SWRS82B钢中稀土元素对氧化铝改性的晶体学

 为了深入研究与控制SWRS82B钢中氧化铝夹杂,针对添加稀土元素铈研究其对氧化铝的改性问题,通过热力学以及边-边匹配模型对稀土夹杂物的析出条件和Al₂O₃与稀土氧(硫)化物之间、γ-Fe和稀土氧(硫)化物之间的原子间错配度进行计算,探究稀土铈夹杂物作为Al₂O₃和γ-Fe异质形核的有效性,进而证明稀土铈元素对B类氧化铝夹杂物改性的有效性,提高钢材性能。计算结果表明,在0~2 000 K的温度区间上,生成CeAlO₃夹杂物反应的吉布斯自由能最低,且在同等条件下铈氧(硫)化物生成的可能性偏低,稀土铈氧(硫)化物可以作为Al₂O₃异质形核的核心,且稀土铈氧(硫)化物可以作为γ-Fe异质形核的核心;Al₂O₃可在稀土铈氧(硫)化物上有效形核,且Al₂O₃优先在Ce₂O₂S上发生异质形核;γ-Fe可在Al₂O₃和稀土铈氧(硫)化物上有效形核,且γ-Fe优先在Al₂O₃上发生异质形核,使得形状不规则的氧化铝夹杂物转变为近球形的铈铝酸盐夹杂,揭示SWRS82B钢中非金属夹杂物的变性机理,为提高SWRS82B钢中脆性夹杂物转变为塑性夹杂物处理的实际效果提供理论依据。     

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...     

稀土处理对高牌号无取向硅钢中夹杂物的影响

通过工业试验研究了不同稀土含量对高牌号无取向硅钢中夹杂物的影响。研究结果表明,当稀土质量分数为0.002 1%时,稀土元素主要形成(La, Ce)AlO₃夹杂物,从而进行脱氧、变质钢中Al₂O₃夹杂物;随着钢中稀土含量的增加,稀土主要形成以(La, Ce)AlO₃-(La, Ce)₂O₂S类和(La, Ce)₂O₂S类稀土夹杂物,主要降低了钢中硫化物的析出量,但是此时生成的稀土夹杂物对钢中大量温降过程析出和二次氧化产生的Al₂O₃类夹杂物的改性作用较弱,这导致稀土含量高时钢中Al₂O₃夹杂物的数密度明显增加。此外,夹杂物长宽比的统计结果表明,稀土处理使铸坯中夹杂物发生明显球化,但在随后的热轧工序中,常规处理与稀土处理的热轧板中夹杂物的平均长宽比差异较小。即在工业生产实际中,稀土处理对成品组织中的夹杂物的长宽比影响很小,影响夹杂...     

稀土处理无取向电工钢中非金属夹杂物的演变

使用自动扫描电镜分析了镧铈混合稀土处理无取向电工钢生产全流程钢中夹杂物的形貌、数量和尺寸,采用ICP-MS测量了各个阶段钢中的总镧（TLa）和总铈（TCe）的含量。通过分析可知,在加入稀土前,钢中的氧化物夹杂主要为镁铝尖晶石;加入稀土后,钢中的夹杂物被改性为（RE）₂O₂S、（RE）AlO₃以及它们的复合夹杂物,此外还有少量的（RE）S。随着钢中TLa质量分数从1×10^-6增加到10×10^-6, TCe质量分数从5×10^-6增加到18×10^-6,夹杂物的改性规律为：Al₂O₃·MgO→（RE）AlO₃→（RE）₂O₂S、（RE）AlO₃双相夹杂物→（RE）₂O₂S→（RE）S。随着冶炼过程中钢中稀土含量的减少,（RE）₂O₂     

稀土钇处理对铁路辙叉用高锰钢中夹杂物的改性

高锰钢辙叉是铁路运输系统的关键部件，对铁路安全运行具有重要影响。钢中夹杂物严重影响钢的性能，稀土改性夹杂物是控制夹杂物的有效手段。基于热力学和第一性原理计算以及试验研究，系统分析了铁路辙叉用高锰钢稀土处理前后夹杂物的演变及其对钢性能的影响。热力学计算结果表明，未添加稀土Y时，高锰钢中主要的夹杂物为MnS和Al₂O₃;添加稀土Y后，高锰钢中的MnS和Al₂O₃转变为Y₂S₃、YS、YAlO₃、Y₂O₃和Y₂O₂S;当Y质量分数为0.03%时，夹杂物全部转变为稀土夹杂物。第一性原理计算结果表明，高锰钢中夹杂物形成并稳定存在的顺序为Y₂O₃>YAlO₃>Y₂O₂S>Al₂O₃>Y...     

