聚焦离子束扫描电镜三维重构夹杂物的形态和分布

以MnS易切削钢和EH36电渣焊焊缝区样品为研究对象,首先利用聚焦离子束扫描电镜的自动系列切片和成像(Auto Slice & View)功能对夹杂物进行逐层切片并成像,然后利用Amira软件根据夹杂物的衬度进行三维重构,从而得到钢铁材料中单一夹杂物及复合夹杂物的形态和分布。其中,复合夹杂物的物相确定还结合了电子探针的元素面分析和电子背散射衍射的物相分析功能。结果表明,MnS易切削钢中的夹杂物呈现条形体、纺锤形体和椭球形体共存的分布状态,而EH36电渣焊焊缝区的复合夹杂物主要由晶态Mn₂TiO₄相和富集Al、Ca、Mg、Si、Mn、O元素的非晶相组成,且两种相伴生存在。夹杂物的三维重构图清晰显示了夹杂物的形态和分布特征,对于研究夹杂物对钢材性能的影响提供了重要依据。     

Fe-Mn-Al-C低密度钢中的脱氧合金化夹杂物

为了研究Fe-Mn-Al-C低密度钢脱氧合金化夹杂物的生成及机理,采用Si、Mn、Al进行脱氧合金化,通过场发射扫描电子显微镜结合夹杂物自动分析系统对Fe-Mn-Al-C低密度钢样品中的夹杂物进行观察。结果显示,Fe-Mn-Al-C低密度钢中夹杂物主要分为6类,即单颗粒Al₂O₃夹杂物、单颗粒MnS夹杂物、单颗粒AlN夹杂物、Al₂O₃-MnS复合夹杂物、AlN-MnS复合夹杂物、Al₂O₃-AlN-MnS复合夹杂物。单颗粒的Al₂O₃、MnS、AlN夹杂物的数量相对较多,夹杂物尺寸以小于5μm为主。热力学计算发现Al₂O₃在脱氧合金化时生成,AlN在固相分数为0.844时开始析出,而MnS在完全凝固后的固相钢中开始析出。不同夹杂物间的二维晶格错配度计算结果显示,MnS(110)/Al₂O₃(001)、AlN(001)/Al<...     

Q235钢中夹杂物演变规律和生成机理分析

 为了更好地控制Q235钢中非金属夹杂物的种类和数量,提高钢的冲击韧性,采用自动扫描电镜分析了Q235钢中非金属夹杂物在LF精炼、中间包和连铸坯中成分和形貌的演变规律。采用FactSage热力学软件对钢中各类夹杂物的生成机理进行了分析。研究发现,钢中非金属夹杂物的演变规律为均相的SiO₂-MnO夹杂物→均相的SiO₂-Al₂O₃-MnO-TiO_x夹杂物→双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物→多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。样品冷却过程中均相的SiO₂-MnO夹杂物发生相变析出纯SiO₂导致在LF精炼初期钢中出现双相SiO₂-MnO类夹杂物。加入的硅钙钡合金中铝含量较高,导致液态夹杂物在钢液中析出MgO·Al₂O₃,以及在LF出站钢样品中出现双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物。含钛的夹杂物在连铸坯凝固冷却过程会析出纯的Ti₃O₅,并且钢中还会析出MnS析出相,因此连铸坯中存在多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。     

