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。     

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。     

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。     

20CrMnTiH齿轮钢凝固和冷却过程中非金属夹杂物的转变研究

非金属夹杂物的类型、数量、尺寸对齿轮钢的疲劳性能具有重要影响。为了明确20CrMnTiH齿轮钢在凝固和冷却过程中夹杂物的转变和析出行为,通过Aspex自动扫描电镜对齿轮钢连铸过程中非金属夹杂物的类型、数量、尺寸等进行系统分析。研究发现,中间包内钢液中氧化物夹杂的主要类型为Al_2O_3-CaO-MgO和Al_2O_3-CaO-CaS型,铸坯中氧化物夹杂的主要类型转变为Al_2O_3-MgO和Al_2O_3-CaS型。齿轮钢钢液在凝固和冷却过程氧化物夹杂中CaO向CaS转变,夹杂物的数密度降低,平均尺寸略有增加。通过热力学软件FactSage 7.1计算了中间包内钢液在凝固和冷却过程中夹杂物的形成和转变,对齿轮钢在凝固和冷却过程夹杂物的转变提供了理论依据。     

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。     

稀土处理的无取向硅钢夹杂物控制研究进展

 冷轧无取向硅钢磁性能受钢材化学成分、夹杂物分布、再结晶组织等因素的影响,对炼钢工艺技术具有很高的依赖性。长条状或带有棱角的夹杂物通常比球形夹杂物对矫顽力和磁滞损耗的影响更大,而对磁性能影响较大的夹杂物主要为尺寸小于0.5 μm的夹杂物。总结分析了稀土处理对无取向硅钢夹杂物的影响,包括粗化夹杂物、减少钢中微细夹杂物数量和对夹杂物的球化作用。稀土元素具有很强的脱氧能力,能够有效净化钢液。添加稀土后,钢中生成的稀土氧化物或稀土氧硫化物通常呈球状或近似球状,并且由于稀土元素具有较高的表面活性,生成的微细夹杂物在钢液中更容易聚合长大,可以达到夹杂物改性和粗化的效果。稀土硫化物和稀土氧硫化物熔点高、固溶难,在再加热过程中能够有效减少硫元素的固溶量,抑制冷却过程中细小MnS的析出。此外,AlN、MnS等容易在稀土夹杂物表面析出,由此进一步减少了细小析出物数量。稀土还有改善成品织构的作用,存在最佳的添加量。同时对国内外无取向硅钢冶炼过程中的稀土添加工艺也进行了分析,当前以钢包加入法为主,通过真空下添加稀土,添加稀土前使用Al、Si等对钢水预先脱氧并喷吹脱硫剂,加入稀土后对钢水进行充分搅拌,可以保证稀土处理效果,但在连铸过程中仍存在因稀土夹杂物导致的水口结瘤问题有待研究解决。     

稀土对HRB400E螺纹钢低温冲击韧性的影响

采用工业试验生产了稀土质量分数为0%、0.016 8%、0.028 5%和0.037 0%的HRB400E螺纹钢,使用DVN(Direct V-notched)冲击试样进行了低温冲击试验,以研究稀土含量对HRB400E螺纹钢低温冲击韧性的影响,并借助OM、SEM、EDS和全自动夹杂物分析仪表征了稀土处理前后螺纹钢的微观组织和夹杂物的形貌、化学成分和尺寸。结果表明,在-20、-40、-60 ℃ 3个试验温度下,试验钢的低温冲击韧性随稀土含量的增加呈现出先升高后降低的趋势。其中,稀土质量分数为0.016 8%的试验钢低温冲击韧性最佳,-20 ℃时其冲击功为276 J,相比未添加稀土的试验钢提高了117%。未添加稀土时,试验钢中的夹杂物主要为MnS、MnO-SiO₂和Al₂O₃,添加0.016 8%稀土后试验钢中MnO-SiO₂和Al₂O₃的比例(数量)大幅降低,MnS的比例明显提高,并生成了小尺寸、形状相对规则的稀土复合夹杂物,从而阻碍裂纹的萌生与扩展,改善了试验钢的低温冲击韧性。然而,过量添加稀土会导致试验钢中稀土夹杂物的尺寸增大,大尺寸的稀土夹杂物促进裂纹扩展,对试验钢的低温冲击韧性具有不利影响。     

