H13钢中Mg-Al-O系夹杂物的形成机理及控制

 通过对保护气氛电渣重熔工艺和普通电渣重熔工艺H13钢的锻材成分、氧化物夹杂的组成分析,研究了电渣重熔工艺H13钢中Mg-Al-O系夹杂物的形成机理及控制问题,并通过Factsage软件对Mg-Al-O系夹杂物的各优势区进行了理论计算。结果表明,保护气氛电渣重熔工艺中氧质量分数较低,仅为0.001 5%,氧化物夹杂主要是MgO·Al2O3,1～3 μm的小尺寸占比达到了62.5%;普通电渣重熔工艺中氧质量分数较高,达到了0.002 4%,Mg-Al-O系夹杂物以72.5%Al2O3＋27.5%MgO·Al2O3为主,含有4%的5～8 μm大尺寸夹杂物,1～3 μm小尺寸占比仅为37.8%,尺寸偏大。钢液中镁、氧质量分数的变化对MgO·Al2O3的优势区域影响较大,高镁、低氧有利于MgO·Al2O3生成,减小H13钢中氧化物夹杂尺寸。但MgO·Al2O3会作为大尺寸碳氮化物(Ti,Nb,V)(C,N)异质形核核心,后期对此问题还要做进一步研究。     

稀土铈对钢中含钛夹杂物析出行为的研究

应用热力学计算软件Factsage7.0在800～1 600℃温度范围内计算了含钛夹杂物、稀土对含钛夹杂物的析出情况,并采用扫描电镜及其能谱观察和分析了不添加稀土、添加稀土的钢中含钛夹杂物尺寸、形貌变化。热力学计算与扫描电镜结果表明:添加稀土元素Ce后可以减少钢中有害元素O、S含量,钢中Ti_4C_2S_2、Ti_3O_5析出量减少,有效Ti含量增加,细小弥散的Ti(C,N)析出量增多,稀土Ce能够有效的变质钢中大尺寸,具有坚硬性棱角的TiC-AlO_3复合夹杂,将其转变为尺寸相对较小,形状为椭圆形TiC-CeAlO_3夹杂,在一定程度上减少了因其形状对钢产生的有害作用,通过对夹杂物分析比较可得,钢中添加适量稀土可以提高钢的性能。     

含硫易切削钢夹杂物控制试验研究

通过高温试验研究了钙处理和镁处理对含硫易切削钢中夹杂物的控制效果。钙处理后钢中夹杂物为CaAl-O+(Ca,Mn)S复合夹杂物、(Ca,Mn)S以及Mn S夹杂物;镁处理后钢中夹杂物为Mg Al2O4+(Mg,Mn)S、Al2O3+Mn S复合夹杂物、(Mg,Mn)S以及Mn S夹杂物。钙处理和镁处理后钢中的复合夹杂物所占比例分别为0.67%和3.57%。镁处理后钢中Ⅱ类Mn S夹杂物明显减少,91.7%的夹杂物尺寸小于3μm,纺锤率达到72.5%,其对夹杂物的控制效果优于钙处理。     

铈对IF钢全流程夹杂物的转变机理研究

通过工业试验,在IF钢冶炼过程RH阶段中添加铈铁合金,以改善汽车板钢的综合性能。对试验结果进行工业取样,通过SEM-EDS电镜、ASPEX夹杂物自动扫面、XRD以及热力学计算对冶炼全流程稀土型夹杂物类型、尺寸以及显微组织进行系统分析。结果表明从RH到铸坯再到轧材,稀土Ce会对Al2O3以及MnS等夹杂物进行变性,优先生成Ce2O3、Ce2O2S、CeO2等稀土型夹杂物,稀土类夹杂物从Al-O-Ce类逐渐转变为Al-O-Ce、Ce-O-S、Al-O-Ce-S类夹杂物,形状趋于球形和椭球形,尺寸在5μm以下。     

