利用Ca、Zr和稀土的氧化物冶金技术最新进展

为了研究氧化物冶金技术对提高厚钢板焊接性能的影响，归纳总结了国内外利用强脱氧剂Ca、Zr和稀土的氧化物冶金技术的最新进展。随着Ca含量的升高，亚微米级TiN粒子的平均尺寸变化不大，纳米级TiN粒子的平均尺寸下降，亚微米级TiN粒子和纳米级TiN粒子数量明显增多。在焊接热输入400 kJ/cm条件下，含质量分数25×10^-6的Ca对HAZ组织的细化效果和低温冲击韧性的改善效果最好。含质量分数150×10^-6的Zr钢，粗晶热影响区在钢样中获得了良好的冲击韧性，在热输入400 kJ/cm高达230 J。加稀土元素后，小尺寸夹杂物数量密度上升，平均尺寸下降。含质量分数23×10^-6的Ce钢，在热输入为25 kJ/cm条件下，冲击功提高到215 J左右，韧性增强效果尤为明显。对比加Ca、Zr和REM的氧化物冶金作用机理，加Ca可以促进纳米级TiN粒子的增量细化析出，具有一定的抑制奥氏体晶粒长大的效果，同时还可以明显促进晶内铁素体的生长。加Zr也具有一定的抑制奥氏体晶粒长大的效果，还容易形成大量含Ti的复合氧化物夹杂，通过吸附MnS...     

稀土和Ca、Mg元素对高强度钢焊接热影响区组织和韧性的影响

研究了低合金高强度非调质中厚板钢中添加稀土(REM)和Ca、Mg微量元素对大线高能焊接热影响区(HAZ)显微组织微细化和晶内针状铁素体(IAF)形成的影响.结果表明,添加REM和Ca、Mg元素可在钢的HAZ中形成弥散稳定的氧硫化物(CeCa)2O2S和(CeMg)2O2,热轧奥氏体化(1450℃)和焊接热输入10 kJ/mm时都十分稳定,比传统采用TiN强化的钢具有更优良的低温韧性.有效地控制细小弥散的氧硫化合物,能获得适中的奥氏体有效晶粒尺寸和提供HAZ中形成晶内针状铁素体及稳定活性的形核位置.促进晶内铁素体协同形核生长,有效地使得HAZ组织微细化.     

120 t BOF-LF-RH-CC流程冶炼石油套管钢时TiN的析出和控制

石油套管用钢(/%:0.26~0.29C,0.25~0.35Si,0.40~0.50Mn,≤0.009P,≤0.004S,0.95~1.05Cr,0.09~0.11V,0.02~0.04Al,0.015~0.020Ti,≤0.0060N)的生产流程为铁水预处理-120 t BOF-吹氩-LF-喂CaSi线-RH-合金化-喂CaSi线-软吹氩-Φ220 mm圆坯连铸工艺。通过热力学分析得出钢中N含量超过50×10^-6以及工业试验得出生产的圆铸坯中的N含量为67×10^-6时,在铸坯中易形成2μm以上的TiN夹杂。通过控制BOF终点[N]≤30×10^-6,LF终点[S]≤25×10^-6,[O]≤25×10^-6,[N]≤35×10^-6,RH合金化后终点[N]≤35×10^-6,[H]≤1.5×10^-6,稳定喂CaSi线速度300~400 m/min,控制中间包[N]≤40×10^-6,严格连铸保护浇铸工艺,则铸坯中的N含量≤50×10^-6,钢中TiN夹杂数量显著下降,未发现大尺寸TiN夹杂物。     

