帘线钢中氮含量对TiN析出的影响

 研究了攀钢新钢钒公司生产帘线钢72A过程中钢中氮含量变化对钢中TiN夹杂析出的影响。研究发现,随着钢中氮含量的升高,钢中析出的TiN夹杂数量变多,尺寸变大。热力学研究表明,在帘线钢中TiN一般只能在固相区形成,考虑元素偏析对凝固前沿元素富集的影响,凝固过程中TiN能在固液两相区析出。在帘线钢生产过程中,为了控制钢中TiN的析出,除了控制钛含量,控制钢中氮含量及氮偏析更加重要。理论计算结果表明,当钢中钛的质量分数控制在0.0003%~0.0005%区间时,将钢中氮的质量分数控制在0.0017%~0.0029%区间内能显著降低乃至杜绝帘线钢中TiN的析出。攀钢将帘线钢中钛、氮的质量分数分别控制在0.0005%以下和0.002%以下,显著减少了钢中TiN的析出,个别炉次中没有发现尺寸大于2μm的TiN夹杂。     

帘线钢中钛夹杂形成的热力学分析

对帘线钢中TiN夹杂的形成热力学进行了计算,通过理论计算表明,在帘线钢凝固过程后期,固液界面的TiN平衡浓度积较低,易形成钛夹杂.相对碳含量较低的帘线钢而言,碳含量较高的帘线钢在凝固后期由于固液界面的温度较低,导致TiN平衡浓度积也较低,更易于形成钛夹杂.根据理论分析结果,采取了相应的技术措施,使与钛夹杂相关的帘线钢合格率得到明显提高.     

帘线钢凝固过程中钛和氮偏析及TiN夹杂尺寸计算

 为了提高帘线钢盘条中TiN夹杂的检测效率,从热力学方面探讨了帘线钢盘条中TiN夹杂析出的条件以及尺寸的计算。热力学分析表明,由于溶质元素钛和氮偏析,造成TiN夹杂在固液两相区中析出,且氮元素是影响TiN夹杂长大的最主要因素,经过验证发现,TiN夹杂热力学长大公式的尺寸计算值与实际值基本吻合,平均相对误差为8.62%。提出了合适的数学模型对TiN夹杂尺寸与钛和氮质量分数的数据进行模拟,对TiN夹杂的尺寸进行预测并验证模型的合理性。结果表明,模型的平均相对误差仅为0.95%,可以运用到实际检测工作中,提高钛夹杂的检测效率。     

SWRH 92A帘线钢中异相形核TiN复合夹杂析出机制

摘要：高碳帘线钢中析出的非金属夹杂物如钛夹杂,对钢材疲劳强度影响巨大。系统分析过共析帘线钢中钛夹杂的析出行为对控制夹杂物形成及产品质量提升尤为重要。结合形核理论以及热力学耦合模型,对SWRH 92A帘线钢盘条存在的Al2O3 TiN复合夹杂物的形成机制进行了研究。结果表明：TiN夹杂在钢液凝固进程凝固分数约为0.866(温度为1457K)时开始析出;凝固前期Ti、N偏析比基本相当,然而当凝固接近结束时Ti的偏析比明显大于N,分别为6.059和2.367×10-6。TiN夹杂物形成过程中,其异相形核功小于均相形核功,异相形核半径大于均相形核半径,并且形核功与形核半径变化曲线在1457K时均达峰值。呈球形形态的Al2O3夹杂在TiN析出之前就已经析出,并且尺寸较小的Al2O3将被推动至凝固前沿被TiN捕获并以此为核心析出长大最终形成Al2O3 TiN复合夹杂。     

