钛微合金钢连铸中TiN与TiC析出热力学研究

连铸过程中夹杂物的析出对铸坯的组织性能有重要影响。为研究钛微合金化Q345钢中TiN 、TiC夹杂物的析出规律，对TiN 、TiC的生成热力学进行了计算，计算了Q345钢的固/液相线温度、碳氮化物的析出温度、不同温度下TiN、TiC的平衡/实际溶度积和析出时所需的Ti、N初始浓度，分析了高钛钢在凝固过程中TiN 、TiC的析出规律。结果表明：TiN 、TiC在液相线温度以上不能析出；由于Ti、N、C在凝固前沿的富集，当两相区fs＞0.56时，TiN开始析出，当两相区fs＞0.92时，TiC开始析出；在固相奥氏体中有TiN粒子析出，而TiC的析出温度较TiN低，在铁素体中析出。     

定向凝固冷速对Ti-O超细夹杂物析出的影响

采用定向凝固法模拟了由纯铁与钛铁制备的样品在凝固过程中二次枝晶臂间溶质富集时Ti-O夹杂物的析出情况,考察了冷却速率对Ti-O超细夹杂物尺寸、数量及分布的影响,验证了凝固过程微观偏析和Ti-O夹杂生成耦合模型.结果表明,随着冷速增高,夹杂尺寸减小,数量增多,分布更均匀.在10K/min(模铸),100K/min(方坯),200K/min(中厚板)冷速下夹杂的平均直径分别为1.87,1.09,0.82μm,夹杂数量分别为0.31×104,1.98×104和3.27×104 mm-3.利用凝固过程溶质富集析出Ti-O超细夹杂物是可行的.     

含Nb-Ti微合金钢连铸过程中TiN析出行为研究

针对控制含Nb微合金钢铸坯角裂缺陷的增Ti固N控制工艺,通过热力学计算和试验分析手段,详细研究了钢中TiN颗粒的形成条件。经过研究得到结论：Ti元素可以稳定Nb在钢中的固溶状态,所生成的TiN颗粒在2 μm左右,属于非金属夹杂物范畴。随着冷却速率的增加,钢中生成的TiN颗粒位置逐渐由原奥晶界转为晶内析出。基于Ohnaka微观偏析模型计算凝固TiN凝固析出行为,当固相率达到0.95以上凝固前沿的[Ti][N]浓度积高于平衡浓度积,开始析出TiN。根据凝固前沿溶质元素偏聚程度排序：Scheil＞Ohnaka＞B-F＞C-K＞V-B＞Level。在钢液中析出的Al2O3类的高熔点氧化物降低了TiN形核势垒,促进了TiN颗粒的析出行为。     

轴承钢连铸过程中非金属夹杂物群迁移行为的分析

为了研究轴承钢方坯连铸过程中存在的非金属夹杂物聚集问题,建立了凝固过程的流-固耦合模型,采用数值模拟和现场试验相结合的方法,研究了浇注过程中夹杂物族群的迁移行为。结果表明,在断面、结晶器搅拌强度和浸入式水口对比方面,较大断面、较强搅拌和带侧孔的水口对改善铸坯中10 μm以下的夹杂物比较有利,5～10 μm级别夹杂物最易被初生坯壳捕捉。结果显示,5 μm以下的中间包钢液中微观夹杂物数量过大,在浇注过程中会促进夹杂物族群间的碰撞迁移,导致铸坯中20～30 μm级别夹杂物数量增多,但对50 μm以上的大尺寸夹杂物影响甚微;铸坯中该大尺寸级别的夹杂物主要直接来源于中间包。这些研究结果对弄清夹杂物的来源,改善轴承钢疲劳寿命具有重要意义。     

