Ca含量对船板结构钢中夹杂物的影响

试验研究了Ca含量对于船板结构钢中微米夹杂物的数量、尺寸以及化学组成的影响。结果表明,随着钢中Ca含量从2×10-4%增加到25×10-4%,大部分氧化物夹杂从Al2O3改性成钙铝酸盐,夹杂物中wAl/wCa从19.85降低至0.80。当Ca含量为2×10-4%时,夹杂物的面密度为40个/mm2;当Ca含量为9×10-4%以上时,夹杂物的面密度跃升为100个/mm2。同时形成了更多的以氧化物为核心,表面析出MnS的夹杂物,这有利于厚板改善大线能量焊接热影响区的冲击韧性。     

利用Ca、Zr和稀土的氧化物冶金技术最新进展

为了研究氧化物冶金技术对提高厚钢板焊接性能的影响，归纳总结了国内外利用强脱氧剂Ca、Zr和稀土的氧化物冶金技术的最新进展。随着Ca含量的升高，亚微米级TiN粒子的平均尺寸变化不大，纳米级TiN粒子的平均尺寸下降，亚微米级TiN粒子和纳米级TiN粒子数量明显增多。在焊接热输入400 kJ/cm条件下，含质量分数25×10^-6的Ca对HAZ组织的细化效果和低温冲击韧性的改善效果最好。含质量分数150×10^-6的Zr钢，粗晶热影响区在钢样中获得了良好的冲击韧性，在热输入400 kJ/cm高达230 J。加稀土元素后，小尺寸夹杂物数量密度上升，平均尺寸下降。含质量分数23×10^-6的Ce钢，在热输入为25 kJ/cm条件下，冲击功提高到215 J左右，韧性增强效果尤为明显。对比加Ca、Zr和REM的氧化物冶金作用机理，加Ca可以促进纳米级TiN粒子的增量细化析出，具有一定的抑制奥氏体晶粒长大的效果，同时还可以明显促进晶内铁素体的生长。加Zr也具有一定的抑制奥氏体晶粒长大的效果，还容易形成大量含Ti的复合氧化物夹杂，通过吸附MnS...     

Ca-Mg处理对X80管线钢夹杂物及性能的影响

在工业生产中进行了X80管线钢Ca-Mg复合处理与Ca处理工业试验。分析了Ca-Mg复合处理和Ca处理钢中夹杂物的变化特征，研究了Ca-Mg复合处理对X80管线钢中夹杂物及性能的影响。结果表明：Ca-Mg处理钢中夹杂物主要是Mg-Ca-Al-O系夹杂，Ca处理钢中夹杂物主要是Ca-Al-O系夹杂；Ca-Mg处理钢中粒径小于1μm的夹杂物数量密度相对较高，大于1μm的夹杂物较少；Ca-Mg处理钢中存在大量尺寸细小的TiN夹杂物，可以起到细化晶粒、提升焊接热影响区韧性的作用。在100 kJ/cm的焊接线能量下，其焊接热影响区韧性大幅度提高。     

Q345级钛氧化物冶金钢生产工艺及大线能量焊接性能研究

研究了工业化条件下钛氧化物冶金和TMCP工艺对Q345级钢板基体力学性能及大线能量焊接性能的影响。采用光学显微镜、扫描电镜、电子探针等手段分析了钢板显微组织及夹杂物特征,进行了大线能量焊接热模拟和气电立焊试验。结果表明,在钛氧化物冶金和TMCP工艺下,工业化试制钢板获得了良好的基体力学性能和大线能量焊接性能。钢中Ti、Mg、Ca等微细氧化物或氧硫化物均匀弥散分布,有效促进了焊接粗晶热影响区针状铁素体组织形成,200 kJ/cm线能量下焊接接头冲击韧性显著改善。     

大线能量焊接高强船板钢氧化物冶金技术的新进展

分析了中国船舶工业的现状、成就、挑战及发展趋势.为了提高船舶制造效率,采取了增加焊接线能量的措施.大线能量焊接时,由于高温停留时间长,相变冷却速度慢,焊接热影响区奥氏体晶粒急剧长大,得到侧板条铁素体为主的凝固组织,韧性恶化.氧化物冶金技术利用钢中的细小氧化物,通过促进晶内铁素体形核可明显改善焊接热影响区的组织.叙述了氧化物冶金的主要内容和该技术对船板钢的组织和性能的影响.介绍了日本一些钢铁公司开发的大线能量焊接高强船板钢氧化物冶金新技术.     

