凝固过程重轨钢中MnS粒子形核与长大动力学分析

利用经典形核理论和扩散控制长大模型计算分析了重轨钢中MnS粒子析出的动力学行为,计算结果表明,MnS粒子在重轨钢凝固过程以均匀形核和晶界形核为主,主要在凝固末期析出。在设定的重轨钢成分下,计算出MnS的有效形核温度为1 634K,即Mn、S实际浓度积等于平衡浓度积。降低S的质量分数小于5.0×10-5能够推迟MnS接近固相线析出,而对MnS的长大半径影响较小;提高冷却速率从0.14K/s到1.45K/s,连铸坯内柱状晶区中MnS的长大半径比中心等轴晶区的大1个数量级,但对MnS的析出时机无影响。S元素是MnS在凝固过程中粗化长大的控制性环节,在凝固过程冷却速率对MnS粒子长大半径起着决定性的作用。     

耐蚀合金中TiN析出机制

摘要：TiN颗粒尺寸及其分布对耐蚀合金性能有明显的影响,因此有必要对TiN在铸坯中的分布及其析出行为进行研究。采用扫描电镜(SEM)、金相显微镜（OM）观察了TiN夹杂物在铸坯中的分布、尺寸及其形貌;基于热力学和动力学理论分析了耐蚀合金铸坯中TiN夹杂物的析出时机及其尺寸,结合试验结果和理论计算明确了TiN夹杂物在凝固后铸坯中的位置和尺寸与析出时机的关系,为控制TiN夹杂物提供理论指导。结果表明,冶炼过程中析出的TiN夹杂物尺寸较大,在凝固过程中被枝晶吞没,位于铸坯枝晶内和等轴晶内;微观偏析计算结果表明,在凝固分数为0.55时,TiN开始析出,最开始析出TiN夹杂物的逐渐长大,长大后的TiN易于被二次枝晶吞没,最终位于铸坯中的枝晶间和等轴晶内,后期析出的TiN则在枝晶间和等轴晶间。固相中析出的TiN夹杂物长大较慢,尺寸细小,最终位于奥氏体晶界。     

轴承钢凝固过程TiN析出的研究

对轴承钢连铸坯中夹杂物进行了检测,发现铸坯中存在大尺寸的Ti N夹杂物。从热力学和动力学方面研究了凝固过程选分结晶对Ti N夹杂物析出的影响。热力学分析表明,液相线温度以上不会有Ti N析出;凝固过程由于凝固前沿Ti、N富集,当凝固率达到0.65~0.75后会有Ti N析出;降低Ti、N含量可推迟Ti N的析出,减小Ti N夹杂的尺寸和数量。动力学分析表明,随着冷却速度的降低,凝固过程Ti N夹杂物的尺寸显著降低,当冷速高于50K/s时,Ti N的理论半径为2.4μm,当冷速低于5 K/s时,Ti N的理论半径在7.6μm以上;完全凝固后铸坯冷却过程析出的Ti N为纳米级。实际铸坯表层未发现等效半径大于2.5μm的Ti N,1/4和中心处观察到的最大Ti N等效半径分别为6.77μm和8.46μm,这表明铸坯中大尺寸Ti N夹杂物是在凝固过程析出的。     

重轨钢中硫化锰夹杂物粒度的原位统计分布分析

采用原位统计分布分析技术对重轨钢铸坯中MnS夹杂的粒度分布情况进行了分析研究。通过ASPEX扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)将重轨钢中不同尺寸的MnS夹杂进行统计,建立了原位统计分布分析MnS夹杂的粒度分布曲线,分别对重轨钢铸坯中5~10、10~20、20~50μm的MnS夹杂的分布情况进行了统计分析。结果表明,沿着铸坯的内部到边缘的方向上,5~10μm小颗粒夹杂一直存在,10~20、20~50μm大颗粒MnS夹杂所占比例降低,直到铸坯边缘,几乎没有大颗粒MnS夹杂存在。将该结果与ASPEX扫描电镜-能谱仪得到的结果相比较,两者在反应夹杂物分布趋势上具有一致性,说明原位统计分布分析技术分析铸坯中夹杂物的粒度分布方法的建立具有可靠性。     

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...     

