IF钢中含Ti夹杂物的衍变规律

系统研究了Ti-IF钢冶炼过程和铸坯中含Ti夹杂物的组成、分布与微观形貌,揭示了含Ti夹杂物的衍变规律.热力学分析和实验结果表明:在IF钢冶炼过程中无TiN生成,含Ti夹杂物的存在形式是以TiO₂为主的钛氧化物结合其他氧化物的复合夹杂:而在连铸凝固过程中,由于钢液温度降低和元素的偏析作用,TiN夹杂以异质形核的方式生成.IF钢铸坯中非金属夹杂物主要是大尺寸Al₂O₃颗粒和存在中间过渡层的TiN—Al₂TiO₅-Al₂O₃复合夹杂物,其形核长大过程是[Al]、[Ti]和[O]先在细小的Al₂O₃颗粒上反应生成一层Al₂TiO₅,然后TiN在Al₂TiO₅表面形核长大.根据连铸过程和铸坯中含钛夹杂物的研究得出,Ti-IF钢铸坯中TiN夹杂难以去除,但是可以使其变性以实现对钢中含钛夹杂物的控制.      

Ti处理FeCrAl不锈钢的凝固组织和夹杂物

采用Thermo-calc软件对不同Ti含量的FeCrAl不锈钢铸锭Scheil凝固过程中TiN和AlN在凝固前沿液相的析出规律进行计算,结果表明铸锭中Ti含量应控制在0.08%附近。铸锭的凝固组织分析表明中心等轴晶率随着Ti含量的提高先升高后降低,Ti含量为0.088%时纵截面和横截面中心等轴晶率均达到最大值,分别为39.5%和16%。高温拉伸试验结果表明,Ti的加入对铸锭的高温力学性能没有明显改善作用。扫描电镜分析表明铸锭中主要有纯TiN、TiN-AlN复合夹杂、TiN-Al_2O_3复合夹杂、纯TiS夹杂以及TiS-氧化物复合夹杂这五种含Ti夹杂物,前三种夹杂物占据主要地位,后两种夹杂物则非常少。     

SWRH 92A帘线钢中异相形核TiN复合夹杂析出机制

摘要：高碳帘线钢中析出的非金属夹杂物如钛夹杂,对钢材疲劳强度影响巨大。系统分析过共析帘线钢中钛夹杂的析出行为对控制夹杂物形成及产品质量提升尤为重要。结合形核理论以及热力学耦合模型,对SWRH 92A帘线钢盘条存在的Al2O3 TiN复合夹杂物的形成机制进行了研究。结果表明：TiN夹杂在钢液凝固进程凝固分数约为0.866(温度为1457K)时开始析出;凝固前期Ti、N偏析比基本相当,然而当凝固接近结束时Ti的偏析比明显大于N,分别为6.059和2.367×10-6。TiN夹杂物形成过程中,其异相形核功小于均相形核功,异相形核半径大于均相形核半径,并且形核功与形核半径变化曲线在1457K时均达峰值。呈球形形态的Al2O3夹杂在TiN析出之前就已经析出,并且尺寸较小的Al2O3将被推动至凝固前沿被TiN捕获并以此为核心析出长大最终形成Al2O3 TiN复合夹杂。     

高碳抗疲劳应力钢TiN夹杂物形成机理及控制研究

对高碳抗疲劳应力钢TiN夹杂物特点及其影响因素进行了分析,并结合热力学计算,对铸坯中TiN夹杂物析出行为进行分析和讨论,提出铸坯中TiN夹杂物为凝固过程中由于溶质元素选份结晶导致凝固前沿局部区域形成Ti和N元素的富集而析出形成。结合工业试验中TiN夹杂物特点和工艺控制水平,提出了相应的控制措施。     

含Ti不锈钢冶金工艺进展

围绕含Ti不锈钢冶金工艺的研究进展,从冶金物理化学基础、氧化物和TiN夹杂的形成与控制、凝固过程TiN复合核心和Ti元素对不锈钢铸件力学性能的影响等方面进行了总结和讨论。主要的研究进展为:含Ti不锈钢在冶炼过程生成的Al₂O₃、镁铝尖晶石、(MgO?Al₂O₃)_rich?CaO?TiO_x等高熔点氧化物夹杂是导致含钛不锈钢连铸水口堵塞的主要原因;优化的Al、Ca、Ti的添加方式和炉渣控制工艺是夹杂物减少和低熔点化的重要手段;TiN夹杂的析出、扩散长大和碰撞聚合的基本规律是关注的热点,钢液中大尺寸氧化物夹杂会促进TiN团簇的形成;通过严格控制凝固过程TiN或氧化物-TiN复合核心能够促进δ-Fe异质形核,提高连铸坯等轴晶率;固溶Ti元素能提高奥氏体或双相不锈钢中铁素体含量,提升不锈钢铸件的拉伸性能。      