球墨铸铁中含Ti夹杂物的研究

借助扫描电镜观察球铁中夹杂物并对其进行能谱分析,结合热力学计算结果研究了球铁中钛元素的热力学、动力学行为和含Ti夹杂物的组成、形貌、尺寸及分布状态.结果表明:在1 373～1 873 K,球铁中能够形成TiC、TiN、TiS、TiO2、Ti2O3和Ti3O5夹杂物,其中氧化物最易形成,其次为硫化物、氮化物和碳化物;球铁中存在TiC单相夹杂物,Ti-La-Ce-Mg-C-N-S稀土复相夹杂物和Ti-Mg-Si-C-N、 Ti-V-Si-C等复相夹杂物,夹杂物以多边形为主,尺寸在1～3 μm,分布在珠光体与铁索体基体中,少量夹杂物分布在晶界处.在钛与稀土元素的中和反应和含钛氧化物与碳的还原反应共同作用下,球铁中能形成大量富集稀土元素的含Ti复相夹杂物.     

439铁素体不锈钢连铸坯中TiN夹杂物分布研究

通过光学显微镜和扫描电子显微镜观测了439铁素体不锈钢连铸坯中TiN夹杂物的形貌,结果显示TiN夹杂物的形貌为近似规则的四边形并且在光学显微镜无偏光条件下,TiN夹杂物呈现为橙色。通过光学显微镜对连铸坯中TiN夹杂物分布进行统计研究,发现在连铸坯宽度方向的中部和1/4处,由内弧(或外弧),到内弧1/4处(或外弧1/4处),再到厚度方向中部,TiN夹杂物的尺寸增大而数量减少。这是由于连铸坯凝固过程中由外向内冷却速率减小,凝固坯壳的生长减慢,使得TiN夹杂物生长时间增加,而形核速率下降造成的。这与热力学计算得到的TiN夹杂物是在连铸坯凝固过程中形成的结论相吻合。在连铸坯宽度方向边部,由于冷却速率较大,凝固坯壳的快速生成,使得连铸坯中TiN夹杂物的尺寸分布和数量分布都没有明显的统计规律。     

船板钢铸坯中大型夹杂物的分析

为了解船板钢铸坯中夹杂物含量、尺寸及来源,采用大样电解法提取B、D船板钢铸坯中的大型夹杂物,利用扫描电镜和能谱仪对夹杂物的形貌和组成进行分析,并对尺寸大于50 μm的夹杂物的来源进行了分析。试验结果表明,在铸坯宽度1/4处夹杂物含量最高。铸坯中尺寸大于50 μm的大型夹杂物主要来源于浇铸过程的卷渣,其余为LF精炼过程对钢中夹杂物进行钙处理的产物、浸入式水口及耐火材料侵蚀产物、钢液二次氧化产物。     

薄带中纳米级含Ti氧硫复合夹杂物复合机理研究

利用透射电子显微镜(TEM)对含Ti氧硫复合夹杂物进行成分和结构测定,利用Aziz模型计算钢液凝固时固液界面的溶质分布规律,并辅以热力学计算确定复合夹杂物的析出顺序。结果表明:含Ti氧硫复合夹杂物的形态为壳层结构:TiO2为核心,Fe2SiO4在核心外进行包裹,MnS附着析出在包裹膜上;钢液凝固时非金属元素在固液界面前沿的溶质分配较金属元素更易受影响;含Ti氧硫复合夹杂物在凝固时各物质的析出顺序为TiO2→Fe2SiO4→MnS。     

IF钢板坯表层大尺寸夹杂物的三维分布

IF钢铸坯表层大尺寸夹杂物分布对冷轧钢板表面质量有较大影响。采用ASPEX自动检测法与逐层刨削法研究了IF钢铸坯表层20 mm内中100 μm以上夹杂物的三维分布。铸坯表层20 mm内夹杂物共分成3类,气泡、氧化铝+气泡、块状氧化铝,数量比例分别为72%、26%和2%。结合水模型研究了结晶器内大尺寸夹杂物被凝固坯壳捕获行为,结果表明,在现有浇铸工况下结晶器内大尺寸夹杂物主要集中在上回流涡心处与浸入式水口下部等结晶器“死区”位置。消除结晶器内死区有助于减少铸坯表层大尺寸夹杂物,提高轧板表面质量。     