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。     

1215MS高硫钢连铸坯中硫化物三维形貌的解析

摘要：1215MS是典型的高硫易切削钢，硫化锰的形貌及空间分布对钢的性能具有重要影响。借助OM、SEM、EDS、夹杂物三维腐刻技术对1215MS铸坯中硫化物夹杂进行解析，结果表明：1215MS铸坯激冷层中硫化物尺寸细小，等效直径不大于15μm；柱状晶区硫化物尺寸逐步增大，到距铸坯表面1/4位置处等效直径达到最大6μm左右；中心等轴晶区的硫化物尺寸向内逐渐减少，铸坯中心处等效直径约46μm，硫化物增加至每平方毫米1000个左右。从激冷层到铸坯中心硫化物的形貌主要包括椭球状、短棒状、长条状，硫化物由激冷层的晶内及晶界分布，逐步变为沿晶界分布。     

Ti-IF钢凝固过程中TiN的析出机理和规律

结合冶金热力学和凝固偏析模型分析了Ti-IF钢凝固过程中TiN的析出特点.Ti-IF钢凝固前期钢液中TiN夹杂无法生成,固相中TiN源自低温固相析出;凝固固相分数达到0.64时,Ti、N组元在凝固前沿富集程度增加,凝固前沿固相中开始有TiN析出;凝固末期,Ti和N的富集程度进一步增大,固液相中均能有TiN析出.采用扫描电镜分析了TiN在铸坯中的分布,从铸坯表层到中心TiN数量和尺寸存在显著变化：从铸坯表层向中心方向TiN尺寸不断增大,平均尺寸从1-2μm增大到5μm,在距离表层70-80 mm处尺寸达到最大;在铸坯厚度中间位置,TiN尺寸较大,平均尺寸为5μm左右;在铸坯中心TiN尺寸又有所变小,平均尺寸为3μm左右;在铸坯表层TiN密集程度较高,在铸坯中间和中心TiN数量密集程度显著降低.IF钢铸坯中TiN析出时机及其尺寸和数量与Ti、N组元偏析和凝固冷却速度关系密切.     

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。     

稀土加入时机对重轨钢成分及夹杂物影响

针对重轨钢“BOF→LF→VD→CC”生产工艺中不同时机添加稀土的效果进行工业试验研究，通过对不同工序加入稀土的重轨钢铸坯进行取样，对样品的稀土含量及夹杂物尺寸、数密度、形貌等进行分析。结果表明：VD后加稀土生产的铸坯中稀土收得率为11.73%,高于LF后加稀土生产的铸坯中稀土收得率2.83%。结合全流程氧含量分析结果，表明稀土加入钢中后就参与脱氧反应，反应产物上浮去除；稀土的加入可有效降低钢中夹杂物尺寸，相较于不加稀土的重轨钢，LF后加稀土和VD后加稀土生产的稀土重轨钢铸坯样品中，夹杂物长度平均值分别由9.28μm降低至7.91、1.42μm,平均宽度由5.71μm降低至4.81、2.27μm;稀土的加入可降低夹杂物评级，对A类、B类、D类夹杂物评级降低效果明显，其中VD后加稀土生产的重轨钢铸坯样品夹杂物评级更优。通过不同工序加入稀土试验对比发现，VD后加稀土的工艺更能提高重轨钢夹杂物变质的能力。SEM及EDS分析结果表明，稀土主要存在于硅钙镁铝系夹杂物中，并使硅钙镁铝系夹杂物由水滴形变为球形，表面发生硫的富集；对硫化锰夹杂分析结果表明，VD后加稀土工艺可使钢中硫化锰与硅钙镁铝系夹杂...     

非调质钢铸坯中夹杂物的分布

在非调质钢铸坯上不同位置取样,用SEM-EDS和Aspex对试样中夹杂物进行分析统计,并用FactSage软件计算了夹杂物的析出情况,通过分析主要得出以下结论:从铸坯边部到中心,夹杂物的平均尺寸和平均面积逐渐增加,夹杂物密度逐渐减小,氧化物尺寸变化不大,硫化物尺寸逐渐增加。含硫非调质钢中夹杂物类型主要是硫化物和少量的氧化物。氧化物的析出温度为1 400～1 600℃,成分均在三元相图的固态区,不易聚合长大;MnS在1 450℃时析出数量逐渐增多,在1 350℃时开始大量析出;在铸坯凝固过程中,MnS以氧化物为核心形核析出。     