硅锰脱氧55SiCr弹簧钢中镁铝尖晶石的形成及演变

 某钢厂生产的55SiCr弹簧钢采用硅锰脱氧工艺,但在其冶炼过程中存在大量尖晶石类夹杂物,对最终产品的性能十分不利。尖晶石等硬、脆性夹杂物是弹簧在服役过程中疲劳断裂的主要因素之一,因此为明确弹簧钢中该类夹杂物的来源,进而控制并去除钢中非金属夹杂物,通过夹杂物自动分析、扫描电镜和能谱分析等手段,结合FactSage热力学计算分析了55SiCr弹簧钢冶炼过程夹杂物的演变及主要夹杂物的形成机理。分析结果表明,LF精炼后钢中夹杂物数量大幅上升,且其平均成分偏向SiO₂-Al₂O₃-CaO三元相图中高熔点区域;夹杂物主要以SiO₂·Al₂O₃·CaO·MgO为主,多表现为钙铝酸盐包裹或半包裹尖晶石的复合夹杂物类形态,此外还有少量单独的尖晶石夹杂物存在于钢中。对于上述夹杂物的形成及演变进行热力学计算,结果表明,钢液中Mg、Al含量上升将导致钢中析出大量尖晶石夹杂物,并与液态夹杂结合形成含镁复相夹杂物;同时,钢液成分的变化也会导致精炼过程生成的SiO₂·Al₂O₃·CaO·MgO类夹杂物中MgO、Al₂O₃含量大幅增加,在复合夹杂物内部析出尖晶石相。因此,为减少硅锰脱氧弹簧钢中尖晶石类硬脆性夹杂物的生成,需要严格控制钢中Mg、Al含量,尽可能降低夹杂物中MgO、Al₂O₃含量,以实现对弹簧钢中非金属夹杂物的塑性化控制。     

硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响

大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物容易引起轴承钢疲劳失效,大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的控制是生产高端GCr15轴承钢的关键因素之一。精炼过程中合金引入杂质元素、渣精炼和精炼过程中卷渣是铝脱氧轴承钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的主要潜在来源。硅铁合金通常用来提高轴承钢的淬火和抗回火软化性。本文通过实验室实验、样品分析和热力学计算,研究了硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响。硅铁合金主要由深色的硅相和浅色的硅铁相组成,钙元素在硅相和硅铁相的界面处以金属化合物形式存在。研究发现,加入硅铁合金后,钢中总钙（T.Ca）含量增加,钢中的Al₂O₃和MgO·Al₂O₃夹杂物被改性为CaO?Al₂O₃类夹杂物,夹杂物尺寸随着夹杂物中CaO含量增加而减小,钢中并未生成大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物。随着钢中T.Ca含量增加,夹杂物平均尺寸降低,钢中T.O含量增加,表明硅铁合金中金属钙元素不会直接引起钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的生成。但是生成的小尺寸固相CaO?Al₂O₃类夹杂物在水口处粘附结瘤,结瘤物脱落后会成为钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的来源之一。      

高温纯铁熔体中外加氧化铝纳米粉的研究

在工业纯铁熔体中加入纳米Al₂O₃颗粒,熔炼后得到铸锭试样.用扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)研究了铸锭金相试样中夹杂物的存在状态及成分.采用非水溶液电解法分离、收集铸锭中的非金属夹杂物,用SEM及EDS分析了夹杂物的形貌、大小和元素组成.结果表明,外加的纳米Al₂O₃颗粒能够在纯铁熔体中稳定存在,并与杂质元素所生成的夹杂物发生复合,复合夹杂物的尺寸为5~10μm.纳米Al₂O₃颗粒一般存在于复合夹杂物的内部.未发现纳米Al₂O₃团聚烧结成大于10μm颗粒的现象.从热力学和颗粒运动行为方面进一步分析了纳米Al₂O₃在纯铁熔体中的稳定性和团聚烧结成大颗粒的可能性.     

高品质含钛焊丝钢生产过程中夹杂物的行为演变

采用扫描电镜观察了含钛焊丝钢中夹杂物的形貌与组成,重点分析了冶炼过程中夹杂物的形成和演变规律。结果表明,LF进站前的夹杂物主要类型为球形的SiO₂-Al₂O₃复合夹杂物,其尺寸在6 μm左右;在LF精炼中,SiO₂-Al₂O₃型夹杂物转变为不规则椭球形SiO₂-Al₂O₃-CaO型夹杂物,其尺寸为5～10 μm。且随着精炼的进行,夹杂物的数量密度由LF进站前的131.81变成最终出站时的42.84个/mm2。在钢水精炼期间,夹杂物成分由最初的w(Al₂O₃)＜20%的区域向CaO含量升高的区域移动,Al₂O₃的质量分数为20%～35%;LF精炼结束后的夹杂物类型除了SiO₂-Al₂O₃-CaO外,还存在较多的近球形SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO与形状不规则的SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO-TiO_x系夹杂物。另外,在铸坯中的复合氧化夹杂物的外层还发现有TiN夹杂物析出。夹杂物成分最终在铸坯中停留在w(Al₂O₃)＜25%的区域,数量密度降低到27个/mm2左右。     