不同强度级别帘线钢中钛夹杂性质的探索

为了实现高强度帘线钢中钛夹杂的有效控制,通过热力学理论分析结合真空感应炉实验,探究了不同强度级别帘线钢中钛夹杂的性质。结论如下:1)不同强度级别的帘线钢中钛夹杂析出的驱动力有差异,帘线钢强度级别越高,钛夹杂形成元素的过饱和度也越高,其形核-析出-长大的驱动力也就越大,从而加剧钛夹杂的析出和长大。2)帘线钢中同时存在钛的碳化物和钛的氮化物夹杂。随着帘线钢强度级别的提高,钛夹杂中碳化钛所占的摩尔分数呈增加的趋势,其析出的钛夹杂在金相显微镜下的颜色也随之变化。3)帘线钢强度级别越高,凝固过程中析出的钛夹杂平均尺寸增大,大颗粒钛夹杂的数量也越多。为有效控制超高强度级别帘线钢中的钛夹杂,必须对炼钢和连铸工艺进行更为苛刻的控制。     

含Ti齿轮钢中TiN夹杂析出热力学及其控制

为了控制试验钢中TiN夹杂的析出,对TiN生成反应进行了热力学分析。结果表明,钢液在液相线温度以上不会自发生成TiN夹杂,在钢液凝固过程中,由于Ti、N元素在凝固前沿的富集,使得TiN夹杂的生成反应得以进行。在实际生产当中,为了减少TiN夹杂在两相区内的析出,应在控制钢中Ti、N含量的基础上,再适当加强连铸二冷速率,使钢液快速通过两相区(1 728～1 878 K)。同时,根据Scheil方程计算得到,试验钢在凝固过程中不析出TiN夹杂的条件为将钢中的钛氮浓度积控制在7.04×10-5以下。     

帘线钢中Ti夹杂物研究

为完善Ti夹杂去除工艺以控制其生成和尺寸,采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪测定了80级帘线钢冶炼过程钢水样中Ti含量,发现平均Ti含量在电炉出钢→精炼→连铸工序呈先上升后下降趋势.TiN生成热力学、凝固偏析及长大动力学计算表明:在目前南钢80级帘线钢炼钢和连铸控制条件下,TiN只能在凝固率大于98%的两相区或固相区生成;凝固冷却速率越大,TiN析出尺寸越小;TiN析出尺寸为3～7μm,与实际金相样观察到的尺寸基本一致.     

20CrMnTi齿轮钢中TiN夹杂物的特征与分布

为了研究含钛齿轮钢中TiN夹杂物的析出与控制,利用扫描电镜对20CrMnTi齿轮钢两个端淬试样中TiN夹杂的分布与形貌进行了观察,通过夹杂物自动分析系统统计了试样中TiN夹杂的尺寸、数量,建立了数学模型,对试样中TiN夹杂的析出与长大进行了计算。结果表明,较高钛含量的试样凝固过程中TiN析出更早,析出量也更大,由于析出了更多数量的TiN夹杂,从而使得析出TiN夹杂的最终尺寸更小,当TiN夹杂的数量密度由37.28增加为58.65个/mm2时,TiN平均尺寸由2.33减小为1.49 μm。通过在凝固过程中为TiN夹杂提供充足数量的氧化物颗粒作为析出核心,提高异质形核率,从而增大TiN的析出数量,就可以降低析出TiN的整体尺寸,这为含钛齿轮钢中TiN夹杂物的控制提供了一种新的思路。     

过共析帘线钢中Ti夹杂的析出热力学与形成机制

过共析帘线钢中析出的含Ti夹杂对钢丝拉拔性能产生有害影响,研究钢中Ti夹杂的析出行为对夹杂物性质控制以及钢材质量提高具有重要意义.考虑夹杂物析出对凝固前沿溶质浓度和温度影响下,基于传统Ohnaka模型建立了相应的耦合模型并以此计算了92级过共析帘线钢中TiN夹杂的析出热力学.结果表明,耦合模型条件下TiN夹杂的析出时间...     

SAPH440钢凝固过程中TiN析出模型

通过凝固过程偏析模型和热力学计算,建立了含钛微合金钢在液态及凝固过程中TiN的析出模型.模型计算表明SAPH440钢液相中TiN没有析出,凝固过程中在固相率fs为0.65时TiN开始析出,TiN的析出抑制了钛和氮的晶间偏析.通过调整微合金钢中氮和钛含量,配合连铸工艺,可以控制TiN的析出时机,减小对钢性能的危害.     