Ti-IF钢凝固过程中TiN的析出机理和规律

结合冶金热力学和凝固偏析模型分析了Ti-IF钢凝固过程中TiN的析出特点.Ti-IF钢凝固前期钢液中TiN夹杂无法生成,固相中TiN源自低温固相析出;凝固固相分数达到0.64时,Ti、N组元在凝固前沿富集程度增加,凝固前沿固相中开始有TiN析出;凝固末期,Ti和N的富集程度进一步增大,固液相中均能有TiN析出.采用扫描电镜分析了TiN在铸坯中的分布,从铸坯表层到中心TiN数量和尺寸存在显著变化:从铸坯表层向中心方向TiN尺寸不断增大,平均尺寸从1-2μm增大到5μm,在距离表层70-80 mm处尺寸达到最大;在铸坯厚度中间位置,TiN尺寸较大,平均尺寸为5μm左右;在铸坯中心TiN尺寸又有所变小,平均尺寸为3μm左右;在铸坯表层TiN密集程度较高,在铸坯中间和中心TiN数量密集程度显著降低.IF钢铸坯中TiN析出时机及其尺寸和数量与Ti、N组元偏析和凝固冷却速度关系密切.      

钙处理钛合金化钢中TiN析出行为

采用扫描电镜/能谱仪表征高强度结构钢中夹杂物的特征,考察了钛合金化及钙处理对钢中夹杂物组成的影响,探讨了氧化物对TiN析出行为及其对微观组织的影响。结果表明,钛合金化后钢中的夹杂物多为球形或多边形的Al-Ti-Mg-O系,钙处理能有效球化钢中的夹杂物和还原夹杂物中的TiOx,还原的Ti逐渐向夹杂物表层扩散积聚,促进了TiN在复合氧化物表面局部析出。钢中细小氧化物及氮化物的数量随Ti含量增加而增加,因此,钙处理较高Ti含量钢有助于促进细小的复合氧化物+TiN夹杂物的形成,并延迟凝固过程中TiN均质形核时间,细化TiN颗粒的尺寸。2~3μm的TiN不仅能诱导多边形铁素体析出,也能诱导针状铁素体析出。TiN及MnS在复合氧化物表面局部析出有助于互锁的针状铁素体诱导析出。     

过共析帘线钢中Ti夹杂的析出热力学与形成机制

过共析帘线钢中析出的含Ti夹杂对钢丝拉拔性能产生有害影响,研究钢中Ti夹杂的析出行为对夹杂物性质控制以及钢材质量提高具有重要意义.考虑夹杂物析出对凝固前沿溶质浓度和温度影响下,基于传统Ohnaka模型建立了相应的耦合模型并以此计算了92级过共析帘线钢中TiN夹杂的析出热力学.结果表明,耦合模型条件下TiN夹杂的析出时间...     

帘线钢中Ti夹杂物研究

为完善Ti夹杂去除工艺以控制其生成和尺寸,采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪测定了80级帘线钢冶炼过程钢水样中Ti含量,发现平均Ti含量在电炉出钢→精炼→连铸工序呈先上升后下降趋势.TiN生成热力学、凝固偏析及长大动力学计算表明:在目前南钢80级帘线钢炼钢和连铸控制条件下,TiN只能在凝固率大于98%的两相区或固相区生成;凝固冷却速率越大,TiN析出尺寸越小;TiN析出尺寸为3～7μm,与实际金相样观察到的尺寸基本一致.     

Al、Ti处理对低合金钢焊接粗晶区组织的影响

研究了Al、Ti处理对低合金钢焊接粗晶区组织的影响.研究发现:用Al处理时,钢中形成的夹杂物为Al的氧化物和细小的TiN.Al的氧化物和TiN不能促进晶内铁素体的形成,焊接粗晶区主要由粗大的晶界铁素体和平行排列的侧板条铁素体组成.用Ti处理时,钢中形成大量的Al、Ti、Mg、Ca复合氧化物夹杂,其颗粒大小为0.5～3.0 μm,同时还有一定量细小的Ti的氮化物.复合Ti的氧化物具有促进晶内针状铁素体形核的能力,焊接粗晶区主要由晶界铁素体、少量的侧板条铁素体和大量的晶内针状铁素体组成.随焊接热循环高温保温时间增长,晶界铁素体粗大,侧板条铁素体数量减少.相变区的冷却速度减慢,晶界铁素体数量增多,针状铁素体的尺寸显著增大.     