高硫塑料模具钢中硫稳定性控制基础研究

基于高硫塑料模具钢典型缺陷检测和MnS析出行为研究,结合热力学计算和工业试验探索了高硫塑料模具钢精炼过程硫稳定性控制手段。结果表明,MnS夹杂是裂纹产生的原因之一。MnS在1 708 K开始析出,且优先发生位错形核。MnS发生晶界形核的最快沉淀析出温度为1 573 K,并在铸坯加热过程明显长大。综合高硫塑料模具钢精炼顶渣物化性质、硫容量和硫分配比的理论研究,确定最优精炼顶渣成分范围：1.55≤(w(CaO)/w(SiO₂))≤1.7、24%≤w(Al₂O₃)≤28%、1.4≤(w(CaO)/w(Al₂O₃))≤2.3、7%≤w(MgO)≤9%和2.5%≤∑w(FeO+MnO)≤4.0%。精炼顶渣成分与精炼工艺优化后,VD出站到中包钢中硫平均降低质量分数由108×10^-6减少至30×10^-6,平均Al_s损由24.9×10^-6减少至14.2×10^-6,实现了模具钢中硫稳定性...     

Nb-V-Ti-N微合金化结构钢中碳氮化物析出的热力学分析与实验研究

为了更好地研究Nb-V-Ti-N微合金化结构钢中碳氮化物(MX)的析出行为,通过Thermo-Calc热力学软件并辅以TCFE8数据库分析了钢中析出碳氮化物的种类、数量、温度及成分,并利用场发射扫描电镜、透射电镜和能谱仪分析了碳氮化物的形貌、成分、尺寸及分布。结果表明,钢中MX析出相分别为面心立方结构的富Ti高温析出相、富Nb中温析出相和富V低温析出相;随Nb质量分数由0.050%增至0.100%,富Nb相析出温度由1 210℃升高到1 270℃,析出量由6.877×10^-4增加到1.265×10^-3,而富Ti和富V相析出温度分别由1 451℃和1 080℃降低到1 434℃和1 020℃,析出量分别由3.663×10^-4和5.562×10^-3减少到2.331×10^-4和5.281×10^-3。实验研究得到的非平衡条件下MX析出特征与热力学计算结果基本一致：高温奥氏体区析出的亚微米颗粒能够钉扎晶界,诱导晶内铁素体形成,提高细晶强化效果;而中温两相区和低温铁素...     

铌微合金化高强钢中NbC析出相的生成机理

微合金化与热处理工艺是提升钢材性能最主要的两种方法.本文以DH980高强钢中NbC析出相为对象,研究了铌含量分别为210×10^-6、430×10^-6和690×10^-6和热处理温度分别为1000、1100、1200和1300℃的条件下,高强钢中NbC析出相的析出行为.使用高温硅钼炉熔炼DH980连铸坯并添加不同Nb含量进行铌合金化,再将所得水冷样置于硅钼炉中完成不同温度下的热处理实验,然后使用夹杂物自动扫描电镜对实验样品进行夹杂物扫描、统计.经分析,铌微合金化后的高强钢中主要的夹杂物为Al₂O₃、MnS和NbC,其中,NbC析出相的尺寸范围为0.7～6.0μm,而1.0～2.0μm尺寸的NbC居多.使用Factsage热力学计算软件计算NbC析出温度及析出量,随着钢中铌含量从210×10^-6增加至690×10^-6,NbC析出相的最高析出温度逐渐升高,分别为1125、1200和1260℃,NbC析出率(NbC质量与所有夹杂物质量的比值)也...     

IF钢210 t RH精炼过程中调钛时机对洁净度的影响

通过在210 t RH精炼IF钢3个浇次的试验,采用扫描电镜详细研究了RH精炼过程中调Ti时机对IF钢洁净度的影响。结果表明,加Al后2、4、6 min调Ti,RH结束时钢液中的N含量平均分别为26.7×10^-6、23.6×10^-6、27.4×10^-6。当吹氧升温所耗氧气量在30~40 m³,RH到站氧平均为579×10^-6时,RH结束T［O］为70.3×10^-6,当吹氧升温氧耗量在75~90 m³,RH到站氧平均为669×10^-6时,RH结束T［O］为109.2×10^-6。随着加Al前氧活度增加,RH结束时T［O］总体呈增加趋势。加Al后6 min调Ti钢中5 μm当量直径夹杂物数量密度最低为9.32个/mm²,夹杂物数量密度最低。     