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...     

GCr15轴承钢连铸过程MgO·Al2O3夹杂物形成机理

为了研究GCr15轴承钢浇铸过程MgO·Al₂O₃夹杂物形成原因，以改善钢的可浇性，对LF结束、RH结束、中间包冲击区、中间包浇铸区进行夹杂物全流程分析。LF结束夹杂物主要为镁铝尖晶石，并含有少量钙铝酸盐夹杂物。RH真空处理后镁铝尖晶石夹杂物被高效化去除，钢液中仅剩少量低熔点和高熔点钙铝酸盐夹杂物，中间包浇铸时可以在钢液中检测到许多MgO·Al₂O₃夹杂物。采用不含氧化镁的中间包覆盖剂和铝质中间包内衬，在不改变连铸其他工艺参数条件下，中间包MgO·Al₂O₃夹杂物数量并没有得到显著降低，中间包钢液中仍然可以检测到许多MgO·Al₂O₃夹杂物，这说明中间包钢-渣-耐火材料间的反应并不是MgO·Al₂O₃夹杂物的生成原因。向铁质提桶取样器中加入成分以SiO₂、Cr₂O₃、Fe₂O     

含钇E36船板钢夹杂物改性

为了研究钇对E36船板钢中夹杂物成分和形貌的影响,对钇处理后E36船板钢中典型夹杂物进行热力学计算,并通过扫描电镜及能谱仪对钇处理前后E36船板钢中夹杂物进行检测分析,观察典型夹杂物形态和尺寸。结果表明,未添加稀土钇的E36船板钢主要为长条状MnS夹杂物;添加稀土钇后,钢中夹杂物主要为球状或类球状的含钇复合夹杂物。当钢中钇质量分数为0.007 8%时,夹杂物主要为球状或类球状的Y₂O₂S夹杂物和Y₂O₃夹杂物;当钢中钇质量分数增加至0.037 7%时,夹杂物改性为球状或类球状Y₂O₂S夹杂物、YS夹杂物和Y₂O₃夹杂物。     

Al脱氧钢中氧化物对MnS析出的影响

使用10 kg真空感应炉Al脱氧冶炼较高S含量超低氧高强度钢,钢中T[O]降到0.0010%,S的质量分数为0.0190%.采用ASPEX explorer全自动扫描电镜对钢中非金属夹杂物进行检测,发现98%非金属夹杂物都是弥散分布的MnS和MnS+Al₂O₃复合夹杂物.MnS夹杂物棱角分明,从形貌特征来看应属于第Ⅲ类硫化物.MnS+Al₂O₃复合夹杂物以Al₂O₃为核心,外层包裹MnS,其数量约占9%~32%;作为核心的Al₂O₃平均直径为1.5μm.其生成过程可描述为:凝固过程中,小尺寸Al₂O₃被推至固液两相区,而选分结晶作用使得钢中的Mn和S在凝固前沿富集,并以Al₂O₃作为异质形核质点析出MnS夹杂物.对凝固过程中Al₂O₃的推动和捕获行为进行了相关计算.计算结果表明:直径小于4μm的Al₂O₃可被推动,并作为MnS的异质形核质点.      

