重轨钢铸坯中MnS夹杂物的析出与长大

铸坯中MnS夹杂物的形貌及尺寸对钢的性能影响显著，因此了解并调控其析出长大过程具有重要意义。采用连铸坯枝晶生长热模拟试验，观测了U78CrV重轨钢铸坯凝固过程中MnS夹杂的形貌及尺寸变化规律，结合热力学和动力学计算，分析了重轨钢铸坯中MnS夹杂的析出长大行为。热模拟试验表明，重轨钢铸坯中MnS主要在凝固末期析出，多分布于枝晶间隙。其中，柱状晶区中MnS主要呈球形、椭圆形及短棒状，平均等效半径为2.42μm,最大等效半径为4.19μm;等轴晶区中MnS多呈不规则形状，平均等效半径为4.01μm,最大等效半径为7.58μm。热力学计算表明，柱状晶区MnS析出凝固分数为0.97,析出温度为1 663 K,高于固相线9 K;等轴晶区MnS析出凝固分数为0.95,析出温度为1 623 K,高于固相线20 K。动力学分析表明，柱状晶区MnS理论长大半径为2.74μm,等轴晶区MnS理论长大半径为5.98μm,计算结果与试验结果较为吻合。通过比较柱状晶区与等轴晶区MnS的析出时间，讨论了等轴晶区MnS尺寸明显大于柱状晶区的原因。通过降低初始硫含量、减轻铸坯芯部硫元素的偏析以及提高冷却速率，可以有效降...     

重轨钢中MnS析出热力学和动力学分析

 采用无水有机溶液电解法分离提取重轨钢中的MnS夹杂物,采用扫描电镜观察铸坯内和钢轨中MnS夹杂物的三维形貌,并结合能谱仪分析其成分。铸坯被轧制成钢轨后,相应的MnS夹杂物都沿着轧制方向被轧制成长条状。基于热力学和动力学模型,分析重轨钢中MnS夹杂物析出行为以及在钢液凝固过程中锰元素和硫元素偏析的程度。热力学分析表明,MnS夹杂物在凝固末期凝固分数为0.94时开始析出,其析出量由初始[w([Mn])]和初始[w([S])]决定,且在凝固过程受到冷却速率的影响,对比发现,热力学的计算析出结果与Thermo-Calc和FactSage6.4的计算结果有较好的一致性;动力学分析表明,在钢液凝固过程增加冷却速率,凝固析出的MnS颗粒尺寸将减小。通过调整钢中[w([Mn])]和[w([S])]以及改变冷却速率,可以控制MnS的析出时机和形态,减小其对钢性能的有害影响。     

车轴钢铸锭中MnS的生成、长大、熟化规律分析

 为降低大尺寸MnS夹杂物引起的车轴磁粉探伤不合格率,利用第二相析出理论以及铸锭凝固数值模拟计算相结合,计算分析了车轴钢铸锭中MnS生成、长大、熟化规律。计算结果显示,MnS形核核心尺寸与熟化过程尺寸增加均为纳米级,凝固过程MnS的长大决定凝固完成时MnS粒子直径,理论计算得到车轴钢铸锭竖直中心线上冒口、中心、底部位置对应的MnS长大后尺寸分别为156.35、107.37和94.96 μm,中心处MnS尺寸为连铸工艺条件下的2倍,与实际检测结果相符。钢锭凝固过程缓慢是MnS易于长大的直接原因,显著区别于连铸过程。在现有工艺条件下,为控制车轴钢模铸钢MnS尺寸,关键在于降低钢液硫质量分数以及控制硫偏析。控制车轴成品中MnS夹杂物不超过1.5级,需降低钢液中w([S])至0.004 3%以下。     

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.      

钢连铸过程的溶质微观偏析模型

建立了钢凝固过程包含δ/γ相变及MnS夹杂析出的溶质微观偏析模型。分析了钢种成分、MnS夹杂物析出及冷却速率对钢凝固过程高温力学性能的影响,模型计算结果与文献报道的实测零强度温度(ZST)和零塑性温度(ZDT)吻合良好。     

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。     

低合金高强度钢奥氏体相中碳氮化物的析出模型

采用规则溶液描述低合金高强度钢奥氏体相中碳氮化物的热力学性质,以经典形核理论为基础,建立了低合金高强度钢奥氏体相中碳氮化物在连续冷却过程中碳氮化物析出模型.计算结果表明:冷却速率对碳氮化铌的析出及长大有重要影响.在不同冷却条件下,碳氮化铌的析出量随反应时间呈先增加后减少的趋势;随着冷却速率的提高,达到析出量峰值的时间越短,析出量和析出粒子的平均直径均减小.     

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.      