含钇E36船板钢夹杂物改性

为了研究钇对E36船板钢中夹杂物成分和形貌的影响,对钇处理后E36船板钢中典型夹杂物进行热力学计算,并通过扫描电镜及能谱仪对钇处理前后E36船板钢中夹杂物进行检测分析,观察典型夹杂物形态和尺寸。结果表明,未添加稀土钇的E36船板钢主要为长条状MnS夹杂物;添加稀土钇后,钢中夹杂物主要为球状或类球状的含钇复合夹杂物。当钢中钇质量分数为0.007 8%时,夹杂物主要为球状或类球状的Y₂O₂S夹杂物和Y₂O₃夹杂物;当钢中钇质量分数增加至0.037 7%时,夹杂物改性为球状或类球状Y₂O₂S夹杂物、YS夹杂物和Y₂O₃夹杂物。     

钇含量对铝脱氧含钛不锈钢中夹杂物的影响

 以T4003铁素体不锈钢为研究对象,采用热力学计算与实验室试验的方法,对钇质量分数为0、0.007 0%、0.014 0%和0.023 0%的不锈钢中夹杂物进行了分析,研究了稀土元素钇含量对T4003铁素体不锈钢中夹杂物的影响,总结了不同钇含量对钢中夹杂物影响的规律。首先通过计算夹杂物的生成吉布斯自由能变预测了钢中生成的夹杂物种类,总结了不同钇含量试验钢中不同夹杂物的生成吉布斯自由能变随温度的变化规律。计算结果与扫描电镜对钢中夹杂物的检测结果一致。研究表明,不含钇的T4003不锈钢中夹杂物主要为尺寸不均匀的均相TiN夹杂物及少量Al₂O₃、Mg-Al-O、Ca-Ti-O与TiN的非均相复合夹杂物,添加钇后钢中夹杂物主要为小尺寸的TiN和部分以Y₂O₃和Y₂O₂S为核心表面包裹TiN的复合夹杂物。随着钢中钇含量的增加,钢中夹杂物的总含量先增加后减少,夹杂物平均直径先减小后增大。夹杂物中氧化物的改性路径为MgAl₂O₄-CaO-TiO_x→MgAl₂O₄-Y₂O₃-(CaO-)TiO_x→Y₂O₃-TiO_x→Y₂O₃-Y₂O₂S及Y₂O₃和Y₂O₂S。试验钢中含TiN夹杂物的数密度与面积分数先增加后减少,平均直径先减小后增大。钇的加入使钢中小于4 μm的小尺寸含TiN夹杂物数量增多,但钇的加入量过高时,含TiN夹杂物的细化程度减弱。当钢中钇质量分数为0.007 0%与0.014 0%时,渣中含TiN夹杂物的尺寸明显减小,大尺寸的含TiN夹杂物数量显著减少。     

1873K下钢液中Ti-Al复合脱氧热力学分析及夹杂物生成

对1873K下钢液中Ti-Al-O系复合夹杂物的形成进行了理论和实验研究.理论计算和实验结果表明,钢液中Ti-Al-O系的Al-O基本趋于平衡,钢液中自由氧由Al含量控制.Ti-Al-O系复合夹杂物的形成主要由a_Ti/a_Al值确定.根据热力学数据计算得出了Ti-Al-O系复合夹杂物(Al₂O₃-Ti₃O₅-Ti₂O₃)的稳定区域;随着a_Ti/a_Al的增加,夹杂物逐步由Al₂O₃转变为Ti₃O₅夹杂物.当钢液中自由氧含量较高时容易生成Ti₃O₅夹杂物.计算结果和观察到的实验结果一致.     