关于钢洁净度指数的讨论

首先从高品质钢的洁净化、精准化、均质化和细晶化四个方面引申出了钢中非金属夹杂物的问题,阐述了"非金属夹杂物不是钢的所有问题,但所有钢都有非金属夹杂物的问题"、"非金属夹杂物是钢的天然成分,可以通过研究非金属夹杂物的生成机理来确定其控制方略,进而改善钢的质量"等重要观点。讨论了总氧含量(T.O)作为钢洁净度指数的不足之处,进而提出了钢的洁净度指数(I_c=xT.O+y(Al_2O_3)),即对于铝脱氧钢,式中y为零,夹杂物的控制主要强调钢中T.O含量要低;对于硅锰脱氧钢,式中x为零,夹杂物的控制主要强调夹杂物中的Al_2O_3含量要低。基于此洁净度指数,总结了多种钢的洁净度和非金属夹杂物的控制目标。文中还讨论了稳态浇铸与非稳态浇铸对钢洁净度的影响,提出了钢水洁净度水平最好的情况是非稳态持续时间短,且钢中非金属夹杂物控制水平好。最后讨论了钢中非金属夹杂物数量和个数表征的几个经典问题,包括如何计算夹杂物的平均含量和平均尺寸、夹杂物尺寸组的大小和数量的关系、如何把二维的夹杂物尺寸分布结果转化为三维的结果。     

Ce-La合金化处理对取向硅钢夹杂物特征的影响

 为了研究稀土处理对取向硅钢中夹杂物特征的影响,借助FE-SEM/EDS和图像分析软件分析了稀土处理前后热轧取向硅钢夹杂物的成分、形貌、尺寸和数量并解明了影响机理。研究结果表明,未添加稀土的试验钢中,典型的夹杂物为形貌不规则的MnS-AlN复合夹杂物以及片状或条状的AlN夹杂物;添加稀土后,夹杂物则以球状或椭球状的CeS-LaS、CeS-LaS-AlN、Ce₂O₂S-La₂O₂S复合夹杂物和AlN夹杂物为主。稀土处理有效改善了夹杂物形貌,特别是大尺寸氮硫化物的形貌特征,未检测到MnS类夹杂物。尽管加入较多的稀土后夹杂物数量增加,大于5 μm夹杂物的平均尺寸增大量明显(增大0.89 μm),但整体夹杂物的平均尺寸仅增大了0.40 μm。由于稀土的脱硫作用,且稀土硫化物与AlN晶格常数差异大,钢中氮硫化物的数量密度和面积分数降低。稀土降低了AlN在钢中的平衡溶度积,使AlN夹杂物提前析出,导致AlN夹杂物数量增多,且先析出的AlN出现一定程度的长大。稀土对MnS在凝固前沿的析出有抑制作用,有利于热轧和常化过程析出更多用作抑制剂的MnS和AlN。在充分脱氧的取向硅钢中适当降低钢中酸溶铝含量,调整稀土在钢中的用量,在不增加钢中大尺寸夹杂物含量的前提下,发挥MnS、AlN抑制剂作用和Ce-La合金化作用。此外,通过稀土处理控制钢中夹杂物形貌特征,将有望达到改善钢的热轧组织和轧制加工性能的目的。     

高碳钢82B微镁处理工艺研究

以生产钢绞线用高碳钢82B为研究对象,研究了镁处理对于高碳钢中夹杂物的改性效果。研究表明,高碳钢82B经过镁处理后,钢中的非金属夹杂物成分和尺寸均发生明显变化。夹杂物由镁处理前的CaO-SiO_2-Al_2O_3系复合夹杂物转变为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO系,夹杂物中SiO_2含量明显降低。随着钢中Mg含量的增加,盘条中小于3μm的夹杂物数量显著增加,大于5μm的夹杂物数量显著降低。镁处理后盘条的抗拉强度提高了17%左右。热力学计算表明,夹杂物中MgO含量增加可扩大夹杂物液相区面积,但MgO质量分数不宜高于22%。因此,依靠镁处理工艺来细化钢中的夹杂物,可以显著降低高碳钢盘条拉拔过程中非金属夹杂物的危害,生产出高质量的钢绞线产品。     

钢中夹杂物扫描电镜自动统计分析结果的影响因素探讨

以管线钢、车轮钢、易切削钢为研究对象,考察了利用扫描电镜(SEM)对钢中非金属夹杂物进行自动统计分析时,放大倍数、图像分辨率、采集时间及保护区设置对夹杂物分析结果的影响,并比较了不同的聚焦状态、电子束状态、衬度设置、灰度阈值时夹杂物分析结果的差异,旨在优化选择各种设备参数,提高夹杂物自动统计分析的准确度。分析结果表明:放大倍数从100、200增大到500倍,所检测到的夹杂物数量相应增加,小于2μm的夹杂物增加量占80%以上,500倍时夹杂物增加量接近200倍时的2倍,而测试时间大幅延长至200倍时的5.6倍;图像分辨率从512、1024增大到2048,所检测到的夹杂物数量成倍增加,小于2μm的夹杂物增加量占60%左右,而测试时间延长幅度不大;采集时间延长、设置保护区、聚集好、束流定时补偿均有助于获得更准确的夹杂物分析结果,衬度设置一般推荐Al-40、Fe-200,钢中含稀土夹杂物时采用双阈值设置。     

钢中夹杂物统计方法研究及应用

研究钢中夹杂物的分布、尺寸、成分等信息,对提高钢材质量至关重要.文中首先以DC01深冲钢、42CrMo合金结构钢和82A帘线钢为例研究夹杂物统计的样品制备方法,摸索出适合低、中、高碳钢的样品制备和保存方法;其次,设置合理的夹杂物统计参数,加速电压设置为15 kV,Fe-Al衬度值设置为200-60,夹杂物阈值设置为0-...     