Nb对V、N微合金化压力容器钢珠光体形态及低温韧性影响

为了在保证强度同时提升压力容器钢低温韧性，以铌(Nb)取代部分钒(V),研究Nb的添加对V、N微合金化正火压力容器钢板显微组织和力学性能的影响。结果表明，Nb+V试验钢相比于V试验钢，在强度保持630 MPa的同时可显著提升低温冲击韧性，-20、-40、-60℃冲击吸收功分别提升59、44、29 J。原因主要为Nb的添加促进了细小铁素体转变，其含量的增加使钢的塑韧性增强。此外V和Nb+V钢中碳原子扩散系数在平均转变温度下分别为2.64×10^-13、2.14×10^-13 cm²/s, Nb的添加降低了珠光体生长速度、增加了珠光体转变过程中的过冷度，从而细化了珠光体团簇和片层间距。EBSD分析可知以Nb取代部分V后试验钢有效晶粒尺寸由7.7μm减小至5.8μm,大角度晶界比例由83.1%增加至85.5%。微合金元素Nb的细晶作用及对大角度晶界比例提升的贡献也可以大幅提高钢的低温冲击韧性。     

冷镦钢冶炼用新型复合脱氧剂的研究

用1kg MoSi₂炉实验研究了成分(%)为≤0.08C,≤0.06Si,≥0.02Al的SWRM6冷镦钢用2.5kg/t Al块+2.5kg/t 复合脱氧剂包芯线或5.0kg/t AlMgFe块脱氧后钢中溶解氧含量-[O]和夹杂物成分的变化。结果表明,在1873℃钢中初始溶解氧为600×10^-6~850×10^-6时,Al脱氧30min后,[O]为6×10^-6~17×10^-6,再经喂复合脱氧剂包芯线30min后,除喂FeCaAl线的炉次[O]较高为13×10^-6,喂FeSiMgBaCaAl、FeMg-CaAl、FeCa线炉次的[O]均达到3×10^-6~4×10^-6。单用70%~80%Al-10%~15%Mg-Fe合金脱氧30min后的炉次的[O]即达到4×10^-6。典型夹杂物分析表明,用AlMgFe合金脱氧产生较大颗粒夹杂物,易上浮排除。     

转炉底吹模型优化

研究了不同底吹强度对转炉终点w[C]w[O]积、炉渣w(TFe)、钢铁料消耗的影响关系,通过提高转炉底吹强度、改善熔池搅拌促进碳氧反应平衡、降低转炉终点碳氧积的效果,实现降低过钢钢水总氧、炉渣中w(TFe)、钢铁料目标。结果表明,转炉底吹强度由0.037 m³/(t·min)提高到0.06 m³/(t·min)后,实际生产过程中,转炉终点w(O)由713×10^-6降低到456×10^-6,转炉终点碳氧积由0.29×10^-6下降到0.26×10^-6,转炉渣中w(TFe)由27.21%降低到16.58%,钢铁料消耗降低1.78 kg/t。     

IN718镍基高温合金熔体脱氮和TiN析出热力学研究

低氮含量可控制TiN夹杂物生成,从而提高镍基高温合金冶金质量和综合性能。通过比较镍基和铁基金属液中标准吉布斯自由能和合金元素对N、Ti活度相互作用系数的差别,指出镍基和铁基中两套不同的热力学数据,二者不能混用。以目前已有的镍基高温合金的热力学参数建立了IN718合金脱氮热力学模型,得出在满足其他冶炼条件的前提下,适当降低温度和提高真空度以降低氮气分压是降低合金液中氮含量的直接手段,以及不同合金元素加入对脱氮的不同影响。同时,建立TiN析出的热力学模型以及偏析模型,计算结果得出,在IN718的生产温度1 450℃条件下,控制合金液中的w[N]在43.69×10^-6以下,凝固过程中溶质元素N、Ti在液相中富集TiN析出,计算析出温度为1 468 K,此时固相分率fs为0.829。若要控制固相分率fs分别在90%或95%以上才会析出TiN夹杂物,w[N]需分别控制在25.00×10^-6和15.00×10^-6以下。     

