镁处理对低碳微合金钢中夹杂物和凝固组织的影响

以低碳微合金钢HR60为研究对象,探讨了镁处理对钢中夹杂物变性以及凝固组织的改善作用。研究得到如下结论:镁处理对车轮钢中Al_2O_3具有显著的变质作用,当钢中Mg质量分数为0.002 6%时,夹杂物变质充分,基准钢中Al_2O_3+Mn S夹杂物变质为Mg O·Al_2O_3+Mn S或Mg O·Al_2O_3+Mn S+(Ti,Nb)(C,N)夹杂物;镁处理后钢中夹杂物平均粒径减小,数量显著增多,尺寸小于2μm的夹杂物数量占60%以上,细小夹杂物在钢中呈弥散分布;试验钢经过镁处理后,铸态组织由"多边形铁素体+珠光体"演变为"多边形铁素体+珠光体+针状铁素体"混合组织,针状组织在一定程度上细化了凝固组织;理论计算表明,降低钢液与夹杂物之间的界面能,减小夹杂物与钢液之间的润湿角(θ),是镁处理钢中夹杂物细化的重要原因。     

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。      

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.     

微量钛镁复合处理对低碳钢中夹杂物和组织的影响

对低碳钢进行钛镁复合处理,通过SEM-EDS和金相显微镜表征钢中夹杂物的特征(种类、尺寸、分布)和微观组织变化,探讨夹杂物诱导形核的可能机制。结果表明:钛镁复合处理后,钢中77%的夹杂物尺寸小于4μm,单位体积的夹杂物数量提高了48%;(Ti,Mg)Ox-MnS型复合杂物具有促进晶内铁素体形核的能力;贫Mn区是(Ti,Mg)Ox-MnS型复合夹杂物诱导晶内铁素体形核的可能机制。     

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。     

含硫易切削钢夹杂物控制试验研究

通过高温试验研究了钙处理和镁处理对含硫易切削钢中夹杂物的控制效果。钙处理后钢中夹杂物为CaAl-O+(Ca,Mn)S复合夹杂物、(Ca,Mn)S以及Mn S夹杂物;镁处理后钢中夹杂物为Mg Al2O4+(Mg,Mn)S、Al2O3+Mn S复合夹杂物、(Mg,Mn)S以及Mn S夹杂物。钙处理和镁处理后钢中的复合夹杂物所占比例分别为0.67%和3.57%。镁处理后钢中Ⅱ类Mn S夹杂物明显减少,91.7%的夹杂物尺寸小于3μm,纺锤率达到72.5%,其对夹杂物的控制效果优于钙处理。     

镁处理对CGHAZ冲击韧性及裂纹扩展的影响

通过镁处理Q345GJ钢引入含镁的复合夹杂物,研究其对大线能量焊接(线能量为100 kJ/cm)粗晶热影响区(CGHAZ)组织和断裂韧性的影响。结果显示,试验钢经镁处理后CGHAZ韧性值明显提高(冲击功由56 J提高到108 J)。主要原因为,镁处理钢在CGHAZ焊接热循环冷却过程中优先形成含镁的复合夹杂物,作为高表面能的惰性基体,其周围形成的贫锰区和高能应变场共同促进针状铁素体(AF)形核,AF体积分数为(82.9±2.0)%,宽度为(0.96±0.1)μm(无镁处理钢对应为(32.4±1.5)%、(3.13±0.2)μm);研究了大线能量焊接后CGHAZ冲击试样中微孔的形成及裂纹扩展,两种试验钢夹杂物附近均存在大量位错,变形过程中位错通过夹杂物时形成位错环堆积引起局部应力集中;当应力积累到无法使相邻晶粒的位错源开启时,不利于滑移取向上的应力达到临界值导致微孔的产生,相邻微孔在外力作用下连接形成裂纹。无镁处理钢CGHAZ区域微孔更为密集,受力后更易形成微裂纹。镁处理钢CGHAZ区域大角度晶界比例为80.2%、几何必要位错密度(GND)为0.806、局部取向差分布值(KAM)为0.91...     