含Ti齿轮钢中TiN夹杂析出热力学及其控制

为了控制试验钢中TiN夹杂的析出,对TiN生成反应进行了热力学分析。结果表明,钢液在液相线温度以上不会自发生成TiN夹杂,在钢液凝固过程中,由于Ti、N元素在凝固前沿的富集,使得TiN夹杂的生成反应得以进行。在实际生产当中,为了减少TiN夹杂在两相区内的析出,应在控制钢中Ti、N含量的基础上,再适当加强连铸二冷速率,使钢液快速通过两相区(1 728～1 878 K)。同时,根据Scheil方程计算得到,试验钢在凝固过程中不析出TiN夹杂的条件为将钢中的钛氮浓度积控制在7.04×10-5以下。     

GCr15轴承钢中TiN(C)析出行为热力学分析和研究

通过对TiN(C)生成热力学和动力学计算,分析研究了GCr15轴承钢(0.97％C、1.45％ Cr)凝固过程中TiN(C)夹杂的析出规律以及夹杂物长大的影响因素.研究表明,液相线温度以上,TiN不会析出,只有在液相线至固相线温度之间,当凝固百分数fs≥0.4～0.5,1694～1703 K时TiN析出;整个凝固过程中,TiC在凝固末端有少量析出,当fs≥0.87 ～0.92,1 633～1 643 K时,降低Ti、N含量能够显著降低TiN的析出温度和尺寸.冷却速率不会影响TiN的析出温度,但对夹杂长大也有较为明显的影响.控制析出TiN夹杂的条件为:[Ti]/％≤0.006、[N]/％≤0.004和较大冷却速率.     

轴承钢凝固过程TiN析出的研究

对轴承钢连铸坯中夹杂物进行了检测,发现铸坯中存在大尺寸的Ti N夹杂物。从热力学和动力学方面研究了凝固过程选分结晶对Ti N夹杂物析出的影响。热力学分析表明,液相线温度以上不会有Ti N析出;凝固过程由于凝固前沿Ti、N富集,当凝固率达到0.65~0.75后会有Ti N析出;降低Ti、N含量可推迟Ti N的析出,减小Ti N夹杂的尺寸和数量。动力学分析表明,随着冷却速度的降低,凝固过程Ti N夹杂物的尺寸显著降低,当冷速高于50K/s时,Ti N的理论半径为2.4μm,当冷速低于5 K/s时,Ti N的理论半径在7.6μm以上;完全凝固后铸坯冷却过程析出的Ti N为纳米级。实际铸坯表层未发现等效半径大于2.5μm的Ti N,1/4和中心处观察到的最大Ti N等效半径分别为6.77μm和8.46μm,这表明铸坯中大尺寸Ti N夹杂物是在凝固过程析出的。     

Ti、Nb微合金化Q345B钢板夹杂物和析出物分析

用电子探针和透射电镜对厚规格Ti、Nb微合金化Q345B钢板中夹杂物和析出物进行了观察分析,结果表明,Q345B钢板中的夹杂物主要是锰、钙的氧化物和硫化物以及它们的复合夹杂物,氧化物大多呈球状或椭球状,硫化物多数呈长条状;析出物主要是铌和钛及其化合物,钛主要以TiN的形式存在,呈方形或矩形;铌主要以尺寸较大的碳氮化物存在,以椭圆形为主,析出在奥氏体晶内、晶界上。     

取向硅钢连铸坯中夹杂物和析出相的形貌特征

通过多角度分析取向电工钢铸坯中夹杂物和析出相的形貌特征,得到了铸坯中典型夹杂物主要由氮化物和硫化物的复合夹杂物、硫化物、少量Al2O3和TiN所组成。经金相法可以推断出,铸坯中二维夹杂物主要为不规则的复合夹杂物,尺寸为1～2μm。试样经过硝酸酒精侵蚀后的夹杂物和析出相可以清晰看出Al-Cu-Ti-Mn-N-S复合夹杂物的不规则形貌和尺寸为1～2μm。采用电解法可以无损地展现出三维夹杂物和析出相,氮化物和硫化物的复合夹杂物主要是由Al-Cu-Ti-Mn-N-S组成,呈现边部圆润和锯齿状的不规则形状及花瓣状。硫化物主要是Mn-Cu-Ti-S,呈现矩形和圆片状。同时还有少量的四边形Al2O3和多边形TiN。     