脱氧剂对M50NiL钢中非金属夹杂物的影响

在航空发动机用轴承钢M50NiL的真空冶炼过程中使用不同脱氧剂进行脱氧，重点研究了不同脱氧剂类型对钢中夹杂物形貌、类型、尺寸及数量密度的影响。结果表明，未添加脱氧剂时，钢中夹杂物主要为Al₂O₃和铝镁尖晶石；使用Al-RE作为脱氧剂后，钢中夹杂物的主要类型为稀土夹杂物；而使用Al-RE-Si-Mn作为脱氧剂后，钢中夹杂物类型、尺寸及分布特征与Al-RE脱氧剂基本相当。稀土元素的加入能明显改善钢中夹杂物的类型及形貌，使主要夹杂物类型由带有棱角且形状不规则的富Al₂O₃型夹杂物转变为近球形的稀土夹杂物，同时降低了钢中夹杂物的最大尺寸,以及大尺寸的Al₂O₃夹杂物数量，但过量的稀土使得钢中出现了稀土夹杂物的团聚。     

二次氧化过程IF钢中间包中夹杂物演变行为

 为了研究中间包二次氧化对IF钢洁净度的影响,针对中间包连铸过程不同时刻IF 钢钢液成分和夹杂物的性质进行系统的检测分析,结合热力学计算,揭示IF钢二次氧化过程中夹杂物的演变机理。发现开浇过程中的二次氧化主要是由于吸收空气造成的,使得夹杂物中的Al₂O₃夹杂物质量分数增加。这些增加的Al₂O₃一部分是均质形核导致钢中生成了更多小尺寸的Al₂O₃夹杂物;另一部分是非均质形核导致原来的Al₂O₃-TiO_x复合夹杂物表面形成了一层纯的Al₂O₃层,同时使得夹杂物尺寸变大。     

镁处理对45钢中夹杂物的改质效果

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、非水溶液原位电解方法对比分析了镁处理(0.0006％ Mg)和钙处理(0.0010％ Ca)45钢中夹杂物类型、尺寸、分布及形态变化.研究表明,相对于传统的钙处理工艺,45钢中加入一定量的镁后,钢中的Al2O3转变为细小弥散的MgO·Al2 O3,MnS在凝固末期以MgO·Al2O3为形...     

稀土-镁复合处理对GCr15轴承钢中夹杂物的影响

为了尽可能的去除钢中大颗粒的夹杂物, 在实验条件下通过向GCr15轴承钢中添加适量镁、稀土对夹杂物进行改性, 并利用Aspex夹杂物自动分析仪和扫描电镜对钢中改性后的夹杂物尺寸、类型、形貌等进行了观察、分析, 研究了稀土-镁复合处理对夹杂物的影响规律.研究结果表明, 对轴承钢中加入微量镁处理, 可将未进行镁处理钢中的MnS-Al₂O₃、MnS、Al₂O₃夹杂改性为以含硫、镁复合夹杂物为主, 同时包含少量Al₂O₃、镁铝尖晶石夹杂.进一步采用稀土-镁复合处理后, 钢中的夹杂物转变为主要以含Re-S-O夹杂物为主, Al₂O₃、MnS、镁铝尖晶石夹杂逐步消失, 且夹杂物成球状分布, 绝大多数夹杂物在5 μm以下.稀土-镁复合处理轴承钢后, 10 μm以上的大颗粒夹杂物大大降低, 钢中的夹杂物明显得到细化.钢中镁含量不变时, 随着稀土含量的增加, 大颗粒夹杂物比例明显下降.而在稀土含量相近的情况下, 增加钢中的镁含量也有利于大颗粒夹杂物的去除.稀土-镁的相互作用进一步促进了夹杂物的细化.      

高洁净轴承钢中稀土变质夹杂物行为分析

为了阐明稀土变质高洁净轴承钢中夹杂物的行为,进而优化轴承钢的稀土处理过程,通过向高洁净轴承钢中加入高纯稀土的方法,借助SEM、EDS和EPMA等观察和分析手段,重点对不同稀土含量轴承钢中夹杂物类型和析出行为进行表征和分析。研究结果表明,在不完全变质条件下,微量稀土能够优先变质钢中长条状MnS为RE₃S₄颗粒,RE₃S₄可在冶炼时独立析出或以Al₂O₃为核心析出,也能在凝固时与MnS以RE₃S₄·yMnS (y<1)复杂夹杂物的形式共同在Al₂O₃基底上形成。随着稀土含量的增加,在完全变质条件下,稀土元素与夹杂物的形成元素的结合序列依次为O、S、As、P和C,夹杂物类型演化序列为RE₂O₃、RE₂O₂S、RES、RE-S-As、RE-As(-P)/RE-O-As(-P)、RE-P-C/RE-O-P(-C)和RE-O-C。     