氧化物冶金技术应用及进展

氧化物冶金是利用钢中细小非金属夹杂物诱导晶内铁素体形核细化晶粒的新技术。应用氧化物冶金技术已成功开发出了高强度高韧性的非调质钢和低碳钢。文章讨论了氧化物冶金类型钢的显微组织特征,分析了钢中非金属夹杂物的性质和晶内铁素体的形核机理,简述了氧化物冶金技术的应用前景。利用钢中细小的氧化物,通过促进晶内针状铁素体形核明显改善焊接热影响区的组织,成为大线能量焊接用钢有效的技术途径。     

大线能量焊接用船体结构钢的研究进展

介绍了大线能量焊接在船舶建造中的应用,对比了船体结构钢与其它钢种对大线能量焊接适应性的不同要求。针对大线能量焊接热影响区韧性下降问题,提出了目前提高热影响区韧性的主要措施。指出降低碳当量、细化热影响区奥氏体晶粒尺寸、利用有益氧化物诱导晶内铁素体析出是提高船体结构钢大线能量焊接适应性的有效途径。介绍了鞍钢在热影响区组织调控技术和氧化物诱导机理研究等方面取得的成果。     

Ti-Zr-Mg处理与Ti-Zr处理氧化物冶金效果对比研究

氧化物冶金在非调质钢和大线能量焊接用钢开发等领域得到越来越广泛的应用。通过中试的试制及模拟焊接、夏比冲击、扫描电镜等一系列分析手段系统对比了Ti-Zr-Mg处理与Ti-Zr处理氧化物冶金效果,包括非金属夹杂物、钢板组织及力学性能。结果表明:Ti-Zr-Mg处理相较于Ti-Zr脱氧,钢板强度、韧性及冲击性能改善不明显,焊接性能得到提高;轧板组织基本一致,焊后热影响区(HAZ)针状铁素体体积增加;Mg处理炉次钢中非金属夹杂物数量略有增多,尺寸更加细小。     

Mg含量对焊接热影响区夹杂物及组织的影响

通过焊接热模拟试验研究了钢中Mg含量对焊接热影响区夹杂物及组织的影响。研究结果表明,随着钢中Mg质量分数由0增加至27×10-6再到37×10-6,氧硫化物复合夹杂类型变化为Al_2O_3-Mn S→MgO+Al_2O_3+Ti2O3-Mn S→MgO-Mn S;氧硫化物复合夹杂数量增加、尺寸减小。焊接热影响区组织变化为晶界铁素体+魏氏组织+侧板条铁素体→晶界铁素体+晶内针状铁素体→块状铁素体。利用Mg脱氧工艺生产的钢板经过400 k J/cm大线能量焊接后热影响区的-20℃冲击功都在100 J以上。     

Ce含量对EH40船板钢热影响区夹杂物的影响

利用夹杂物自动分析系统在实验室中研究了钢中Ce含量对热影响区夹杂物演化的作用。结果表明,随着钢中Ce含量的增加,夹杂物的数量密度、平均尺寸和以Al_2O_3为核心的复合夹杂物比例都减少,夹杂物中Ce的含量和含Ce夹杂物的比例都增加,典型夹杂物核心由Al_2O_3+Ce_2O_3变为Ti_2O_3+Ce_2O_3,外部都析出MnS。当钢中Ce质量分数大于140×10~(-6)时,出现以Ti-Ce复合氧化物为核心的夹杂物。随着夹杂物中Ce含量的增加,钢中夹杂物的尺寸减小。Ce氧化物冶金工艺对夹杂物的细化作用明显。     