GCr15轴承钢大方坯微观组织数值模拟

以某钢厂GCr15钢大方坯为研究对象,采用ProCAST软件建立凝固数学模型,在此基础上采用CAFE模型对铸坯凝固组织进行模拟,研究了过热度、拉速和二冷强度对铸坯凝固组织的影响。结果表明:过热度对铸坯凝固组织影响较大。随着过热度的提高,同一位置柱状晶区平均晶粒半径增大,柱状晶区增大,中心等轴晶比例减小,柱状晶向等轴晶转变延后,过热度由40℃降低至10℃时,中心等轴晶率增加21.14%。拉速和二冷强度对铸坯凝固组织影响较小。随着拉速的提高或二冷强度的降低,柱状晶区减小,中心等轴晶比例增大,柱状晶向等轴晶转变提前,但其变化并不明显。在实际生产过程中可以通过降低过热度来细化铸坯凝固组织晶粒。     

末端电磁搅拌参数优化对重轨钢铸坯质量的影响

通过对1#铸机设备改造前后所生产的重轨钢坯内外部质量对比,分析了1#铸机采用不同的凝固末端搅拌参数对重轨钢铸坯的中心碳偏析指数、疏松、及铸坯凝固组织的影响,得出1#铸机280 mm×380 mm断面重轨钢在拉速为0.6 m/min、过热度为25℃的连铸工艺参数条件下,凝固末端电磁搅拌参数为350 A/8 Hz,不仅使铸坯等轴晶率为25%~30%,也可使铸坯中心碳偏析指数均控制在1.10以下。     

双辊连铸不锈钢薄带凝固组织特点

 通过金相观察分析了同径双辊薄带连铸机上生产的奥氏体不锈钢薄带的凝固组织,结果表明：铸带凝固组织包括2个柱状晶区和1个等轴晶区,其等轴晶呈近球形或蔷薇形。与传统连铸板坯相比,其柱状晶区一次及二次枝晶的间距较小,等轴晶粒内部为非枝晶结构,其尺寸大约是连铸坯等轴晶的1/10,凝固组织更致密。     

钢轨A类非金属夹杂的析出分析研究

通过对钢轨A类非金属夹杂进行不同深度、不同位置的取样检测,发现钢轨A类非金属夹杂评级结果存在一定偶然性。以U75V为例进一步采用Factsage热力学数值模拟及析出热力学理论对MnS非金属夹杂的析出过程进行分析;结合连铸过程钢液冷却凝固特性及实际统计、检测结果对MnS非金属夹杂的析出进行验证,最终得出MnS析出于钢液近乎完全凝固,且主要由于S、Mn偏析形成微区高溶质浓度而析出。以降低钢液氧、氮含量为基础,降低钢液硫含量、夹杂变性处理及铸坯内部质量优化可以抑制MnS非金属夹杂的析出及轧制形变。     

易切削钢AISI 1215铸态硫化物形貌尺寸分布特征研究

对易切削钢AISI 1215铸坯中的夹杂物形貌、尺寸进行观察和统计,结果显示铸坯边缘区域为Ⅰ类MnS,中心区域为Ⅱ类MnS.根据Uhlmann的凝固前沿夹杂物析出模型以及铸坯化学成分分析,认为冷却速度和硫元素偏析对MnS夹杂形貌和尺寸分布有着重要影响,冷却速度越快,越易形成Ⅰ类MnS,硫元素偏析越严重越有利于形成Ⅱ类MnS.     

ASPEX定量分析IF钢夹杂物研究

对IF钢铸坯中夹杂物进行了定量分析研究。铸坯断面夹杂物分布较均匀,夹杂物主要是Al2O3和Al2O3-TiOx。稳态浇铸铸坯的夹杂物尺寸为5~10μm,有个别簇状夹杂物尺寸在50~100μm。切头和尾坯中存在少量大于100μm的簇状夹杂物。     

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。     

Hi-B钢连铸坯凝固组织及偏析的研究

通过工业试验,借助低倍检验、化学分析和原位分析等手段,对不同过热度和二冷比水量条件下Hi-B钢铸坯的宏观凝固组织和元素偏析进行分析检测,探究钢水过热度和二冷强度对铸坯凝固组织和元素分布的影响规律.结果表明,提高二冷强度,可使柱状晶率增加,降低过热度,可保留一定数量的等轴晶区.但过热度和二冷强度对铸坯中心等轴晶晶粒尺寸影...