C82DA帘线钢中TiN夹杂的控制

TiN夹杂是导致C82DA帘线钢拉拔成丝或捻股过程中断丝的主要原因之一。采用110 t BOF-LF-150 mm×150 mm CC的冶炼工艺生产C82DA钢。经对TiN析出条件的研究,可通过降低钢液中的Ti和N含量来减少TiN夹杂。通过控制转炉下渣量,使用Ti含量低的合金及渣料,控制钢包残渣量等措施来降低钢液中Ti含量;采用降低BOF出钢时间至≤4 min,维护好出钢口避免散流和细流,对连铸长水口进行优化等措施降低增N量。可控制C82DA钢中Ti含量≤2×10^-6和N含量≤50×10^-6,使TiN夹杂得到了显著降低。     

410不锈钢脱氧与夹杂物控制的热力学研究

通过分析钢液-夹杂物之间的热力学平衡关系,考察了1 873K时410不锈钢中[Ca]、[Mg]和[Al]变化对410不锈钢夹杂物析出的影响,获得了低铝含量410不锈钢钢液析出低熔点夹杂物的钙含量、铝含量控制范围和抑制镁铝尖晶石生成的镁含量范围。即w([Al])在40×10-6时,控制w([Ca])在(2.6~38)×10-6,w([Mg])0.2×10-6;w([Al])在160×10-6时,控制w([Ca])200×10-6,w([Mg])7×10-6。     

Ce对Q235B钢中夹杂物和力学性能的影响研究

为研究Ce加入量对Q235B钢中Ce含量、钢中气体含量、力学性能以及夹杂物的影响,进行了低合金钢Q235B在25 kg真空感应加热炉添加Ce的研究,对试验样品分别进行了Ce含量、Ce固溶比、氧氮含量、力学性能及夹杂物评级等分析。结果表明,在低合金钢Q235B中添加Ce的收得率最高为23.33%,最低为19.11%。在Ce含量小于670×10^-6时,固溶比均为50%左右,当Ce加入量为670×10^-6及860×10^-6时,Ce固溶比波动极大;Ce含量与氧氮含量的关系呈降低→增加→降低→增加关系;Ce含量对Q235B力学性能无明显改变;钢中Ce含量在0至60×10^-6之间,钢中B类夹杂物评级为0,当Ce含量在200×10^-6至330×10^-6之间时,钢中B类夹杂物评级增加,当Ce含量在400×10^-6至560×10^-6之间时,B类夹杂物评级降低,当Ce含量为670×10^-6及860×10     

微合金元素钒和铌对诱发针状铁素体的影响

 氧化物冶金是将非金属夹杂物变害为利，它是利用钢中高熔点粒子改善钢的组织，进而改善钢板焊接热影响区（HAZ）性能的有效手段。以DH36级船板钢为依托钢种，根据二维错配度理论，系统研究了不同微合金元素铌和钒对船板钢铸态组织中诱发奥氏体晶内针状铁素体(IAF)的影响。研究表明，根据错配度理论，微合金元素钒易于铌诱发IAF，但是当奥氏体向铁素体转变时，微合金元素钒的第二相粒子在钢中析出温度低、析出量少，所以微合金元素铌充分细化了钢的铸态组织、轧态及焊接HAZ组织，HAZ低温冲击韧性约为微合金元素钒的4倍，达到工业化生产大线能量焊接用钢板的要求。     

VD低碱度渣对GCr15轴承钢夹杂物的影响

为了减轻铝脱氧GCr15轴承钢中B类和D类夹杂物的危害,开展了VD低碱度渣和正常碱度渣精炼的对比工业试验研究。结果显示,与正常碱度精炼渣相比,碱度为1.96的精炼渣可使连铸坯中塑性夹杂物比例由14.81%上升为40.65%;同时,全氧(T. O)含量由7.7×10^-6下降至4.9×10^-6,全铝(T. Al)和酸溶铝(AlS)含量由279×10^-6、210×10^-6分别下降至80×10^-6、75×10^-6。热力学计算表明,低碱度精炼渣引起钢液中[Si]活度增大使复合夹杂中Al2O3(inc)含量下降,钢中酸溶铝(AlS)含量落在与塑性夹杂物平衡对应的等铝浓度线范围内,理论计算与试验结果吻合。VD低碱度渣精炼有利于实现轴承钢夹杂物塑性化控制。     