氧化物冶金在大线能量焊接用钢中的应用

 为了分析氧化物冶金钢中不同类型夹杂物的形核能力及其对大线能量焊接性能的提升效果，对Ti Ca、Ti Mg试验钢进行了模拟焊接热循环并利用氧化物冶金技术实现了不同钢种的工业化生产。结果表明，在1 400 ℃峰值温度等温30 s后，Ti Mg复合夹杂物可有效钉扎奥氏体晶界移动，并在后续冷却过程中作为形核质点诱导针状铁素体形核。为了保持氧化物冶金技术所需的氧含量，建立了转炉Si Mn预脱氧加Ti Mg脱氧的优化工艺路线。采用新技术冶炼的钢种具有200 kJ/cm气电立焊性能。-40 ℃下HAZ冲击韧性达到200 J，焊接接头内观察到大量针状铁素体板条组织。     

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。     

诱发IAF夹杂物与原晶粒的尺寸匹配关系

 对于氧化物冶金船板钢而言,细小弥散分布的夹杂物会对其原始晶粒产生钉扎和诱发晶内铁素体的双重作用,且研究发现诱发晶内铁素体的夹杂物尺寸与原始奥氏体晶粒尺寸存在一定的匹配关系。围绕上述问题进行了系统的分析研究和数据统计,结果表明,不同晶粒尺寸下,诱发晶内铁素体的夹杂物尺寸与原奥氏体晶粒度间存在近似线性关系,且随着奥氏体晶粒度的增大,诱发晶内铁素体的夹杂物尺寸则相应减小。     

利用微细质点的热影响区细晶高韧性化技术的开发

为满足490—590MPa级厚钢板使用中对焊接大线能量化、高强度厚板化、高韧性化的要求．开发出新的超越了已有技术界限的热影响区细晶高韧性化技术．从而可以得到韧性良好的热影响区。该技术旨在明显抑制熔合线附近热影响区内奥氏体晶粒长大，使高温热稳定性优良的氧化物或硫化物在钢中微细分散。通过显著细化奥氏体晶粒来微细化热影响区组织。技术要点是确定工业方法，使含有适量镁或钙、尺寸为数十纳米至数百纳米的钢中氧化物或硫化物密而分散。该技术适用于建筑、造船、海洋工程结构和石油管线用厚钢板，在确保焊接钢结构安全可靠基础上，提高焊接热影响区的韧性。     

基于氧化物冶金的微合金化研究

介绍了国内外氧化物冶金技术的进展情况;分析了微合金体系中各元素的协同及交互作用以及夹杂物、第二相粒子析出、演变对钢的相变、组织结构和性能的影响规律;阐述了冶炼、凝固过程中“有益”夹杂物析出的热力学、动力学研究现状,分析了夹杂物性质、尺寸、分布等对诱发晶内铁素体形核的影响;综述了热加工和焊接过程对组织演化、晶粒细化、晶内铁素体优先析出及提高母材钢和焊接热影响区强韧性机制。总结了氧化物冶金研究工作进展及存在的问题,结合课题组研究的成果,提出了基于氧化物冶金的微合金化思想并比较了其与传统微合金化的异同;展望了基于氧化物冶金的微合金化理论方面需要进一步开展的研究工作。      

大线能量焊接船板钢的研究现状与发展

大线能量焊接过程中,焊接HAZ高温停留时间延长,相变冷却速度减慢,HAZ奥氏体晶粒急剧长大。采用TiN、Ti-B等技术抑制HAZ奥氏体晶粒长大以提高大线能量焊接性能难以满足更高线能量的要求。氧化物冶金技术的提出对大线能量焊接用钢HAZ韧性的改善具有重要的意义。文章主要叙述了大线能量焊接HAZ韧性改善的方法以及发展方向,并重点对稀土Y应用于大线能量焊接HAZ韧性改善的可能性进行分析预测。     

氧化物冶金技术及其在船体钢开发中的应用及展望

造船高效化迫切要求船体钢具备良好的大线能量焊接性能,而氧化物冶金技术因其特有的双重细化晶粒效果得以在船体钢开发中起到重要作用。系统地回顾了奥氏体晶内铁素体的形核机制及影响因素,并详细评述了以新日铁为代表的国内外钢铁企业在大线能量焊接用船体钢开发过程中的实践,进而提出了大线能量焊接用船体钢的开发。在理论研究的进一步深化外,在实践方面,应在确定焊接输入线能量与钢板厚度关系的基础上,探明输入线能量与该能量输入下能够稳定诱发晶内铁素体的夹杂物构成的匹配关系,这是经济、高效生产大线能量焊接用船体钢以及其他焊接用结构钢的关键。     

