钛稀土复合处理对C-Mn钢粗晶热影响区组织及韧性的影响

利用Gleeble-1500D热模拟机进行焊接热影响区热循环模拟实验,研究了在焊接热输入为65 kJ·cm^-1时稀土单独处理和钛稀土复合处理对C-Mn钢粗晶热影响区组织及冲击韧性的影响,并利用扫描电镜观察和分析了实验钢中的夹杂物和冲击断口形貌,利用光镜观察了热循环模拟后实验钢中的微观组织.实验结果表明:稀土单独处理和钛稀土复合处理的试样微观组织分别主要是晶界铁素体+块状铁素体+针状铁素体和晶界铁素体+晶内针状铁素体.经稀土单独处理的试样中夹杂物为La₂O₂S+锰铝硅酸盐+MnS复合夹杂;钛稀土复合处理的试样中的夹杂主要是La₂O₂S+TiO_x+锰铝硅酸盐+MnS复合夹杂.钛稀土复合处理钢中的复合夹杂更细小,有利于形成细小的晶内针状铁素体.钛稀土复合处理极大地改善了实验钢的焊接热影响区低温冲击韧性,比稀土单独处理对试样的冲击性能提升效果更好.     

Ti-Mg复合脱氧对钢热影响区组织和冲击性能的影响

利用Gleeble-1500热模拟试验机进行焊接热模拟实验,研究16Mn钢经微Ti和Ti-Mg处理后焊接热影响区组织及冲击性能的变化,并利用扫描电镜和能谱分析法观察和分析实验钢的夹杂与冲击断口形貌.Ti和Ti-Mg复合处理试样的热影响区显微组织分别主要是晶界块状铁素体+晶界侧板条铁素体和晶内针状铁素体+晶界块状铁素体.经Ti处理后钢中夹杂物主要为5μm左右的TiO_x+MnS复合夹杂,经Ti-Mg复合脱氧后钢中夹杂物主要为2μm左右Ti-Mg-O+MnS组成的复合夹杂,且后者明显细化了钢中夹杂物尺寸.Ti-Mg复合脱氧试样中存在大量细小夹杂颗粒,一方面可钉扎裂纹,另一方面诱导形成了使大量针状铁素体,大焊接热输入条件下Ti-Mg复合脱氧试样热影响区冲击韧性明显强于单独Ti处理的试样.     

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.     

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。     

钛-镁处理对低碳钢夹杂物和组织的影响

通过实验室对低碳钢进行钛-镁处理研究,利用BX51M金相显微镜观察钢的微观组织,以JSM-6510LV扫描电镜为平台,利用SEM-EDS研究钢中夹杂物的形貌、成分,探讨MnS的析出与贫锰区机制之间的内在关联性,澄清MnS在诱导形核现象中的作用。结果表明:经过钛-镁处理后,钢的晶粒得到明显细化; Ti-Mg-Al复合夹杂物能够通过诱导晶内铁素体形核细化晶粒; MnS的存在与晶内铁素体的形成之间没有直接联系。     

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。     

20MnSi中夹杂物对针状铁素体形成的影响

 通过热模拟试验对20MnSi连续冷却过程中的相变规律进行了测定,通过电石、硅钙线脱氧及热处理得到了含有晶内针状铁素体试样,利用显微硬度仪对针状铁素体聚集区进行了显微硬度的测定,利用光学显微镜对晶内针状铁素体进行了形貌观察,利用扫描电镜和能谱仪对诱导针状铁素体生成的夹杂物的性质进行了分析。结果表明,20MnSi中可以形成晶内针状铁素体的冷却速度范围为5～20 ℃/s;能够诱发针状铁素体组织形核的夹杂物主要为MnS夹杂,其次为MnO·SiO2和MnS·SiO2夹杂,并且3类夹杂物的尺寸主要在小于3 μm的区间内;MnS夹杂促进针状铁素体形核是由应力-应变能和惰性界面能等原因共同造成的;高温加热和等温保温有利于使贫锰区减弱或消失,不利于针状铁素体的形成;高熔点夹杂物有利于诱导针状铁素体的形核,复合夹杂物和镶嵌存在的夹杂物可以为针状铁素体的形核提供多个合适的形核区,有利于促进多个针状铁素体的同时形核、长大。     