非调质钢中MnS的析出与长大

摘要：在立式电阻炉内熔化45MnVS钢,分析了水冷和空冷2种冷却方式下试样中MnS的形貌特征,并对试样中MnS的析出与长大进行了热力学和动力学计算。结果表明：水冷试样中MnS的平均尺寸为1.14μm,最大尺寸为7.80μm;空冷试样中MnS的平均尺寸为2.19μm,最大尺寸为8.78μm。钢液凝固过程中,MnS在固相分率达到0.69时析出;在相同固相分率下,水冷试样比空冷试样中MnS的尺寸小。固相分率小于0.97时,S元素为MnS长大的控制元素,固相分率大于0.97时,Mn元素为MnS长大的控制元素。计算所得水冷试样和空冷试样中MnS最终尺寸分别为5.27和9.54μm。     

非调质钢中MnS的析出与长大

在立式电阻炉内熔化45MnVS钢,分析了水冷和空冷2种冷却方式下试样中MnS的形貌特征,并对试样中MnS的析出与长大进行了热力学和动力学计算。结果表明:水冷试样中MnS的平均尺寸为1.14μm,最大尺寸为7.80μm;空冷试样中MnS的平均尺寸为2.19μm,最大尺寸为8.78μm。钢液凝固过程中,MnS在固相分率达到0.69时析出;在相同固相分率下,水冷试样比空冷试样中MnS的尺寸小。固相分率小于0.97时,S元素为MnS长大的控制元素,固相分率大于0.97时,Mn元素为MnS长大的控制元素。计算所得水冷试样和空冷试样中MnS最终尺寸分别为5.27和9.54μm。     

冷却强度对超高硫中碳钢方坯凝固过程MnS生长的影响

 中碳超高硫易切削钢SAE144是兼具力学性能与切削性能的结构钢,用于制造汽车发动机密封阀件等,产品多采用转炉/电炉→LF精炼→连铸小方坯→线棒材热轧→冷拉及机加工成型流程生产,近年来市场热度稳步提升。若钢中MnS尺寸过大,零件加工使用过程易发生探伤不合、切削性能差、带状组织严重、力学性能各相异性显著,甚至拉拔加工断裂等问题。MnS夹杂物多在铸坯凝固后期形成,随着轧制与钢基体同步变形,控制该类钢种铸坯内MnS原始尺寸成为控制热轧材中MnS夹杂物形态及尺寸的最关键环节。为控制热轧超高硫中碳钢盘条中MnS夹杂物,利用钢坯凝固数值模拟、第二相析出理论、Ostwald熟化理论计算分析了160 mm2钢坯中硫元素偏析及MnS的生成、长大和熟化过程。计算结果表明,当固相分数f_s为0.446、硫微观偏析比达到2.19时,铸坯在凝固末期生成MnS。凝固过程中MnS的生长过程决定了钢坯中MnS颗粒的直径。理论计算表明,当连铸二次冷却水量固定为0.6L/kg时,拉速为1.6、2.1和2.6 m/min时,160 mm2方坯中心的MnS分别增长到30.6、32.2和34.6 μm,与实际测试结果一致。控制该类钢种线材中MnS尺寸的关键是提高二冷区的冷却强度,降低连铸拉速。基于该系列计算方法,提出了160 mm2钢坯中与MnS直径控制目标相匹配的连铸工艺参数控制范围。     

百米高速重轨钢中大型MnS夹杂的形成原因

大型MnS是引起百米高速重轨夹杂物超标和超声波探伤不合的重要原因.理论计算表明,对于U75V重轨钢,在凝固末期固相分率大于0.98时,MnS才能在液相中析出.利用扫描电镜配合能谱仪分别对铸坯和钢轨试样中Mns夹杂进行了研究.结果表明,铸坯边部是尺寸小于10 μm的球状MnS,中心为尺寸小于30 μm扇形或条状MnS,钢...     

MnS Precipitation Behavior in Re‐Sulfurized Steels with Intermediate Levels of Sulfur

This paper presents results on the quantification of MnS precipitation during solidification of steels with intermediate levels of sulfur (0.05%) using a Confocal Scanning Laser Microscope (CSLM) equipped with a gold image furnace. The precipitation of MnS was observed in the liquid pools remaining in between advancing dendrites at the end of solidification. It was observed that MnS precipitated during cooling on existing mixed‐oxide particles of AI, Si and Ca. The rate of precipitation was seen to accelerate at two distinct points, once when the steel was molten and once during solidification.     