通过钛脱氧细化低碳高锰钢显微组织：奥氏体晶粒长大和分解

本文研究了脱氧夹杂物对低碳钢显微组织演变的影响。将低碳（0．07％wt％）、高锰（0．9wt％）钢在A2O3或MgO坩埚中通过添加铝（0．05wt％）或钛（0．05、0．03或0．015wt％）进行脱氧。试验在容量400g真空炉中完成，然后在铜模中浇铸，冷却速率介于2．0～6．0K／s之间。为了研究冷却速率的影响，将这些浇铸试样重新熔化并且以各种不同冷却速率进行冷却，冷却速率从1—100k／s，采用高温共焦激光扫描显微镜（CSLM）予以分析。 在所有钛镇静钢试样中，氧化物夹杂尺寸均较小并且夹杂物密度高于那些铝镇静钢试样。在钛镇静钢试样中，夹杂物尺寸和密度随氧含量的增加而增加，夹杂物尺寸随着冷却速率的增加而减少，夹杂物密度随冷却速率的增加而增加。 采用共焦激光扫描显微镜（CSLM）研究钛镇静钢和铝镇静钢试样两者之间固态显微组织变化的差别。研究了等温条件下奥氏体晶粒的长大，并且从中发现：钛镇静钢试样中的晶界迁移率和最终晶粒尺寸均低于其它镇静钢。至于奥氏体分解，在从相似的奥氏体晶粒结构连续冷却过程中，由于沉淀反应导致较高的韦氏板条密度，最终导致钛镇静钢试样中的奥氏体分解，使其结构更为细小。夹杂物尺寸对奥氏体晶粒尺寸和奥氏体分解结构均有显著影响，在钛镇静钢试样中可观察到来自夹杂物的铁素体沉淀物不同取向。在最小平均夹杂物尺寸试样中获得最高板条浓度，而不是在最高密度的亚微米夹杂物中获得最高板条浓度。     

Mg-Al-Ti系氧化物冶金工艺夹杂物控制的热力学分析

开展低铝含量海工钢氧化物冶金研究,扩大海工钢成分调整范围,促进诱导针状铁素体形核的有效夹杂物生成,对改善大线能量焊接热影响区韧性具有重要应用潜力。以EH420钢为研究对象,利用FactSage热力学软件,进行钢液-夹杂物平衡热力学计算,系统分析了Mg-Al-Ti脱氧体系与氧含量耦合变化对钢中夹杂物析出类型、析出条件、析出量的影响,并设计试验进行验证,为实际大线能量焊接用EH420海工钢的目标夹杂物控制提供理论指导。结果表明,控制钢中Mg、Al、Ti含量分别在0.002 0%水平、0.008 0%～0.010%、0.010%～0.020%时,当T.O.含量在0.003 0%水平,析出Mg-Al-Ti-O复合夹杂物+MgO夹杂物;当T.O.含量在0.006 0%水平时,单独析出Mg-Al-Ti-O复合夹杂物。     

Ti-Ca复合脱氧大线能量焊接用钢中夹杂物的演变

 为了更好地掌握氧化物冶金生产工艺,通过工业试验和热力学计算研究了Ti-Ca复合脱氧工艺生产大线能量焊接用钢全流程夹杂物成分、尺寸、数量的演变规律。LF进站时钢中夹杂物主要类型为硅锰氧化物类夹杂,Ti-Ca复合脱氧后转变为CaO-Al2O3-TiOx-MgO-SiO2,精炼过程夹杂物中铝质量分数降低,而钙和钛质量分数升高,最终轧板中典型夹杂物为CaO-Al2O3-SiO2、CaO- TiOx、Ca（Mn）S、TiN的复合多相夹杂物。LF-RH整个精炼过程中,钢中夹杂物体积比整体在不断下降,连铸过程又有所升高,最终轧材中夹杂物的体积比约为2.6×10－5。Ti-Ca复合脱氧与RH精炼对夹杂物的细化作用明显,轧材中尺寸为0～1 μm夹杂物占到了约73%,尺寸大于3 μm的仅约占5%。100和200 kJ/cm线能量下模焊后热影响区－40 ℃的冲击功平均值分别为275和209 J,腐蚀后发现了以夹杂物为核心形核长大的针状铁素体。