Q195热轧带钢凝固冷却过程非金属夹杂物生成热力学及工业实践

为了控制Q195钢中非金属夹杂物在凝固冷却过程的转变,采用ASPEX自动扫描电镜研究了实际生产凝固冷却过程夹杂物的转变,并用FactSage软件理论计算了这一过程夹杂物转变的热力学原理。研究结果表明:Si-Mn-Al复合脱氧Q195热轧带钢中间包内夹杂物主要成分为SiO2-MnO-Al2O3,连铸坯中硫化物夹杂质量分数急剧升高,氧化物夹杂中SiO2质量分数升高,MnO质量分数下降。钢中夹杂物成分与尺寸有明显对应关系,中间包内夹杂物尺寸越大,Al2O3质量分数越多,SiO2质量分数越低;铸坯中夹杂物尺寸越小,MnS质量分数越高,氧化物夹杂尺寸越小,SiO2质量分数越高。FactSage热力学计算表明,在钢凝固冷却过程,钢中会析出SiO2相、Mn2Al4Si5O18相和MnS相,析出相尺寸一般较小,使小尺寸夹杂物中SiO2和MnS质量分数升高,热力学理论计算可以较好地解释夹杂物成分在凝固冷却过程的转变。     

70���������зǽ������������Դ������

 应用光学显微镜和电子探针分析方法,对70钢连铸坯中非金属夹杂物的形貌、大小、数量、组成和来源进行了研究,旨在降低钢中非金属夹杂物的含量,提高钢材质量。结果表明,铸坯中5 μm以上的夹杂物主要为形状不规则的脱硫产物Ⅲ型硫化锰,其次为复合脱氧产物铝硅酸盐和凝固前沿形成的铁氧化物,以及少量脱氧产物与熔蚀耐火材料形成的球状铝酸盐或含镁铝硅酸盐,研究结果为优化70钢连铸坯生产工艺提供了依据。     

12%Cr合金凝固过程夹杂物析出的实验研究与热力学分析

铁基12%Cr合金常用来制造先进发电机转子,这要求材料具有良好的性能和细小的夹杂物,合金中的大尺寸夹杂物会导致材料性能恶化。该研究采用了缓冷实验后淬火的工艺,从而将12%Cr合金熔体冷却与凝固过程中析出的夹杂物保留下来,并分别采用扫描电镜和能谱,对夹杂物的形貌及化学成分进行了观察和测定。实验结果表明,除各种形状的氧化物夹杂外,在试样中也发现了氮化钛夹杂,但在熔炼的过程中却并没有钛元素的加入。对凝固过程夹杂物的析出进行热力学计算,结果表明氮化钛夹杂析出与凝固阶段的末期。即便是痕量来自原料中的钛元素也可以导致氮化钛的析出。这些氮化钛在凝固时能够生长至大尺寸并损害材料性能。与此同时,氧化铝夹杂在液态熔体中即可生成。依据计算结果,对钛和氧的含量控制给出建议,这将对12%Cr合金生产过程起到帮助。通过研究钛和铝之间的浓度竞争,本文也讨论了实验过程中三氧化二钛夹杂析出的可能性。     