Ti-Mg复合脱氧和硫含量对钢中夹杂物特征及MnS析出行为的影响

采用扫描电镜/能谱仪表征了管线钢中夹杂物的形貌、尺寸、成分及数量,考察了不同Ti/Mg比的钢中夹杂物特征、硫含量及脱氧产物数量对MnS析出行为的影响,并进行了热力学计算.结果表明:Ti-Mg脱氧钢中夹杂物以MgO-Al₂O₃-Ti₂O₃、MgO-Ti₂O₃或MgO为核心,表面包裹或局部析出MnS,粒径小于1.3μm,数量为300~450 mm-2,形貌为圆形、多边形和方形;夹杂物中Ti/Mg原子数比为0.05~0.2时,夹杂物细小且近圆形;随硫含量减少,凝固过程中MnS析出倾向减小,MnS在夹杂物表面由包裹析出向局部析出转变,提高氧化物夹杂数量,有利于细小MnS的包裹或局部异质形核;Ti-Mg复合脱氧产物细小、弥散,可作为MnS异质形核核心,可同时降低MnS及氧化物的危害.      

热力学分析MnS夹杂物析出与控制

 为了深入研究与控制重轨钢中大尺寸MnS夹杂物,针对目前热力学计算MnS析出行为问题,提出在应用时需要根据实际条件做相应的选择进行计算。在比较了目前几个常用的热力学数据后,基于U75V钢中MnS夹杂物形成过程,建立了适合计算MnS夹杂物析出的分段计算方法。研究表明,采用FactSage 6.4商业软件计算MnS析出温度为1 631 K,与平衡热力学参数计算的结果1 694 K相差63 K。该方法可准确预测MnS的析出行为,降低了热力学分析MnS析出的难度。在1 473、1 573 和1 673 K 3个温度下固溶硫质量分数分别为0.000 67%、0.001 67%和0.010 8%。在铸坯轧制之前的开坯和保温温度为1 563 K时,需要将钢中硫质量分数降低到0.001 67%以下,才能有效控制大尺寸的MnS夹杂物。     

Effect of sulfur content on non metallic inclusions of heavy rail steel

Due to the inaccurate control of raw materials and operation in the actual production process, the sulfur content and non-metallic inclusions in the steel fluctuate greatly, which seriously affects the cleanliness of steel. To accurately control the size, shape and quantity of non-metallic inclusions such as manganese sulfide in heavy rail steel, the effect of sulfur content on non-metallic inclusions in heavy rail steel was studied in the laboratory. To investigate the changes of the number and morphology of non-metallic inclusions in steel under different sulfur contents, the sulfur content of test steel was increased to 70×10-6, 110×10-6 and 140×10-6, respectively. During the experiment, the test steel was heated and melted in a tubular furnace according to a certain heating rule, and then cooled naturally in the furnace. Subsequently, the non metallic inclusions in steel were scanned by automatic inclusions analyzer, and the relationship between sulfur content and the composition, size, form and quantity of non-metallic inclusions in steel was obtained. The results indicate that most of the inclusions in the steel are composite MnS with oxides as nucleating cores. With the increase of sulfur content, the quantity density of composite MnS, MnO-SiO2 and MgO-Al2O3-SiO2-CaO inclusions increase, while the CaO-SiO2 and MgO-CaO-SiO2 inclusions decrease. The average size of inclusions increases with the increase of sulfur content, and the number of inclusions with different sizes also increases, especially for inclusions with sizes of 2-10μm which increase obviously. During solidification, MnS can be separated from molten steel with sulfur content of (70-140)×10-6. In addition, the higher the sulfur content is, the earlier MnS inclusions precipitate and the more the MnS content is.     

硫含量对重轨钢中非金属夹杂物的影响

摘要：实际生产过程中由于原料和操作控制不精确,钢中硫含量和非金属夹杂物波动较大,严重影响钢的洁净度。为了准确控制重轨钢中硫化锰等非金属夹杂物的尺寸、形态和数量,在实验室开展了硫含量对重轨钢中非金属夹杂物的影响研究。钢中硫质量分数增至70×10-6、110×10-6、140×10-6后随炉冷却,采用全自动夹杂物分析仪对钢中非金属夹杂物进行统计,获得了硫含量与钢中非金属夹杂物成分、尺寸、形态和数量的关系。结果表明,钢中夹杂物大部分为以氧化物为形核核心的复合型MnS;随着硫含量的升高,复合型MnS、MnO-SiO2和MgO-Al2O3-SiO2-CaO型夹杂增多,CaO-SiO2和MgO-CaO-SiO2夹杂减少;夹杂物平均尺寸随硫含量的升高而增大,且不同尺寸的夹杂物均有所增加,尺寸为2~10μm增多最明显;硫质量分数为(70~140)×10-6的钢液凝固过程液相中都能单独析出MnS,且硫含量越高,MnS析出越早,含量越多。