耐蚀合金中TiN析出机制

摘要：TiN颗粒尺寸及其分布对耐蚀合金性能有明显的影响,因此有必要对TiN在铸坯中的分布及其析出行为进行研究。采用扫描电镜(SEM)、金相显微镜（OM）观察了TiN夹杂物在铸坯中的分布、尺寸及其形貌;基于热力学和动力学理论分析了耐蚀合金铸坯中TiN夹杂物的析出时机及其尺寸,结合试验结果和理论计算明确了TiN夹杂物在凝固后铸坯中的位置和尺寸与析出时机的关系,为控制TiN夹杂物提供理论指导。结果表明,冶炼过程中析出的TiN夹杂物尺寸较大,在凝固过程中被枝晶吞没,位于铸坯枝晶内和等轴晶内;微观偏析计算结果表明,在凝固分数为0.55时,TiN开始析出,最开始析出TiN夹杂物的逐渐长大,长大后的TiN易于被二次枝晶吞没,最终位于铸坯中的枝晶间和等轴晶内,后期析出的TiN则在枝晶间和等轴晶间。固相中析出的TiN夹杂物长大较慢,尺寸细小,最终位于奥氏体晶界。     

超低氧车轮钢中TiN夹杂析出的热力学分析及控制

通过对高速车轮钢中TiN夹杂物析出进行热力学分析,得到了车轮钢的液相线和固相线温度及1873K时Ti、N的活度.对TiN生成反应和钢中Ti、N溶度积进行了计算.结果表明:TiN只能在固相中生成,但在本车轮钢Ti、N含量下,固相中也没有TiN生成的条件,只有在钢液凝固前沿,由于Ti、N在两相区的富集,TiN夹杂物的生成反应得以进行.因此,在生产中,适当提高连铸二冷的冷却速率,使钢液快速凝固,减少凝固前沿Ti、N的富集时间,可减少纯TiN的析出.对本实验车轮钢中TiN夹杂的检测结果进行计算分析可知,在正常生产时铸坯冷却速率条件下,将钢中Ti的质量分数控制在3.5×10-5以下、N的质量分数控制在3.1×10-5以下,理论上可以消除TiN夹杂物的析出,改善车轮钢的疲劳性能,提高车轮的使用寿命.     

管线钢铸坯中硫化物特征及形成机理

 对管线钢铸坯中的硫化物特征进行了分析,并对其形成机理进行了讨论。发现从中间包钢液到铸坯,管线钢中夹杂物由低熔点的CaO Al2O3向CaS Al2O3类型转变,且夹杂物尺寸越小,在冷却过程中的转变越充分。根据形貌特征,含硫化物夹杂可分为以下几类,即硫化物在氧化物表面部分析出、硫化物半包裹氧化物、硫化物完全包裹氧化物、纯硫化物和在TiN上析出的硫化物。采用FactSage软件对冷却过程管线钢中的夹杂物转变进行了计算,发现随着温度的降低,液态钙铝酸盐夹杂物逐渐经历CaO·Al2O3→CaO·2Al2O3→CaO·6Al2O3→Al2O3的转变过程,同时CaS和MnS相也在冷却过程中析出,且MnS的析出温度低于CaS,这解释了铸坯中硫化物的特征和形成。     

帘线钢SWRH82A铸坯加热过程中钛夹杂的固溶

根据热力学和动力学理论,研究了过共析帘线钢SWRH82A铸坯中钛夹杂固溶的条件.研究表明:(1)当SWRH82A铸坯加热温度达到1 347 K时,奥氏体中TiN具备固溶的热力学条件;(2)当加热温度达到1 360 K时,Ti(C,N)夹杂将开始溶解;(3)在1 423~1 523 K的加热升温阶段,由于钛夹杂的分解并向奥氏体中扩散固溶,使得小颗粒钛夹杂逐渐消失,大颗粒钛夹杂尺寸变小;在铸坯高温加热后的冷却降温过程中,固溶在奥氏体深处的Ti和N会重新结合析出TiN夹杂,但缺少继续长大的动力学条件;固溶在残余钛夹杂周边奥氏体中的Ti和N会以残余钛夹杂为核心不断析出长大.     

430铁素体不锈钢中Ti_2O_3+TiN复合核心形成的热力学研究

通过理论分析Ti2O3、TiN在430铁素体不锈钢中的形成规律,提出了凝固前沿形成Ti2O3+TiN复合核心所需的Ti、Al、O和N含量.根据该成分要求,在真空感应炉中进行实验得到铸锭,制备金相试样在扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)上观察析出物的特征.通过SEM发现,析出物细小弥散分布,尺寸约为2μm.从形貌上看,它由两层组成,氮化钛围绕氧化钛析出.通过析出物的TEM衍射花样进一步确认,析出物的中心层为Ti2O3,外层为TiN.合理控制钢液成分,即使在较低钛含量时也可以形成Ti2O3+TiN的复合核心.