奥氏体化温度对Ti–Zr处理钢中针状铁素体转变的影响

Ti、Zr的复合氧化物可以有效诱导针状铁素体形核,从而细化晶粒。为了研究Ti–Zr处理钢中针状铁素体转变机理,使用25 kg真空感应炉中熔炼试验所需钢种,向低合金钢中添加了质量分数为0.038%钛和0.008%锆。利用高温激光共聚焦显微镜原位观察了奥氏体化温度对针状铁素体转变行为的变化,使用扫描电镜观察了Ti–Zr处理钢种的夹杂物成分和针状铁素体在夹杂物表面形核,使用光学显微镜观察不同奥氏体化温度下的微观组织变化差异。结果表明,随着奥氏体化温度从1250 ℃增加至1400 ℃,奥氏体晶粒尺寸从125.6 μm 增加至279.8 μm,针状铁素体开始转变温度和侧板条铁素体开始转变温度先增加,在1350 ℃条件下达到最大值,后又降低,针状铁素体的体积分数由39.6%增加至83.6%;Ti–Zr处理钢中核心为Zr–Ti–O,外部为Al–Ti–Zr–O的氧化物为核心表面析出MnS的复合氧化物主要集中在1.5～3 μm,可以有效促进针状铁素体形核,贫Mn区和夹杂物与铁素体之间的良好晶格关系为该型夹杂物能够促进针状铁素体形核机理。奥氏体晶粒尺寸的增加导致多边形铁素形核位点的减少和针状铁素体的形核空间的增加,钛锆复合处理形成大量的有效诱发针状铁素体形核的夹杂物,这共同导致了针状铁素体体积分数增加。      

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。     

稀土处理钢中夹杂物对晶内针状铁素体形成的影响

分析了稀土处理钢中夹杂物的特征(夹杂物种类、尺寸分布和体积分数)对微观组织中针状铁素体形成的影响.结果表明,钢中夹杂物种类和体积分数对针状铁素体组织的形成非常重要.稀土氧化物(包含稀土氧硫化物)与铁素体具有低至1.9%的错配度降低针状铁素体在夹杂物表面的形核能垒,从而促使它在稀土氧化物上形核.反之,稀土硫化物与铁素体具有高达42.5%的错配度不能诱导生成针状铁素体组织.此外,微观组织中针状铁素体的体积分数随着夹杂物体积分数的增加而增大,当钢中夹杂物体积分数是9.5×10^-4时其体积分数达到53%.     

Ce和退火对U75V钢中MnS夹杂物的影响

摘要：以U75V重轨钢为实验钢种,分别研究了热处理、稀土处理及二者共同处理对钢中MnS夹杂物的影响。结果表明：原始U75V钢中主要有3类夹杂物,即纯MnS、Al2O3-SiO2-CaO-MnO复合夹杂和MnS半包裹的Al2O3-SiO2-CaO复合夹杂,其平均长宽比为3.3,平均尺寸为4.5μm。经加热至1200℃保温2h再水冷后,钢中夹杂物的种类和成分没发生变化,但是球化作用显著,平均长宽比降为1.3,降低了约61%,平均尺寸也有所减少,减少了约25%;添加微量稀土Ce后,夹杂物种类和成分均复杂化,除了纯MnS以外,还发现了另外3种不同形态的含Ce夹杂物。与原始U75V相比,添加Ce后,夹杂物球化作用与退火处理效果相当,平均长宽比降为1.4,降低了约58%,但是对平均尺寸减小作用甚微,只减小了9%;进一步地,对添加Ce后的实验钢进行1200℃保温2h再水冷,夹杂物球化率没有变化,即平均长宽比仍为1.4。但是夹杂物平均尺寸进一步减小,与原始U75V钢相比,减小了1.4μm（约31%）。与单一添加稀土Ce的钢相比,夹杂物平均尺寸也减小了1μm（约24%）。仅就夹杂物球化率即降低长宽比来说,退火和添加稀土2种处理方式的效果相同,考虑其节能环保因素,后者更具明显优势。另一方面,从夹杂物细化方面来说,单一添加稀土Ce在本实验条件下效果不明显,要想使夹杂物尺寸更小,需要添加Ce结合热处理对U75V钢进行综合处理。     

Ti脱氧钢含Ti复合夹杂物诱导晶内针状铁素体的原位观察

研究了夹杂物对Mg脱氧钢焊接热影响区（HAZ）组织及冲击韧性的影响。研究结果表明,MgO–MnS复合夹杂物形貌随着Al的添加发生显著变化。当Al质量分数为0.001%时,由中心单一MgO粒子与外围MnS相组成;当Al质量分数为0.020%时,其形貌为夹杂物中多个细小的MgO粒子嵌入MnS相中。前者可诱发晶内针状铁素体（IAF）形核,而后者不具备该能力,故HAZ中主要晶内组织分别为塑性IAF、脆性侧板条铁素体。因此,未添加Al钢的400 kJ·cm⁻¹大线能量焊接HAZ韧性优于添加Al钢。     

含钛低碳钢晶内铁素体形核机制研究

对含钛低碳钢的晶内铁素体（IGF）的形核机理进行研究,结果表明：含钛低碳钢中IGF的形核核心主要是外层包裹着MnS的Ti2O3复合夹杂物粒子,IGF形核过程是由应变诱导机制和贫Mn区机制的共同作用完成。     