帘线钢中氮的控制

介绍氮在钢中的作用与来源,阐述氮对帘线钢的显著影响,并通过热力学计算,说明在凝固过程中TiN夹杂的析出行为,最后对钢中氮的控制提出相应的措施。通过这些措施的实施和过程工艺的控制,帘线钢成品w(N)平均降低0.7×10-6,w(N)小于50×10-6的比例由原来的92.86%提高到目前的94.25%,为进一步稳定和提高帘线钢的质量提供依据。     

帘线钢中钛夹杂物形貌和析出尺寸的计算

采用光学显微镜、SEM和EPMA分析了帘线钢中钛夹杂物形貌,定性分析了其成分,并运用热力学、凝固偏析及长大动力学理论初步计算得出:在目前南钢80级帘线钢生产条件下,TiN只能在凝固率大于98%的两相区或固相区生成,TiN夹杂的最大尺寸小于7μm。     

09CuPTiRE钢凝固过程中稀土与钛的相互作用

以09CuPTiRE钢为研究对象,建立钢液凝固过程中溶质偏析和夹杂物析出的耦合热力学模型.利用该模型,研究分析了09CuPTiRE钢凝固过程中稀土与钛的相互作用,得到以下结论:稀土能抑制09CuPTiRE钢中Ti3O5夹杂的析出,当RE含量为0.0045％时,Ti3O5夹杂完全消失;微量稀土有利于09CuPTiRE钢中TiN的析出,随着稀土加入量的增加,对TiN的析出起到抑制作用;钛能抑制09CuPTiRE钢中REN的析出,从而影响凝固过程中RES的析出行为.     

GCr15轴承钢中TiN(C)析出行为热力学分析和研究

通过对TiN(C)生成热力学和动力学计算,分析研究了GCr15轴承钢(0.97％C、1.45％ Cr)凝固过程中TiN(C)夹杂的析出规律以及夹杂物长大的影响因素.研究表明,液相线温度以上,TiN不会析出,只有在液相线至固相线温度之间,当凝固百分数fs≥0.4～0.5,1694～1703 K时TiN析出;整个凝固过程中,TiC在凝固末端有少量析出,当fs≥0.87 ～0.92,1 633～1 643 K时,降低Ti、N含量能够显著降低TiN的析出温度和尺寸.冷却速率不会影响TiN的析出温度,但对夹杂长大也有较为明显的影响.控制析出TiN夹杂的条件为:[Ti]/％≤0.006、[N]/％≤0.004和较大冷却速率.     

氮化物对齿条钢强度及冲击韧性的影响

钢锭冶炼齿条钢时,由于浇铸过程中吸氮,钢中的氮含量偏高,影响钢中固溶硼含量,降低了钢板淬透性,影响了钢板心部性能。为了提高钢锭轧制齿条钢的心部强韧性,通过添加铝或者钛元素消耗钢中的氮,确保钢板中有足够的固溶硼,提高钢板淬透性,增加钢板心部的回火索氏体比例。通过钢板性能与组织对比发现加铝和加钛均能提高钢板的淬透性和强度,加钛的钢板淬透性更好,强度更高,但是钢板的低温冲击吸收能量下降。分析钢板的冲击断口发现钢板中有大颗粒的TiN夹杂物,夹杂物与基体之间或者夹杂物本身就存在裂纹,成为冲击试验的裂纹源,降低了钢板的韧性。对比加铝与加钛钢板中尺寸为2μm以上夹杂物,加钛钢中存在大量的大颗粒TiN夹杂,最大夹杂物尺寸超过15μm,加铝钢板中仍有少量的TiN夹杂,但是TiN夹杂物数量和尺寸变小,同时AlN并未明显增加。对加铝钢板中铝元素与加钛钢板中钛元素进行原位分析对比,发现铝元素为心部负偏析,并且偏聚程度较低,钛元素为心部正偏析,并且钛元素的均匀性更差,存在局部偏聚。热力学计算表明,通过钛元素固氮时,将在凝固前沿析出TiN,析出温度较高;而采用铝固氮时,若铝的质量分数不小于0.08%,AlN在固态...     

