从钙处理到凝固钢中夹杂物改性及析出热力学研究

钙处理是使钢中氧化物和硫化物夹杂转化成对钢的性能有利的无害夹杂很好的方法。通过钙使固体Al2O3串状物转化成液体铝酸钙，从而避免铝脱氧钢连铸期间水口堵塞。钙处理也是改进钢的机械加工性的一种重要方法，增加硫含量可进一步改进机械加工性。然而，加硫钢由于缺乏氧化物的改性以及形成容易堵塞水口的固体硫化钙而出现浇注问题。[第一段]     

45钢中夹杂物析出行为的热力学研究

针对氧化物冶金技术,从具有较好诱发晶内铁素体形核的夹杂物着手,介绍了诱发形核最为有效夹杂物的热力学和动力学研发进展,系统分析了Ti-Al-O-N系、MnS、VC、VN、V(C,N)析出的热力学条件,从而得出该体系中夹杂物析出时机.并通过试验验证了理论分析的结果,为通过控温控制夹杂物析出尺寸、数量和分布提供依据.     

帘线钢凝固过程中夹杂物析出

为了充分了解帘线钢中夹杂物,对钢液凝固过程析出夹杂物进行了分析.结果发现:Al₂O₃夹杂物在凝固过程中先析出,且Al₂O₃夹杂物长大的限制性环节为[Al]在钢液中的扩散;当凝固分数为0.44时SiO₂开始析出,且SiO₂长大的限制性环节为[O]在钢液中的扩散;析出夹杂物的半径随着冷却强度的增大而减小;当冷却速度为100K·min^-1时,凝固末期析出Al₂O₃夹杂物的半径为2.5μm,析出复合Al₂O₃-SiO₂夹杂物的半径为4.7μm;随着凝固的进行,夹杂物中SiO₂含量增加,Al₂O₃含量下降.     

Ti-Mg复合脱氧和硫含量对钢中夹杂物特征及MnS析出行为的影响

采用扫描电镜/能谱仪表征了管线钢中夹杂物的形貌、尺寸、成分及数量,考察了不同Ti/Mg比的钢中夹杂物特征、硫含量及脱氧产物数量对MnS析出行为的影响,并进行了热力学计算.结果表明：Ti-Mg脱氧钢中夹杂物以MgO-Al₂O₃-Ti₂O₃、MgO-Ti₂O₃或MgO为核心,表面包裹或局部析出MnS,粒径小于1.3μm,数量为300~450 mm^-2,形貌为圆形、多边形和方形;夹杂物中Ti/Mg原子数比为0.05~0.2时,夹杂物细小且近圆形;随硫含量减少,凝固过程中MnS析出倾向减小,MnS在夹杂物表面由包裹析出向局部析出转变,提高氧化物夹杂数量,有利于细小MnS的包裹或局部异质形核;Ti-Mg复合脱氧产物细小、弥散,可作为MnS异质形核核心,可同时降低MnS及氧化物的危害.     

镁对20CrMo齿轮钢中夹杂物的影响

为了探测镁对20CrMo齿轮钢中夹杂物的影响,利用实验室高温电阻炉对齿轮钢进行加镁冶炼试验,结合金相显微镜和扫描电子显微镜研究了不同镁含量对齿轮钢中夹杂物形貌及成分的影响,并运用热力学理论研究了不同镁含量对钢中夹杂物成分变化的机理。试验结果表明,试验钢中的夹杂物密度在40～65个/mm~2。当镁含量为8×10~(-6)时,夹杂物等效直径由2.93μm增至3.28μm;当钢中的镁含量为(21～38)×10~(-6)时,夹杂物等效直径在2.64～2.67μm。随着镁含量的增加,单独MnS的百分率从26.3%降至2.2%,氧化物的比例从44.8%增至84.8%。热力学表明,镁含量在(2.63～7.98)×10~(-6)就可完全改质钢中Al_2O_3为镁铝尖晶石;当镁含量大于7.98×10~(-6)时,钢中就会形成MgO。综上可得,镁含量在8×10~(-6)左右时复合夹杂物比例较大,氧化物夹杂比例较低,可提高钢的性能。     

低碳高铝钢钙处理工艺及对钢中夹杂物的影响

通过对300炉低碳高铝钢Ca处理工艺的分析,研究了相关因素对Ca回收率的影响和Ca处理工艺对钢中夹杂物的影响,并据此对Ca处理工艺进行了优化。     

X80钢高韧性焊缝中夹杂物及析出物分析

采用高韧性焊丝进行了含Nb X80钢气体保护焊和埋弧焊,分析了焊缝金属冲击断口中的夹杂物种类及尺寸.焊缝中的夹杂物主要含Ti、Ca、Si、Al及Mg等,气体保护焊缝夹杂物尺寸一般小于0.8 μm,而埋弧焊缝的则明显增大,均不含Nb,焊缝表现出氧化物冶金特性.对埋弧焊接头进行热变处理,新发现焊缝中形成了含Nb纳米级析出物及个别不含Nb的核壳夹杂物.这些杂夹物、析出物弥散分布于针状铁素体晶内及晶界,发挥了晶粒细化作用.     