改质工艺对高强度低合金钢夹杂物特性的影响

利用300 t钢包炉工业试验研究了不同夹杂物改质工艺(包括未改质、稀土处理和钙处理)对铝镇静高强度低合金钢夹杂物特征的影响.结果表明,未改质处理炉次钢板中夹杂物为高铝含量的Al-M g-Ca-O-S-M n复合夹杂物,夹杂数量密度最小(仅为7.4和9.5个/mm2),但夹杂物平均尺寸大于3μm,在轧板中检测到不小于20...     

铝对稀土耐热钢中非金属夹杂物的影响

稀土能够显著提升钢材的性能,是高品质钢中常见的合金元素之一.然而,由于稀土与O、S等杂质元素之间存在极强的亲和力,加入钢中后形成的高熔点、大尺寸夹杂物对浇铸工艺的顺行及产品质量均有严重危害.为了探讨不同铝含量对稀土耐热钢中非金属夹杂物类型及尺寸分布的影响,在利用优化的热力学模型进行模拟计算的基础上,设计并开展了高温试验...     

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.      

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。     

稀土对HRB400E螺纹钢低温冲击韧性的影响

采用工业试验生产了稀土质量分数为0%、0.016 8%、0.028 5%和0.037 0%的HRB400E螺纹钢,使用DVN(Direct V-notched)冲击试样进行了低温冲击试验,以研究稀土含量对HRB400E螺纹钢低温冲击韧性的影响,并借助OM、SEM、EDS和全自动夹杂物分析仪表征了稀土处理前后螺纹钢的微观组织和夹杂物的形貌、化学成分和尺寸。结果表明,在-20、-40、-60℃3个试验温度下,试验钢的低温冲击韧性随稀土含量的增加呈现出先升高后降低的趋势。其中,稀土质量分数为0.016 8%的试验钢低温冲击韧性最佳,-20℃时其冲击功为276 J,相比未添加稀土的试验钢提高了117%。未添加稀土时,试验钢中的夹杂物主要为MnS、MnO-SiO₂和Al₂O₃,添加0.016 8%稀土后试验钢中MnO-SiO₂和Al₂O₃的比例(数量)大幅降低,MnS的比例明显提高,并生成了小尺寸、形状相对规则的稀土复合夹杂物,从而阻碍裂纹的萌生与扩展,改善了试验钢...     

钇基稀土对51CrV4弹簧钢夹杂物影响

为改善和控制弹簧钢中夹杂物的尺寸和形态, 以喂丝方式在工厂现场试验添加钇基重稀土处理51CrV4弹簧钢, 经现场取样后, 通过对试样进行大样电解、金相、扫描电镜和能谱等研究分析手段, 观察研究51CrV4弹簧钢铸坯和轧材中典型夹杂物。结果表明:重稀土Y对夹杂物改性明显, 在弹簧钢中添加钇基重稀土后, 显微夹杂物主要以RE₂O₃、RE₂O₂S、RE₂S₃等稀土夹杂物形式存在, 生成的稀土复合夹杂物尺寸在2~4 μm, 并且呈规则球状; 大型夹杂物中检测后并未发现含有稀土元素, 但是大型夹杂物的形态比未加稀土的夹杂物更为圆整和球状, 且大小更为细化.      

稀土铈对钛微合金钢中TiC和Ti（C，N）析出的影响

摘要：采用扫描电镜对不同稀土含量钢中的稀土碳化物复合相进行观察，随着稀土含量的增加，在晶界析出的稀土夹杂物数量不断增加，抑制了在晶界连续析出的TiC，降低了大尺寸TiC，Ti(C,N)的数量。稀土与碳化物主要复合相变化顺序为CeAlO3-TiC→Ce2O2S-TiC/CeS-TiC→CeP-TiC；其中CeAlO3、Ce2O2S和CeS复合相主要为5μm以下的球形、近球形；CeP复合相主要为大于5μm的条状。采用OTS夹杂物统计软件对不同稀土含量的实验钢进行统计，随着稀土含量的上升，2μm以下的TiC、Ti(C,N)数量先上升后下降，在稀土质量分数为130×10-6时达到最佳；10μm以上的大尺寸TiC、Ti(C,N)呈下降趋势。TiC、Ti(C,N)颗粒的平均尺寸在降低。但是当稀土质量分数达到190×10-6时，小尺寸TiC、Ti(C,N)的数量下降；颗粒平均尺寸上升。