稀土-镁复合处理对GCr15轴承钢中夹杂物的影响

为了尽可能的去除钢中大颗粒的夹杂物,在实验条件下通过向GCr15轴承钢中添加适量镁、稀土对夹杂物进行改性,并利用Aspex夹杂物自动分析仪和扫描电镜对钢中改性后的夹杂物尺寸、类型、形貌等进行了观察、分析,研究了稀土-镁复合处理对夹杂物的影响规律.研究结果表明,对轴承钢中加入微量镁处理,可将未进行镁处理钢中的MnS-Al_2O_3、MnS、Al_2O_3夹杂改性为以含硫、镁复合夹杂物为主,同时包含少量Al_2O_3、镁铝尖晶石夹杂.进一步采用稀土-镁复合处理后,钢中的夹杂物转变为主要以含Re-S-O夹杂物为主,Al_2O_3、MnS、镁铝尖晶石夹杂逐步消失,且夹杂物成球状分布,绝大多数夹杂物在5μm以下.稀土-镁复合处理轴承钢后,10μm以上的大颗粒夹杂物大大降低,钢中的夹杂物明显得到细化.钢中镁含量不变时,随着稀土含量的增加,大颗粒夹杂物比例明显下降.而在稀土含量相近的情况下,增加钢中的镁含量也有利于大颗粒夹杂物的去除.稀土-镁的相互作用进一步促进了夹杂物的细化.     

冷却速率对Ti-Zr处理钢针状铁素体转变的影响

 大线能量焊接技术在低合金钢中的广泛使用降低了低合金钢的低温韧性,向低合金钢中添加适量的钛、锆元素可以促进针状铁素体形核,细化晶粒组织从而提高低合金钢的低温韧性。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0.04%钛元素和0.014%锆元素;利用高温激光共聚焦显微镜原位观察了冷却速率对针状铁素体转变行为的变化;使用扫描电镜观察了Ti-Zr处理钢中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冷速下的微观组织变化差异。试验发现,随着冷却速率从1增加至10 ℃/s,侧板铁素体的开始转变温度从770.2降低至632.4 ℃,针状铁素体的开始转变温度从731.5降低至612.6 ℃,针状铁素体的面积分数从47.91%增加至68.04%,针状铁素体与侧板铁素体的面积分数比值从1.34增加至3.54,针状铁素体与侧板铁素体的开始转变温度与结束转变温度差的比值从0.52增加至0.83,针状铁素体与侧板铁素体的面积分数之比与其转变温度区间之比存在正比例关系;不同冷却速率下,Ti-Zr处理钢中的主要夹杂物为ZrO₂-TiN-MnS,并且ZrO₂-TiN-MnS夹杂物可以有效促进针状铁素体形核;一方面是因为生成的贫锰区增加了铁素体转变驱动功;另一方面是因为ZrO₂-TiN-MnS夹杂物与铁素体有良好的晶格匹配关系降低了针状铁素体在夹杂物表面形核的界面能。     

Ti-Al复合脱氧钢中夹杂物的析出行为及对钢的组织的影响

利用光学显微镜和扫描电镜、透射电镜对Ti-Al复合脱氧钢中夹杂物的析出行为进行了研究。结果表明：在Ti-Al复合脱氧钢熔炼试验中,通过采取钢熔化后先加碳、硅、锰、铌进行预脱氧,再加铝进行脱氧,最后再加钛进行终脱氧的脱氧合金化处理方式,钢中产生的夹杂物主要为Ti-Al复合夹杂物或Ti-Al-Mn等复合夹杂物,夹杂物尺寸为1-3μm,分布比较均匀。这些分布较均匀的细小夹杂物引起了周围钢组织的高密度位错,诱导了大量晶内针状铁素体的形成,细化了钢的组织,提高了性能。     

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。     

镁处理对430铁素体不锈钢夹杂物形成和凝固组织的影响

试验研究了0.000 5%～0.001 2%Mg对60 kg真空感应炉熔炼的430铁素体不锈钢(/%:0.04C、0.25～0.32Si、0.28～0.38Mn、16.5～16.9Cr)夹杂物形成和凝固组织的影响。结果表明,430钢液中添加镁合金后,钢中形成平均粒径更小,数量密度更大的含MgO复合夹杂物;镁合金的加入可以改善430钢的凝固组织,且浇铸温度越低,改善效果越明显,在1 580℃浇铸时,等轴晶率由常规钢的30.8%提高至镁处理钢的88.5%,相应等轴晶尺寸由1 741.6μm降至945.3μm。含MgO夹杂物与δ相二维错配度极小,可作为430钢有效异质形核剂,促进等轴晶的形成,抑制柱状晶的生长,细化凝固组织。     

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%.     