钙处理对铝镇静钢中非金属夹杂物变性效果的影响

通过对LF前-LF后-中间包-连铸工艺生产40Cr钢各环节系统取样,以及电子显微镜对夹杂物的形貌、尺寸及组成的分析,发现40Cr铸坯中含有大量CaO(CaS)-Al₂O₃-MgO类复合夹杂.采用Factsage计算得到的CaO-CaS-Al₂O₃三元相图对钙处理后CaO(CaS)-Al₂O₃夹杂形成过程进行了理论计算;并对实际发现的CaO(CaS)-Al₂O₃-MgO类复合夹杂物的面扫描分布进行描边处理,探讨了该类夹杂物的组成和形成过程.经Factsage理论计算发现,CaO-CaS-Al₂O₃三元相图中液相区各成分质量分数为CaO 32%~58%、CaS 0%~5%以及Al₂O₃42%~65%,钙处理后CaO含量有逐渐增加,CaS含量有逐渐减小趋势.结合夹杂物的面扫描分布发现,CaO(CaS)-Al₂O₃-MgO类复合夹杂物的组成为xCaO·yAl₂O₃+mMgO·nAl₂O₃+Al₂O₃+CaS,钙处理后Ca能够使Al₂O₃变性为CaO-Al₂O₃,但同时夹杂物中也有很高的CaS成分,随着钙处理的充分进行,CaS将由内及外向CaO-Al₂O₃逐渐转变.     

用空气直接氧化游离二价锰离子制备高纯四氧化三锰

一定温度下,根据锰离子浓度变化严格控制溶液pH的条件下,研究了用空气直接氧化游离二价锰制备高纯四氧化三锰的新方法.结果表明,碱式硫酸锰的氧化速度比氢氧化锰慢,碱式硫酸锰的包裹夹带是造成四氧化三锰产品中硫含量高的根本原因.该法与用空气直接氧化锰的水解物制备四氧化三锰的方法相比较,前者能大幅度降低四氧化三锰产品中的钙、镁和硫含量,部分解决了锰盐氧化法制备四氧化三锰过程中钙、镁和硫分离的难题.     

镁处理低碳钢中MgAl2O4夹杂物的聚集行为

 为了研究MgAl₂O₄夹杂物的聚集行为,通过金相试样法和有机溶液电解分离法结合场发射扫描电子显微镜对镁处理铝脱氧低碳钢中单颗MgAl₂O₄夹杂物、多粒子MgAl₂O₄夹杂物进行观察。热力学计算结果表明,MgAl₂O₄夹杂物在液相中析出。FactSage计算得到钢中夹杂物相变规律,夹杂物预测种类与试验观察结果一致。对多粒子MgAl₂O₄夹杂物进行分析,发现腔桥力远远大于毛细管作用力、范德瓦尔斯力、黏滞力。因此,腔桥力是诱导MgAl₂O₄夹杂物发生聚集的主要作用力。钢液条件为温度升高、低a_O(氧活度)、低w([S])时,腔桥力数值较小,引起MgAl₂O₄夹杂物的聚集能力最弱。     

微镁脱氧时间对钛脱氧钢夹杂物特征的影响

先将C-Mn钢在1600℃下钛脱氧15min,然后再加入MgSi合金脱氧不同时间,最后对脱氧后试样进行淬火冷却.采用ASPEX Explorer夹杂物电镜/能谱自动分析仪研究了微镁脱氧时间对钛脱氧钢夹杂物尺寸分布、成分及形貌的影响.随着微镁脱氧时间的增加,夹杂物粒子数量逐渐减少,尺寸有所增加,夹杂物粒子尺寸分布符合正态分布;富MgAl₂O₄及TiO_x复合夹杂物聚合上浮,夹杂物类型由富MgAl₂O₄、MgO和TiO_x转变为富MgAl₂O₄和MgO复合夹杂物.另外,减少镁脱氧时间有益于提高单位体积夹杂物粒子数量以及获得细小的富MgAl₂O₄、MgO及TiO_x夹杂物粒子铸态试样.     