BOF-RH-CC与BOF-LF-CC流程对冷镦钢ML08Al洁净度的影响

分析了“BOF-RH-CC”和“BOF-LF-CC”两种工艺流程生产的ML08Al钢中非金属夹杂物类型、数量密度及总氧变化。结果表明,两种流程转炉脱氧合金化后钢中非金属夹杂物主要为Al₂O₃;采用“BOF-LF-CC”流程,LF精炼结束钢中部分非金属夹杂物由Al₂O₃转变为Al₂O₃·CaO和Al₂O₃·MgO;而采用“BOF-RH-CC”流程,RH真空后钢中非金属夹杂物仍然以Al₂O₃为主。转炉出钢脱氧合金化后,钢水中总氧含量27.8×10^-6～31.5×10^-6,经过LF精炼后,总氧含量为20.2×10^-6～22.5×10^-6,而经过RH处理后,总氧含量为14.7×10^-6～15.3×10^-6。LF精炼和RH真空处理对夹杂物数量的去除率分别为49.6%和80.9%。因此,“BOF-RH-CC”工艺流程生产的ML08Al钢水洁净度优于“BOF-LF-CC”工艺流程生产的钢水。     

石油钻杆连接套用37CrMnMo钢的生产实践

本钢采用50 t偏心底电弧炉熔炼-LF(VD)-喂Al和Ca-Si线-3.16 t铸锭-800/650×4轧机流程生产Φ140～170 mm石油钻杆连接套用37CrMnMo钢(％:0.35～0.38C、0.85～1.00Mn、0.90～1.20Cr、0.28～0.33Mo、≤0.015P、≤0.008S)。检验结果表明,钢材中H含量(0.5～1)×10^-6,O含量(8～20)×10^-6,N含量(55～90)×10^-6,夹杂物0～2级,J₂₅淬透性HRC值42～51,-10℃横向冲击功56～218 J,-10℃纵向冲击功76～233 J,强度和塑性均满足标准要求。     

EAF→LF→VD→CC流程SAE8620RH齿轮钢中夹杂物分析

针对国内某钢厂采用EAF→LF→VD→CC流程生产的SAE8620RH齿轮钢中夹杂物,通过SEM-EDS和热力学计算研究了夹杂物的形成机理和演变规律。结果表明,钢中的复合夹杂物主要是以MgO·Al₂O₃为核心外部包裹CaS的复合形式存在。LF精炼初期夹杂物主要为MgO·Al₂O₃,外部包裹有少量的CaS;经过钙处理后,部分MgO·Al₂O₃被改性为液态钙铝酸盐;经VD真空处理后,MgO·Al₂O₃外部包裹的CaS比例明显增加;铸坯中MgO·Al₂O₃外部重新析出MnS,形成MgO·Al₂O₃-(Ca, Mn)S。当钢液中的w(Al)=0.03%时,w(Mg)=1.85×10^-6就可以生成MgO·Al₂O₃。在LF精炼初期,CaS主要是[S]和[Ca]直接反应生成...     

N含量对硼钢35MnB末端淬火性能的影响

35MnB钢由40 t EAF-LF-VD-180 mm×180 mm连铸的电弧炉流程和100 t BOF-LF-RH-200 mm×200mm连铸转炉流程冶炼。35MnB钢技术协议要求J19 HRC值为33～41。试验结果表明,电弧炉流程生产的35MnB钢J19HRC值为25～28,转炉流程生产的35MnB钢末端淬火试验J19HRC值为36～41。对比分析了电弧炉流程和转炉流程生产的35MnB钢的末端淬火性能。分析得出,电弧炉流程生产的35MnB钢中的平均N含量高达(80～90)×10^-6、转炉流程为(45～50)×10^-6,电炉钢中高N含量影响了B对提高钢材淬透性的作用,为了保证钢材末端淬火性能,应控制钢中N含量≤50×10^-6。