中高碳铝镇静钢形成MnS塑性夹杂的工艺开发与实践

 为提高中高碳钢产品的抗疲劳性能,利用中高碳钢的成分特点,研究开发了中高碳铝镇静钢中MnS以Al₂O₃为形核质点的非均质形核工艺,将钢中Al₂O₃脆性夹杂用塑性MnS包裹,解决了疲劳应力钢因脆性非金属夹杂引起的疲劳断裂问题。通过对微细、弥散Al₂O₃夹杂生成条件、MnS非均质形核析出热力学条件的研究,开展了钢中关键元素的成分设计、精炼及连铸集成工艺的设计与开发。工业实践表明,低活度氧条件下进行铝终脱氧可以形成3～5 μm微细弥散的Al₂O₃夹杂,并作为非均质形核的核心在二次枝晶晶间的凝固末端析出弥散、细小的粒状MnS;通过梯度脱氧、真空碳脱氧以及保护浇铸等操作可以有效稳定控制钢中全氧含量,提高钢水洁净度,成品T[O]质量分数平均为0.000 618%,较原工艺的0.000 739%降低了16%;成品的夹杂物中MnS及MnS包裹Al₂O₃夹杂所占比例大于96%,与世界领先产品的夹杂物控制水平相当,考虑到产品使用过程中Al₂O₃夹杂外部的MnS包裹层必须足够厚,塑性夹杂才能起作用,建立了MnS “有效包裹率” 的概念,当硬相夹杂物被MnS包裹且硬相夹杂物的最大半径不大于MnS包裹部位半径的1/2时,认为MnS对硬相夹杂物实现了“有效包裹”;MnS塑性夹杂工艺可明显提高材料的疲劳性能,成品的平均断裂韧性为83.47 MPa·m1/2,较原工艺的67.31 MPa·m1/2提高了24%。     

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.      

Fe-20Cr-5Al不锈钢加稀土元素La合金化工艺对La收得率的影响

研究了50kg真空感应炉+电渣重熔工艺冶炼Fe-20Cr-5Al不锈钢(/%:0.004~0.006C,0.18Si,0.08Mn,20.25~20.28Cr,5.06~5.17Al)时的加La合金化方法对La回收率的影响。结果表明,采用真空感应炉熔炼(VIF)Fe-20Cr-5Al母合金+稀土氧化物La₂O₃(/%:50CaF₂-20CaO-30La₂O₃)电渣重熔(ESR)La合金化时,钢中La的平均含量为0.003%,加稀土氧化物电渣重熔La合金化不明显;真空感应炉母合金La合金化(含0.38%La)+70%CaF₂-30%Al₂O₃电渣重熔后钢中平均La含量为0.066%;真空感应炉母合金La合金化(含0.34%La)+50%CaF₂-20%CaO-30%La₂O₃电渣重熔后钢中平均La含量为0.032%,说明含La母合金在电渣重熔过程La烧损较大,但30%Al₂O₃较30%La₂O₃更有利降低母合金在电渣重熔过程中La的烧损。     

Al2O3La2O3Y2O3/Cu复合材料的电弧侵蚀特性研究

采用喷射沉积和内氧化法制备出Al₂O₃La₂O₃Y₂O₃/Cu复合材料,研究该材料在直流20 V/20 A的工作条件下触点的电弧侵蚀特性,并与Al₂O₃/Cu材料进行了对比分析.利用电子天平、扫描电镜等方法分析电弧侵蚀后触点的质量变化和表面微观结构.结果表明,通过添加Y₂O₃、La₂O₃稀土氧化物颗粒,可有效降低触头材料的材料转移量.Al₂O₃La₂O₃Y₂O₃/Cu材料的抗熔焊性和抗烧损性优于Al₂O₃/Cu材料的性能.在直流阻性负载条件下Al₂O₃La₂O₃Y₂O₃/Cu阳极触头表面形成凹坑,阴极触头表面形成凸起,触点表面显示出浆糊状凝固物和喷发坑等电弧侵蚀形貌特征.