钇基稀土处理对E36铸坯夹杂物的影响

为了控制钢液中夹杂物的形态,确定稀土Y和Ce与O、S反应的先后顺序及稀土夹杂物的形成规律,对E36船板钢稀土变性夹杂进行了热力学计算和试验研究,运用扫描电镜及能谱仪观察分析了E36铸坯中典型夹杂物。实践结果表明:Ce与Y相比要优先与O、S反应;稀土夹杂物形成的顺序为Re2O3、Re2O2S、Re2S3;生成的稀土复合夹杂物尺寸以15、50μm为主,相比未加稀土的夹杂物减少了20~55μm,并且呈规则球状。稀土氧化物多位于铸坯上1/4,稀土硫氧化物多位于铸坯的1/2处;稀土能改善夹杂物的形态、尺寸,对改善钢的性能非常有利。     

Ce含量对H13钢中稀土夹杂物析出行为的影响

为了更好地研究Ce含量对H13钢中稀土夹杂物析出行为的影响,通过SEM、EDS和夹杂物自动分析系统观察和统计了稀土夹杂物的类型、形貌、数量及尺寸,并利用Factsage 8.0热力学软件计算了稀土夹杂物的析出过程和析出规律。结果表明,不同Ce含量下H13钢中稀土夹杂物的形貌与类型相同,主要为Ce-O、Ce-O-S和Ce-S三大类,尺寸以小于5μm为主,形貌以球形和类球形为主;Ce含量会显著影响稀土夹杂物的尺寸与数量,当Ce质量分数为0.031%时,稀土夹杂物的平均尺寸和数量密度分别降至2.32μm和48.4 mm~(-2),Ce含量过高反而会增加稀土夹杂物的平均尺寸和密度;不同Ce含量下,稀土夹杂物的析出规律相同,Ce-O和Ce-O-S主要在钢液中生成,Ce-S主要在凝固过程中析出,且Ce-O更多地位于晶界处;热力学计算结果表明,稀土夹杂物生成类型和数量受O含量影响。     

Ce含量对H13钢中稀土夹杂物析出行为的影响

摘要：为了更好地研究Ce含量对H13钢中稀土夹杂物析出行为的影响,通过SEM、EDS和夹杂物自动分析系统观察和统计了稀土夹杂物的类型、形貌、数量及尺寸,并利用Factsage 80热力学软件计算了稀土夹杂物的析出过程和析出规律。结果表明,不同Ce含量下H13钢中稀土夹杂物的形貌与类型相同,主要为Ce-O、Ce-O-S和Ce-S三大类,尺寸以小于5μm为主,形貌以球形和类球形为主;Ce含量会显著影响稀土夹杂物的尺寸与数量,当Ce质量分数为0.031%时,稀土夹杂物的平均尺寸和数量密度分别降至2.32μm和484mm-2,Ce含量过高反而会增加稀土夹杂物的平均尺寸和密度;不同Ce含量下,稀土夹杂物的析出规律相同,Ce-O和Ce-O-S主要在钢液中生成,Ce-S主要在凝固过程中析出,且Ce-O更多地位于晶界处;热力学计算结果表明,稀土夹杂物生成类型和数量受O含量影响。     

Q345精炼过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

Q345钢采用铝硅锰复合脱氧,在LF精炼过程中,钢—渣—夹杂物—耐火材料—合金—空气多元体系下夹杂物成分会发生转变。由于纯铁液脱氧热力学不能指导工业生产实践,且目前实际钢液的脱氧热力学没有系统化,需要进行深入研究。结合Factsage7. 0热力学计算,分析了Q345钢LF精炼脱氧、耐材侵蚀、钙处理等引起的钢液[Al]、[Si]、[Mg]、[Ca]含量变化对夹杂物成分的影响。转炉出钢采用铝硅锰复合脱氧,脱氧产物主要为Al2O3,随着钢中[Mg]含量上升,夹杂物由Al2O3转变为MgO·Al2O3尖晶石。钙处理会将夹杂物由MgO·Al2O3尖晶石转变为液态Ca-Al-Mg氧化物,但当喂钙过量时,夹杂物中CaO含量偏高,会影响夹杂物改性效果。利用Factsage7. 0热力学软件分析出的夹杂物成分与直接检测结果一致。     