Mn13高锰钢连铸坯冷却过程中碳化物的析出特征

某企业Mn13钢采用连铸工艺生产，轧制后出现批量沿中心面分层开裂的情况，且开裂比例远高于模铸坯料，初期试验证实这与坯料中心面附近粗大碳化物析出有关，因此重点研究Mn13钢连铸坯在凝固及冷却过程中碳化物的析出特征。本研究通过Thermo-calc热力学计算和实验室模拟冷却组织观察的方法研究了Mn13钢冷却过程中碳化物的析出行为，计算结果表明，在热力学平衡条件下，碳化物在847℃时开始析出，到557℃时碳化物全部析出。模拟冷却试验的组织观察结果表明，在冷却处理前(650℃以上)没有可见的碳化物析出；冷却至550℃时碳化物开始明显析出，400～550℃为碳化物析出的敏感温度区间。在生产过程中，连铸坯在400～550℃温度区间应该选择快速冷却方式避免碳化物析出。此外，现场工艺实践表明，采用合理的连铸工艺(如钢水过热度、电磁搅拌及动态轻压下工艺)也有助于改善Mn13钢铸坯中心偏析问题，减轻铸坯凝固过程中芯部的碳化物析出倾向。     

含钛夹杂物对连铸保护渣性能的影响

含钛钢连铸过程中析出氮化钛夹杂,并参与渣-金界面反应,严重恶化传统含钛钢连铸保护渣的理化性能。研究了不同含量的TiN和TiO₂对不同碱度保护渣的熔点、黏度、结晶比例以及凝固温度等性能的影响规律。测试结果表明,TiN对CaO-SiO₂基保护渣的性能影响最大,随着渣中TiN含量的升高,保护渣的黏度、结晶比例和凝固温度大幅度升高;当TiN质量分数大于5%时,熔点大幅升高。TiO₂对CaO-Al₂O₃基保护渣的性能影响最大,当TiO₂质量分数小于4%时,可小幅度降低保护渣的黏度和凝固温度;当TiO₂质量分数大于10%时,渣中钙钛矿成为主要析出物相,熔渣的性能严重恶化,影响对坯壳的润滑作用。通过对比3种不同碱度的基础渣发现,CaO-SiO₂-Al₂O₃基保护渣具有较好吸收含钛夹杂物的能力。     

行波磁场作用下空心管坯的两相凝固数值模拟

利用等轴球晶两相凝固模型计算了行波磁场作用下空心管坯的凝固过程.分析了施加不同强度的行波磁场时,Sn-3.5%Pb管坯凝固过程的温度梯度、冷却速率、溶质浓度分布以及晶粒大小的变化情况.结果表明:金属液在行波磁场的作用下产生纵截面上的大环流,随着搅拌速度的加大,金属液凝固过程的冷却速率逐渐降低,熔体内的温度梯度减小,使管坯内部的晶粒得到细化,改善了铸坯凝固组织,但是强制流动导致管坯内产生宏观偏析,且搅拌速度越大,宏观偏析越明显,因此,在生产过程中应该严格控制搅拌速度的大小.     

高钨镍基高温合金K416B富W相的析出行为

研究了K416B合金中富W相的析出行为与合金浇注温度和凝固速率的关系。结果表明,在相同冷却速率下,合金的浇注温度由1500℃降低到1450℃时,晶粒尺寸明显减小。在不同浇注温度下,合金中均有块状α-W相在残余共晶中析出,α-W相形貌差别不大。合金的残余共晶中存在大尺寸的M6C相,而残余共晶的边缘处有小尺寸的M6C相。高凝固速率时,合金中富W相数量减少、尺寸减小,表明富W相析出受到明显抑制。对于铸造高钨镍基高温合金,选择合适的浇注温度以及保温体系加快凝固初期的冷却速率,可以控制富W相的析出和转变,从而优化合金性能。     

钛微合金化对Q345D钢冲击韧性影响的探讨

探讨了Q345D钢中TiN夹杂物的形成及控制,通过试验研究了钛微合金化Q345D钢的低温冲击韧性。结果表明Q345D钢TiN夹杂是在钢凝固或浇注时通过两相区时形成的,通过热处理无法消除钢中的大块TiN夹杂物,将严重影响Q345D钢的冲击韧性。为了使Q345D钢的冲击性能达到理想指标,可以通过缩短冶炼和凝固过程中钢液通过两相区的时间,减少凝固前TiN的富集,并应该将Q345D钢中的Ti含量控制在0.01%~0.03%之间。