钢中铝对钛氧化物及针状铁素体形成的影响

通过热力学计算及实验,研究了Al含量对含Ti钢中的夹杂物和凝固组织的影响.研究发现:ω(Al)＞0.003%时,钢中形成的夹杂物为Al的氧化物,该类夹杂物不能促进针状铁素体的形成,组织由平行排列的侧板条铁素体组成.ω(AI)＜0.003%时,钢中形成大量的Ti、Al、Ca、Si、Mn复合氧化物夹杂,其颗粒小于3μm.复合Ti的氧化物具有促进针状铁素体形核的能力,组织由大量的针状铁素体组成.     

低合金高强钢微观组织转变机制

摘要：通过高温激光共聚焦显微镜原位观察低合金高强钢（Q345R）在热循环过程中微观组织演变规律,并结合扫描电镜和纳米压痕,研究不同类型铁素体形核、长大机制及硬度。结果表明,铁素体可在晶界、亚晶界及夹杂物上形核,多边形铁素体及链状晶界铁素体主要在晶界上形核,而侧板条铁素体可在晶界及亚晶界上形核,而针状铁素体则主要在夹杂物及已形成的铁素体上形核,且奥氏体晶界及晶内亚结构尺寸控制了铁素体尺寸;讨论了夹杂物特征参数对针状铁素体形核的影响规律,Al、Mg、Ca、S等元素的含量达到一定比值且尺寸在5μm以下的复合夹杂物更容易成为针状铁素体的诱导核心;硬度实验结果表明,不同类型铁素体组织硬度存在差别,针状铁素体硬度最大可达到4GPa。     

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。     

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。     

Mg含量对焊接热影响区夹杂物及组织的影响

通过焊接热模拟试验研究了钢中Mg含量对焊接热影响区夹杂物及组织的影响。研究结果表明,随着钢中Mg质量分数由0增加至27×10-6再到37×10-6,氧硫化物复合夹杂类型变化为Al_2O_3-Mn S→MgO+Al_2O_3+Ti2O3-Mn S→MgO-Mn S;氧硫化物复合夹杂数量增加、尺寸减小。焊接热影响区组织变化为晶界铁素体+魏氏组织+侧板条铁素体→晶界铁素体+晶内针状铁素体→块状铁素体。利用Mg脱氧工艺生产的钢板经过400 k J/cm大线能量焊接后热影响区的-20℃冲击功都在100 J以上。     

Mg处理对X65管线钢中夹杂物的影响

在实验室用真空感应炉冶炼3炉X65管线钢,其中2炉钢进行镁处理。分析非镁处理钢和镁处理钢中夹杂物的变化特征,研究镁处理对X65管线钢中夹杂物的影响。结果表明:1)非镁处理钢中的夹杂物主要是Al_2O_3系夹杂,镁处理钢中的夹杂物类型主要是MgO-Al_2O_3系夹杂;2)镁处理钢中粒径小(1~5μm)的夹杂物比例相对较高,大颗粒( 15μm)夹杂物明显减少;3)粒径较大的夹杂物主要是Al_2O_3夹杂和靠近低熔点区域的夹杂,靠近镁铝尖晶石成分的夹杂物粒径较小,说明镁处理可使钢中夹杂物变得细小而分散;4)镁处理钢中存在大量的尺寸细小的MgO·Al_2O_3系夹杂物,可以为硫化物的析出提供形核核心,从而减少硫化物在晶界的析出数量。     

冷却速率对薄带连铸低碳钢微观组织的影响

摘要：为了探究冷却速率对薄带连铸低碳钢微观组织的影响,采用相变仪设备对铸带重新加热并进行不同冷却速率冷却,采用光学显微镜、场发射电子探针和电子背散射衍射等手段对微观组织和针状铁素体形核所利用的夹杂物进行了分析。结果表明,铸带经1200℃保温3min后,原奥氏体晶粒尺寸约为150～650μm,可以满足晶内针状铁素体形核对原奥氏体晶粒尺寸的需要。在2～5℃/s的冷却速率范围内,试样中得到了大量的针状铁素体组织,冷却速率为2℃/s的试样中大角度晶界所占比例约为60%;当冷却速率大于20℃/s,针状铁素体的形成受到抑制。铸带中针状铁素体形核所利用的夹杂物是Ti-Al-Si-Mn-O+MnS复合夹杂物。