稀土处理钢中晶内铁素体的形成及其对性能的影响

测定了稀土脱氧和铝稀土复合脱氧钢焊接热影响区(HAZ)的连续冷却转变曲线,分析了2种钢中的夹杂物种类及其HAZ的显微组织和常温冲击韧性。得到如下结论:稀土脱氧使钢中主要夹杂物从Mn S转变为RE2O2S+Mn S,而铝稀土复合脱氧钢中夹杂物主要是Ce Al O3+Ce2S3+Mn S。稀土脱氧钢HAZ中能获得晶内铁素体的冷速较宽,约为0.5~7.5℃/s。铝稀土复合脱氧钢HAZ获得晶内铁素体组织较稀土脱氧钢要困难一些,适合晶内铁素体形成的冷速变窄为1~3℃/s,HAZ中晶内铁素体的含量明显低于稀土处理钢,Al脱氧弱化了稀土处理对钢HAZ组织的改善作用。焊接热输入线能量为100 k J/cm时,稀土脱氧能够明显改善钢HAZ的室温冲击韧性。     

国内外23CrNi3Mo钎具钢洁净度的差异

通过国内外23CrNi3Mo钎具钢的洁净度对比，找出在冶金环节上与国外钎具钢的差距，并对国外钎具钢中夹杂物的生成机理进行了理论热力学计算。结果表明，国外钎具钢的洁净度较高，易偏析元素砷、磷等含量远低于国内钎具钢；夹杂物的类型主要以单独的Mg Al O类夹杂物和Mg Al O外包裹MnS类夹杂物为主，夹杂物的尺寸主要为0～3 μm；纵截面上MnS夹杂物具有很明显的拉长现象，且具有很好的熔断效果，宽度为1 μm左右，纵横比为3～6。国内钎具钢中夹杂物主要为单独的Mg Al O类夹杂物和Mg Al O外包裹(Ca,Mn)S类夹杂物，尺寸以3～6 μm为主；纵截面上，单独的(Ca,Mn)S沿轧制方向几乎不变形。热力学计算表明，MnS类夹杂物的两次析出是导致Mg Al O类夹杂物的包裹率达到70%、复合类夹杂物尺寸较小的主要原因。     

铈对Fe-28Mn-10Al-1C低密度钢中非金属夹杂物的影响

为了研究稀土铈对Fe-28Mn-10Al-1C低密度钢中非金属夹杂物的影响机理,通过扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）及Image J软件对比分析了稀土处理前后夹杂物的形貌、成分、尺寸和数量,并基于热力学计算阐明了稀土铈对夹杂物的改性机理。研究结果表明,低密度钢中典型夹杂物为AlN和AlN-MnS复合夹杂物,钢中AlN夹杂物较多,尺寸较大,平均直径为3.64μm;向低密度钢中添加（质量分数）0.001 9%铈后,夹杂物以球状AlN-Ce2S3、AlN-Ce2S3-MnS、AlN-MnS复合夹杂物和单一AlN夹杂物为主,整体夹杂物数量最少,夹杂物平均直径及长宽比降低,平均直径为3.08μm;向低密度钢中添加（质量分数）0.013%铈后,夹杂物则以球状Ce2S3、附着态AlN-Ce2S3和单一AlN夹杂物为主,夹杂物数量异常升高,1～4μm夹杂物所占比例较大,平均直径为2.52μm。稀土处理可有效细化夹杂物尺寸并改善大尺寸氮化物和硫化物夹杂的形貌特征,未检测到单一MnS及Al2O3夹杂物。此外,通过FactStage 8.0热力学计算软件分析了稀土铈对Fe-28Mn-10Al-...     

稀土2Cr13不锈钢中夹杂物的热力学分析及试验研究

采用金相、扫描电镜和能谱等分析手段,研究了微量稀土元素Ce对2Cr13不锈钢中夹杂物的变质作用,并对稀土夹杂物的形成进行了热力学分析和计算。研究结果表明:稀土元素Ce能有效地变质夹杂物Al2O3和MnS,其变质产物主要为球形的Ce2O2S和CeS。     

