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.      

Al对稀土处理C-Mn钢连续冷却组织转变的影响

研究Al预脱氧对Ce处理钢夹杂物和显微组织的影响,利用热力学计算、带能谱的扫描电镜和DIL805A热膨胀仪检测进行了对比研究。得到如下结论:Ce处理后钢中的主要夹杂物从MnS转变为Ce2O2S+MnS,Al脱氧能使Ce处理钢中夹杂物转变为CeAlO3+Ce2S3+MnS。Ce处理C-Mn钢连续冷却过程有利于获得晶内铁素体的冷速为2~8℃/s。Al脱氧能改变诱导晶内铁素体形核的核心夹杂物种类,诱导铁素体形核的能力降低,且Al能够使Ce处理钢连续冷却组织转变(CCT)曲线向左上方移动,促进铁素体在晶界形核,不利于Ce处理后晶内铁素体的形成。Al脱氧Ce处理C-Mn钢在冷速为2~5℃/s时,由于夹杂物核心成分的改变与Al合金化作用导致晶内铁素体含量较未用Al脱氧Ce处理钢少。     

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。     

钙处理对稀土在大线能量焊接HAZ中作用的影响

 为了探明钙处理对稀土改善C-Mn钢焊接HAZ韧性作用的影响,利用Gleeble模拟了热输入为339 kJ/cm的焊接热循环过程,对比研究了稀土处理钢和Ca-稀土处理钢焊接HAZ中夹杂物、显微组织和低温冲击韧性差异,分析了钙对稀土在HAZ中作用的影响规律,发现钙处理能促进稀土改善HAZ低温冲击韧性。钙能使稀土处理钢HAZ中的夹杂物从稀土氧化物复合夹杂转变为稀土-Ca的复合夹杂,平均尺寸从1.5增大到2.2 μm,长宽比从1.5减小到1.4,夹杂物总量降低。虽然钙对稀土处理钢HAZ中晶内针状铁素体的含量影响不大,但钙能增强稀土对HAZ原奥氏体晶粒粗化的抑制作用,Ca-稀土处理钢HAZ原奥氏体晶粒尺寸比稀土处理钢小。热输入为339 kJ/cm时,钙处理能使稀土处理钢HAZ低温冲击韧性明显提高。     

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%.      

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。     

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。     

镁处理对AISI4130钢组织及夹杂物的影响

提高铸坯等轴晶比例、细化组织对提高钢的力学性能具有重要意义。对AISI4130钢进行镁处理试验,采用SEM、低倍组织观察及微观组织分析,分析镁对钢中夹杂物控制、凝固组织及微观组织影响的内在机理。研究表明镁处理后铸锭等轴晶比例增加,平均晶粒尺寸减小;当镁质量分数在0.002%～0.006%时,等轴晶比例随镁含量增加而增加;镁处理后钢中Al₂O₃、MnS变质为Al-O-Mg-Mn-S复合夹杂物,镁含量较高时MgS-MnS成为钢中最主要夹杂物;镁处理后钢中1～2μm的夹杂数量密度明显增加,5μm以上的夹杂物占比显著降低;镁处理试样组织中有明显以镁氧化物复合夹杂粒子为核心长大的针状铁素体,镁质量分数为0.009%和0.023%的AISI4130铸锭显微组织为相互交错的细小针状铁素体组织,冲击韧性显著提升,冲击功平均值约为镁处理前AISI4130钢的3倍。     

钛处理对EH36船板钢中夹杂物及组织特征影响

 为了研究结晶器喂钛线对EH36船板钢中夹杂物的影响,采用无水有机溶液电解分离提取钢中夹杂物,结合扫描电镜和能谱仪分析其三维形貌,尺寸和成分。试验结果表明,在结晶器喂钛线后,钢中硅铝酸钙夹杂物+外包裹MnS转变为硅铝酸钙钛+MnS夹杂物,三维表面从光滑转变为粗糙多孔的形貌。在焊接热模拟后的试样中,组织形貌从未加钛试样中的晶界铁素体和侧板条铁素体转变为钛处理试样中的针状铁素体,且夹杂物周围铁素体从块状转变为针状,韧性提高了70 J。通过热力学理论计算,分析船板钢中含钛氧化物夹杂物形成条件。计算结果表明,钛、铝与氧反应生成氧化物的过程存在竞争关系,当钢中钛质量分数为0.02%时,钢液中应严格控制铝质量分数不高于0.003 5%,才能保证钢液中大量生成含钛氧化物粒子。     