钛处理对EH36船板钢中夹杂物及组织特征影响

 为了研究结晶器喂钛线对EH36船板钢中夹杂物的影响,采用无水有机溶液电解分离提取钢中夹杂物,结合扫描电镜和能谱仪分析其三维形貌,尺寸和成分。试验结果表明,在结晶器喂钛线后,钢中硅铝酸钙夹杂物+外包裹MnS转变为硅铝酸钙钛+MnS夹杂物,三维表面从光滑转变为粗糙多孔的形貌。在焊接热模拟后的试样中,组织形貌从未加钛试样中的晶界铁素体和侧板条铁素体转变为钛处理试样中的针状铁素体,且夹杂物周围铁素体从块状转变为针状,韧性提高了70 J。通过热力学理论计算,分析船板钢中含钛氧化物夹杂物形成条件。计算结果表明,钛、铝与氧反应生成氧化物的过程存在竞争关系,当钢中钛质量分数为0.02%时,钢液中应严格控制铝质量分数不高于0.003 5%,才能保证钢液中大量生成含钛氧化物粒子。     

镁处理对船体钢组织细化作用的高温原位分析

 船体钢经镁处理后其焊接热影响区性能显著提升。为进一步弄清镁的作用机制,采用高温激光共聚焦显微镜原位观察传统船体钢和镁处理船体钢在升降温过程中显微组织的演变过程,并对不同保温时间下钢组织在连续冷却过程中的相变进行研究。通过对比发现,镁处理船体钢在升温过程中因微细夹杂物粒子的钉扎作用使得奥氏体晶粒尺寸并未发生粗化,并且在冷却过程中奥氏体晶粒内部出现大量夹杂物诱发的针状铁素体,使钢组织得到进一步细化,而夹杂物这种诱发晶内针状铁素体的能力则呈现出随保温时间延长而逐渐增强的规律。与此同时,夹杂物数量及分布情况的统计也为上述结果提供了有力佐证。     

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...     

稀土Ce及热处理对铸态U75V钢中夹杂物的影响

以铸态U75V为实验钢种,研究了向钢中添加稀土Ce、热处理工艺及二者共同作用对钢中以MnS为主的夹杂物的影响。结果表明,原始铸态U75V钢中主要有三类夹杂物：纯MnS、Al₂O₃-SiO₂-MnO复合夹杂物及MnS半包裹Al₂O₃-SiO₂的复合夹杂物;其平均尺寸为4.75μm,平均长宽比为1.27。将原始铸态U75V钢加热至1 300℃保温1 h后空冷,钢中夹杂物的种类和成分未发生明显变化,但夹杂物平均尺寸降低至3.8μm,降低了约20%,平均长宽比也减小约4.7%。向钢中添加0.001 3%稀土Ce后,夹杂物成分复杂化,除了纯MnS以外,还有三种不同形态的含Ce夹杂物;与原始铸态U75V钢相比,添加稀土Ce后,夹杂物平均尺寸显著降低,减小了1.91μm(约40%),但长宽比略增(约1.6%)。向钢中添加稀土Ce再加热至1 300℃保温1 h后空冷,与原始铸态U75V钢相比,夹杂物平均尺寸降低约34%,长宽比降低约2.4%。综合对比,在U75V钢中添加0...     

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。     

大线能量焊接船板钢Mg处理效果分析

为研究 Mg 元素对船板钢的作用效果,对比了 Mg 处理前后船板钢焊接后的冲击性能; 利用 Aspex扫描电镜能谱仪统计了实验钢中的非金属夹杂物的尺寸和种类,并对夹杂物的金相组织进行了分析。结果表明,Mg 处理后船板钢中夹杂物种类增多,夹杂物尺寸变小且分布更加弥散,尺寸主要集中在 2 ～4 μm 之间,块状铁素体消失,组织以针状铁素体为主。热处理后诱发针状铁素体的夹杂物基本由Al₂O₃、Mn S、CaS 和 MgO 复合而成,诱发的针状铁素体呈交叉互锁状,分割晶粒,改善了焊接 HAZ 冲击性能。     

稀土元素Ce对2Cr13不锈钢中夹杂物变性的影响

2Cr13(0.19％C、12.88％Cr)马氏体不锈钢由非自耗真空电弧炉冶炼,在铸模加入0～0.18％的Ce。用光学和扫描电镜(SEM)、X-射线能谱仪观察和分析钢中夹杂物形貌和成分。结果表明,未加稀土元素Ce时,钢中夹杂物尺寸为19.33μm的不规则MnS、Cr₂S₃和FeS复合夹杂物;加入0.14％Ce,钢中夹杂物为近似椭球状稀土夹杂物,尺寸18.64μm;复合夹杂物内部为稀土硫化物,外部为稀土硅酸盐;加入0.16％～0.18％Ce时,钢中夹杂物为椭球或球形稀土硅酸盐,尺寸为7.69～8.15μm。