镁处理对低碳微合金钢中夹杂物和凝固组织的影响

以低碳微合金钢HR60为研究对象,探讨了镁处理对钢中夹杂物变性以及凝固组织的改善作用。研究得到如下结论:镁处理对车轮钢中Al_2O_3具有显著的变质作用,当钢中Mg质量分数为0.002 6%时,夹杂物变质充分,基准钢中Al_2O_3+Mn S夹杂物变质为Mg O·Al_2O_3+Mn S或Mg O·Al_2O_3+Mn S+(Ti,Nb)(C,N)夹杂物;镁处理后钢中夹杂物平均粒径减小,数量显著增多,尺寸小于2μm的夹杂物数量占60%以上,细小夹杂物在钢中呈弥散分布;试验钢经过镁处理后,铸态组织由"多边形铁素体+珠光体"演变为"多边形铁素体+珠光体+针状铁素体"混合组织,针状组织在一定程度上细化了凝固组织;理论计算表明,降低钢液与夹杂物之间的界面能,减小夹杂物与钢液之间的润湿角(θ),是镁处理钢中夹杂物细化的重要原因。     

稀土及热处理对GCr15轴承钢中夹杂物特征的影响

为降低夹杂物对轴承钢疲劳性能的危害,比较研究了稀土Ce及热处理对GCr15轴承钢中夹杂物的改性行为。研究发现：稀土处理使钢中夹杂物球化、平均尺寸降低,有助于降低铝脱氧轴承钢中夹杂物的危害;热处理(1 250℃)同样可以球化、细化钢中的夹杂物,夹杂物的平均尺寸、长宽比、面积分数随热处理时间(0～330 min)的增加均呈下降的趋势,继续延长热处理时间(330～510 min),铝脱氧轴承钢中大尺寸夹杂物比例增加,稀土轴承钢中球状Ce-Al-O-S均质夹杂转变为富Al相和富Ce相的非均质夹杂,对轴承钢疲劳性能危害大。在该研究条件下,铝脱氧轴承钢及稀土轴承钢热处理330 min时夹杂物特征最优。     

含钛夹杂在X120钢中析出及对铁素体形核的诱导

运用热力学计算了X120管线钢含钛夹杂物在钢液中的析出条件,以X120管线钢钛的目标成分ω(Ti)=0.015％计算,当ω(Al)=0.000 35％～0.003 30％时,生成Al2 O3·TiO2; ω(Al)＞0.003 30％时,则有Al2O3生成;要生成纯的MgO夹杂,钢中ω(Mg)＞1.62×1013;ω(Mg)=0.0008％就可以生成2MgO·TiO2复合夹杂;X120管线钢没有纯的MgO夹杂,X120管线钢中会生成2MgO·Ti2O3、MgO·Al2O3、SiO2、Al2O3、Ti2O3、MnO等脱氧产物,这些脱氧产物还会和硫化物一起形成复合夹杂物.对夹杂物扫描电镜的观察与热力学计算的结果一致.在扫描电镜下观察了含钛夹杂物对铁素体的诱导,表明X120管线钢中含钛夹杂具有很好的诱导铁素体形核能力.     

Ce对IF钢显微组织和力学性能的影响

采用向IF钢中添加微量Ce元素的方法,研究不同Ce含量对IF钢组织和性能的影响。借助于金相显微镜、扫描电镜、能谱仪和万能拉伸试验机等检测手段,对添加Ce的IF钢的显微组织、夹杂物和力学性能进行了表征和分析。结果表明,IF钢中加入微量Ce可明显改善钢的显微组织,晶粒得到细化,且随着Ce含量的增加,分布更加均匀;同时钢中夹杂物得到变性,由原来多边形的Al2O3和TiN复合夹杂转变为椭球状或球状的含Al、Ti的稀土复合夹杂。钢中Ce含量达到0.0042%时,其抗拉强度、屈服强度、延伸率及洛氏硬度比未加Ce的IF钢分别提高了44%、37%、13%和59%。     