Ce/Ce-Zr夹杂物诱导高强船板钢中针状铁素体形核行为的研究

研究了FH40高强船板钢经稀土合金化处理后夹杂物诱发铁素体的变化行为,利用扫描电子显微镜（SEM）和能量衍射谱（EDS）等手段观察分析了钢中稀土夹杂物的形貌特征以及诱发形成IAF的行为机制。研究结果表明：经Ce或Ce-Zr复合处理后,稀土复合夹杂物形状得到球化,且均能诱发针状铁素体形成;单独Ce处理形成的Al-Ce-O+MnS夹杂物诱导针状铁素体行为可用贫Mn区机制和惰性基底机理解释,而Ce-Zr复合处理形成的CeZr-O+MnS夹杂物诱导针状铁素体行为只能用贫锰区机制解释。     

Effects of rare earth addition on microstructure of C–Mn steel

Abstract

The microstructures were observed in C–Mn steel and statistical analysis of the inclusions produced when trace amounts of rare earth were added to the steel. The results show that the content of intragranular acicular ferrite decreased in the order of being treated with La+Ce/La/Ce in C–Mn steel after the treatment of different kinds of rare earths. The optimum mass ratio of La and Ce for La+Ce combined treatment is 3:1.The best incubation time after Le+Ce (3:1) treatment is 5?min. The size of inclusion nuclei favouring intragranular acicular ferrite nucleation concentrates in the range of 1–4?μm. The disregistries between rare earth inclusions and α-Fe are small, which plays an important role in rare earth inclusions inducing intragranular acicular ferrite nucleation.     

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。     

Nucleation Behavior Analysis of Intragranular Acicu-lar Ferrite in a Ti-killed C-Mn Steel

By using a Gleeble 3500Dthermo-mechanical simulator,the nucleation behavior of intragranular acicular ferrites(IAF)was studied in a Ti-killed C-Mn steel.During continuous cooling transformation,the allotriomorphic ferrite(AF)and ferrite side plate(FSP)microstructures grew more rapidly with the temperature decreasing from800to 650℃,and the IAF microstructure was dominant within austenite grain with further cooling to 600℃.The diffusion bonding experiment and the effect of C,Mn and Si concentrations on the Ae3temperature by thermodynamic calculation confirm that Ti2O3itself absorbs neighboring Mn atoms to form Mn-depleted zone(MDZ),which promotes the nucleation of IAF microstructure effectively.High temperature holding tests indicate that the nucleation potential of IAF microstructure was lowered in the Ti-killed C-Mn steel when it was treated at high temperature(1 250℃)for a longer time,which is attributed to the saturated absorption degree of Mn atoms by titanium oxide.     

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。      

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。     

晶内铁素体及其组织控制技术研究概况

介绍了晶内铁素体的组织特点以及晶内铁素体组织对钢材力学性能的影响,得出晶内铁素体能显著提高钢的冲击韧性。详细阐述了晶内铁素体的形核机理,分析表明目前晶内铁素体形核机理仍不够完善,尚未形成统一的机制。同时介绍了钛氧化物、MnS、稀土氧化物等促进晶内铁素体形核的夹杂物,指出含Ti复合夹杂物是理想的晶内铁素体形核核心。最后分析了夹杂物尺寸、冷却速度对晶内铁素体形核的影响,并简述了一些晶内铁素体组织控制技术,结果表明Ti-B 处理、Ti-Mg处理效果优于单独的Ti处理。     

低合金高强钢针状铁素体组织特征和形成机理

针状铁素体是一种具有大角度晶界、高位错密度的板条状中温转变组织,该组织能有效细化晶粒并具有良好的强韧性匹配.因此,通常在低合金高强度钢焊缝和粗晶区中,利用细小的夹杂物来诱导针状铁素体形成,形成有效晶粒尺寸细小的针状铁素体联锁组织或者针状铁素体和贝氏体的复合组织,使其具有良好的韧性.然而,相关研究对针状铁素体组织的形成机理和控制原理的解释并不十分清楚,对于针状铁素体的定义和理解也存在差异.总结了针状铁素体的本质、相变、形核、形态、晶体学取向关系、长大行为、细化机理和力学性能等方面的特征,归纳了奥氏体晶粒尺寸、转变温度、冷却速度、夹杂物类型和尺寸等对针状铁素体形成的影响,提出了针状铁素体组织形态和转变机理方面几个仍需深入研究的问题和方向.