程度达...     

超深冲IF钢组织对力学性能的影响

对ＩＦ钢冷轧板退火过程中组织和力学性能的研究表明，ＩＦ钢冷轧后显微组织是纤维状，退火过程中晶粒优先沿板面长大呈饼形，而后生长为等轴状晶。相应的塑性应变比（ｒ值）与组织形状及晶粒尺寸有关，等轴晶钢板的ｒ值大于饼形晶的或过分长大的等轴晶的ＩＦ钢板的ｒ值。     

PMO凝固均质化技术在20CrMnTi齿轮钢上的应用

 为了解决20CrMnTi齿轮钢在生产过程中铸坯柱状晶发达及铸坯元素分布不均匀等缺陷，运用上海大学研发并已在连铸生产中取得理想效果的脉冲磁致振荡(pulsed magneto oscillation，简称PMO)凝固均质化技术对连铸20CrMnTi齿轮钢矩形坯进行均质化处理。结果表明，经PMO处理的20CrMnTi齿轮钢铸坯中心等轴晶率增加1倍左右，中心碳偏析指数从1.22降为1.04。金属原位分析仪元素面扫描检测发现，PMO处理铸坯的各元素分布更加均匀，连铸坯宏观偏析得到有效控制。该技术为今后提高连铸坯内部质量提供了一种新方法。