Al对稀土处理C-Mn钢连续冷却组织转变的影响

研究Al预脱氧对Ce处理钢夹杂物和显微组织的影响,利用热力学计算、带能谱的扫描电镜和DIL805A热膨胀仪检测进行了对比研究。得到如下结论:Ce处理后钢中的主要夹杂物从MnS转变为Ce2O2S+MnS,Al脱氧能使Ce处理钢中夹杂物转变为CeAlO3+Ce2S3+MnS。Ce处理C-Mn钢连续冷却过程有利于获得晶内铁素体的冷速为2~8℃/s。Al脱氧能改变诱导晶内铁素体形核的核心夹杂物种类,诱导铁素体形核的能力降低,且Al能够使Ce处理钢连续冷却组织转变(CCT)曲线向左上方移动,促进铁素体在晶界形核,不利于Ce处理后晶内铁素体的形成。Al脱氧Ce处理C-Mn钢在冷速为2~5℃/s时,由于夹杂物核心成分的改变与Al合金化作用导致晶内铁素体含量较未用Al脱氧Ce处理钢少。     

超低碳钢中Al?Ti?O夹杂物的形貌演变和生成机理

对超低碳IF钢钛合金化后的非金属夹杂物进行了分析,研究发现钛合金化后的夹杂物主要为Al₂O₃和Al?Ti?O夹杂物,没有发现纯TiO_x夹杂物。钢中生成的Al?Ti?O复合夹杂物从形貌上均可分为七种类型,四种具有Al₂O₃外层,另外三种无Al₂O₃外层。钛合金化后,钢中瞬态生成了大量无Al₂O₃外层的Al?Ti?O夹杂物,随后夹杂物表面生成Al₂O₃外层,导致有Al₂O₃外层的Al?Ti?O夹杂物数量比例逐渐增加至78.0%。热力学计算结果表明,随着钢中钛含量的增加,夹杂物的转变顺序为固态Al₂O₃→液态Al?Ti?O→固态Ti₂O₃。确定了Al?Ti?O夹杂物的生成机理过程分为两步:精炼过程钛合金化后,当钢液局部区域的钛的质量分数高于0.42%时,[Ti]与钢液反应瞬态生成Al₂O₃?TiO_x或TiO_x;随着精炼过程中钛元素的混匀,含TiO_x夹杂物被钢中[Al]还原,Al₂O₃?TiO_x和TiO_x夹杂物逐渐转变,在夹杂物表面生成Al₂O₃。      

CSP工艺含铝无取向电工钢中夹杂物的演变和控制

 为了更好地控制CSP工艺下电工钢中的夹杂物,研究了涟钢CSP工艺含铝电工钢夹杂物在精炼连铸热轧过程中的演变机理。RH合金化后钢中夹杂物有Al2O3,Al2O3 SiO2和Al2O3 CaO CaS 主要3种,RH出站和中包钢液中的夹杂物主要是Al2O3 CaO CaS和少量单独的Al2O3和CaS夹杂。减少钢液中夹杂物的主要措施是降低RH出站前的顶渣氧化性。热轧卷材样中夹杂物与钢液中夹杂物不同,主要是AlN和MnS,夹杂物总量与氮、硫质量分数呈正相关,氮元素的影响最显著。     

GCr15轴承钢凝固过程组分变化对夹杂物析出的热力学研究

基于Fact Sage热力学软件的最小吉布斯自由能原理,研究了不同[Ca]、[Mg]、[Al]、[O]含量条件下GCr15轴承钢凝固过程中夹杂物的析出行为。结果表明:随着[Ca]含量由0.000 5%增加至0.004 5%,轴承钢中析出的夹杂物类型由Ca O·2Mg O·8Al_2O_3、Ca O·2Al_2O_3向2Ca O·Si O_2、Ca S转变,钢中夹杂物总质量分数由约0.004 5%增加到约0.009 4%。随着[Mg]含量从0.000 1%增加到0.000 9%,钢中析出的夹杂物由Ca O·Al_2O_3、2Ca O·Si O_2向Mg O·Al_2O_3和Ca S转变,钢中夹杂物总质量分数由约0.003 2%增加到约0.004 1%;[Al]含量由0.005%增加至0.05%时,钢中析出的夹杂物类型由2Ca O·Si O_2向Ca O·Al_2O_3、Ca O·2Al_2O_3转变,夹杂物总量由0.002 8%增加至0.003 3%,变化相对不明显;随着[O]含量由0.000 3%增加至0.002 1%,钢中析出的夹杂物类型由Ca S向Ca O·Al_2O_3、Ca O·2Al_2O_3转变,夹杂物析出量由0.002 4%增加到约0.005 1%。