含锰磁铁矿球团氧化固结机理分析

为促进含锰磁铁矿在球团上的应用,通过造球试验,并借助X射线衍射和扫描电子显微镜等检测手段,系统地分析了Mn₃O₄对球团矿氧化固结机理的影响。结果表明,随着Mn₃O₄质量分数从0%增加至7%,球团抗压强度从2 458 N/个降到1 810 N/个,孔隙率从22.7%增大至26.2%。随着Mn₃O₄的增加,在赤铁矿晶界和硅酸盐相中形成新的MnFe₂O₄固熔体,固熔体扩大了基体中的裂纹,破坏了赤铁矿的连续结晶;硅酸盐含量增加也极大地抑制了赤铁矿晶粒的生长,使含锰球团的基体由致密变为多孔,球团矿强度降低。故对生产企业来说,Mn₃O₄对球团的固结强化有负面影响,其适宜的质量分数应在3%以内。     

Structural and Electrical Properties of Layered Pervoskite Manganites Nd2-2x Sr1＋2x Mn2O7 （x=0.25, 0.3, 0.4）

Tetragonally layered perovskite manganites of Nd2-2xSr1＋2xMn2O7（x =0.25, 0.3, 0.4） were fabricated by using solid-state reaction technique. Structural characterization of the compounds was investigated by X-ray diffraction （XRD） and FT-IR absorption spectra. The XRD patterns revealed that all the samples were single phase. X-ray photoemission spectroscopy （XPS） was used to investigate their electronic structures. It was found that manganese was in mixed states of Mn^3＋ and Mn^4＋ whereas lattice oxygen and chemical absorbed oxygen were existed in all the samples. The high temperature electrical properties of Nd2-2xSr1＋2xMn2O7 （x = 0.3, 0.4） were measured by standard four-probe technique. The results showed that both compounds had semi-conductivity behavior in the temperature range of 300 - 1073 K, and the electrical conduction was dominated by thermally activated behavior above 500 K.     

含锰磁铁矿球团氧化固结机理分析

为促进含锰磁铁矿在球团上的应用,通过造球试验,并借助X射线衍射和扫描电子显微镜等检测手段,系统地分析了Mn₃O₄对球团矿氧化固结机理的影响。结果表明,随着Mn₃O₄质量分数从0%增加至7%,球团抗压强度从2 458 N/个降到1 810 N/个,孔隙率从22.7%增大至26.2%。随着Mn₃O₄的增加,在赤铁矿晶界和硅酸盐相中形成新的MnFe₂O₄固熔体,固熔体扩大了基体中的裂纹,破坏了赤铁矿的连续结晶;硅酸盐含量增加也极大地抑制了赤铁矿晶粒的生长,使含锰球团的基体由致密变为多孔,球团矿强度降低。故对生产企业来说,Mn₃O₄对球团的固结强化有负面影响,其适宜的质量分数应在3%以内。     

石油套管钢管壁内缺陷的形成机理

针对某石油套管钢管壁内缺陷,采用扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)分析,并结合FactSage8.0软件计算进行研究,结果表明缺陷纵向面主要由浅条纹及深条纹组成,浅条纹处存在大量MgO·Al₂O₃夹杂物,深条纹处有大量的Al₂O₃、MgO·Al₂O₃、CaO·Al₂O₃·SiO2等夹杂物聚集在一起.缺陷横截面上的夹杂物主要为Ca O·Al₂O₃·SiO₂、CaO·Al₂O₃·MgO和CaO·Al₂O₃·MgO·SiO₂3类.推测钢管壁内缺陷形成机理主要为：(1)大包钢水在浇注末期钢水卷带钢包渣进入中间包钢水中,该渣滴随后吸附钢中高Al₂O₃含量的微细x Al₂O_3<...     

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.