氮对低碳微合金非调质钢组织和性能的影响

通过热力学计算和试验,研究了对Nb-V-Ti-N系低碳微合金非调质钢增氮,以及在液态和凝固过程中TiN夹杂物的析出规律,并且根据氮微合金化原理,确定了低碳微合金非调质钢中最佳的钛含量和氮含量的浓度范围。研究证明,通过调整钢中的氮含量,可以控制TiN夹杂物质量分数和尺寸,从而得到细小弥散的TiN作为针状铁素体的形核中心,细化钢的组织,增强钢的强度和韧性。     

GCr15SiMn轴承钢中大尺寸TiN生成与控制

 以西宁特钢EAF→LF→VD→IC工艺路线生产GCr15SiMn轴承钢为研究背景,采用矿物解离分析仪、夹杂物自动分析系统、化学分析及X射线荧光光谱仪等检测手段与热力学计算相结合的方法,研究了铸锭中大尺寸TiN夹杂物的析出机理,分析了冶炼阶段钢液中钛含量增加的原因,并提出了相应的改进工艺。通过对轴承钢中残余钛、氮含量的热力学计算,发现大尺寸TiN主要是在凝固过程中析出和长大,降低冶炼过程中钛含量是控制TiN生成的主要途径。对原工艺冶炼过程钛含量变化进行分析,钢液中钛增量主要发生在EAF出钢→LF结束阶段,其中52%钛增量来自于炉渣。为了避免炉渣中钛进入钢液,借助于七元炉渣CaO-SiO₂-MgO-FeO-Al₂O₃-MnO-TiO₂与钢液之间平衡的钛分配比(LTi)模型,计算了铝含量和炉渣中CaO含量对LTi 的影响,预测了最佳的平衡炉渣成分。结果表明,适当降低铝含量和炉渣中CaO含量可以提高渣-钢之间的钛分配比,降低钢液的钛含量;当铝质量分数为0.015%～0.025%、CaO质量分数为50%～55%时,其他炉渣组元的最佳成分(质量分数)为18%～24% Al₂O₃和12%～17% SiO₂。此外,定量描述了不同LTi条件下EAF下渣量与LF终点钛含量的关系。最后,采用“低炉渣碱度、低铝含量以及严格控制电炉下渣量”的改进措施进行了优化试验,优化后冶炼终点钛质量分数可控制在小于0.002 0%,铸锭TiN平均数密度可由原工艺的2.09个/mm2降低至0.73个/mm2,且TiN尺寸几乎都小于10 μm。     

含钛焊丝钢中TiN析出的热力学分析

对含钛焊丝钢中TiN析出进行了热力学计算与分析。结果表明:钢中氮含量在0.008 0%以下,钛含量在0.050%～0.100%范围内,液相线1 517.3℃以上不会析出TiN;该钢种目标钛含量0.070%～0.080%范围内,在其固相线1 456.6℃以下弥散析出细小TiN,须满足钛、氮浓度积小于3.720 3×10^-4,此时钢中氮含量控制在小于0.005 0%的水平为宜。     

冶炼高碳钢钛含量控制实践

TiN夹杂是影响帘线钢等高碳钢类产品疲劳寿命的一个重要因素,而TiN的数量以及级别随钢中钛含量的增高而增高,因此钛含量的控制是高碳钢生产的主要任务之一。分析了高碳钢钛含量的控制措施,采用转炉双联法冶炼进行深脱钛,同时结合炉后扒渣,采用低钛合金、低钛脱氧剂等工艺措施,将钢中的钛含量控制在10×10-6及以下。     

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.