Al含量对汽车用高强钢中夹杂物的影响

应用氧氮分析、扫描电镜夹杂物自动分析、热力学计算等方法, 研究了Al含量不同的三种典型汽车用高强钢中夹杂物的数量、种类、析出温度的变化规律.结果表明, 钢中Al的质量分数从0.054%增加到1.35%, 钢中的T[O]质量分数从0.00150%减少到0.00075%, 夹杂物数量从38.28 mm^-2减少到28.12 mm^-2, 钢中夹杂物的数量呈减少趋势.随着钢中Al的质量分数的增加, 钢中氧化物夹杂的演变规律为Al₂O₃·MnO→MgAl₂O₄, 铝系夹杂物的演变规律为Al₂O₃→Al N, 硫化物夹杂的演变规律为MnS→MgS.热力学计算表明, Al N夹杂的生成与钢中的Al含量有关, Al含量高的钢中Al N夹杂更易生成;Al N的析出温度随着Al含量的增加而上升, 析出温度分别为1375、1528和1561 K.     

钢中夹杂物对Fe—Si合金中MnS析出的影响

钢中MnS的形态和分布对钢的特性有极大的影响，最近提出了利用（1）凝固核生成的析出核；（2）抑制γ晶粒成长的钉扎粒子；（3）晶粒内铁索体的生成核，来控制钢中氧化物为首的夹杂物的尺寸、数量和组成。认为MnS若能起到微细晶粒内铁素体的生成核的作用，将能实现上述的想法。     

Ce含量对H13钢中稀土夹杂物析出行为的影响

为了更好地研究Ce含量对H13钢中稀土夹杂物析出行为的影响,通过SEM、EDS和夹杂物自动分析系统观察和统计了稀土夹杂物的类型、形貌、数量及尺寸,并利用Factsage 8.0热力学软件计算了稀土夹杂物的析出过程和析出规律.结果 表明,不同Ce含量下H13钢中稀土夹杂物的形貌与类型相同,主要为Ce-O、Ce-O-S和C...     

析出强化与孪晶强化在Fe-24Mn-3Si-3Al TWIP钢退火过程中的作用机制

对Fe-24Mn-3Si-3Al TWIP钢在不同退火工艺下进行力学性能测试,采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和透射电子显微镜(TEM)观察钢的微观组织形貌.结果表明:随着退火温度和保温时间的变化,TWIP钢的力学性能并不符合常规的单调上升或下降的规律,而在退火温度为800℃、保温10 min和退火温度为900℃、保温20 min时发生波动.退火温度为800℃、保温10 min条件下,钢的主要强化机制为析出强化,析出相(Fe,Mn)₂₃C₆的增多导致屈服和抗拉强度升高;退火温度为900℃、保温20 min条件下,钢中的析出相并未有明显的变化,而二次孪晶的产生及孪晶相互交割成为抗拉强度增加的主导因素.     

高碳含铜孪生诱发塑性钢中非金属夹杂物的探讨

高碳含铜孪生诱发塑性(TWIP)钢的纯净化制备对充分发挥其优异性能具有重要性。为了提高高碳含铜TWIP钢的洁净度, 实验利用金相显微镜、扫描电镜及能谱仪等对该TWIP钢经真空感应熔炼、固溶处理后的铸锭和热轧板材中非金属夹杂物进行分析, 找出了钢中夹杂物类型、来源以及不同工序的变化规律。结果表明, TWIP钢中主要存在铁锰氧化物、硅酸盐类夹杂、硫化物和氮化物。在该TWIP钢使用和热加工的温度范围内, 硫化物表现出良好的塑性, 氮化物属硬质脆性夹杂物。硅酸盐类夹杂物和铁锰氧化物变形特性受其成分和温度变化的影响较为明显。     

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.     

低合金高强钢中非金属夹杂物的改性

借助热力学软件Thermo-Calc和ASPEX自动扫描电镜等分析手段,研究了低合金高强钢精炼过程渣-钢反应和钙处理对夹杂物改性行为的影响.通过提高炉渣碱度和w(CaO)/w(Al₂O₃)值以及降低炉渣氧化性等措施,钙处理前钢中Al₂O₃夹杂物转变为靠近1600℃液相区的CaO-MgO-Al₂O₃复合夹杂物和少量的MgO·Al₂O₃尖晶石.在渣-钢反应对Al₂O₃部分变性的基础上,钙线喂入量每炉由优化前的800 m减少到300 m仍能达到夹杂物改性的目的.     

Fe-28Mn-3Si-3Al TWIP钢变形的微观组织特征

采用扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射技术对TWIP钢拉伸变形后的组织进行了观察和分析.研究结果表明,热处理后的TWIP钢中存在60%的退火孪晶,变形后孪晶量减少为32%.在拉伸过程中,具有退火孪晶的晶粒内部首先发生变形,产生的变形孪晶遗传了退火孪晶的取向.变形过程中孪晶和位错相互作用、孪晶和孪晶相互作用以及孪晶取向改变引发滑移的综合结果使TWIP钢同时获得高塑性和高强度,因此变形过程中孪生变形是TWIP钢的主要变形机制.     

拉速变化对IF钢铸坯非金属夹杂物含量的影响

采用原位统计分布分析仪（OPA）对IF钢连铸过程拉速变动对铸坯表层试样非金属夹杂物含量的影响进行了研究,发现在由较高拉速（1．4m／min）向低拉速（0．6m／min）变动时,对结晶器保护渣卷入的影响主要发生在降速初期,而随后的降速和低拉速下停止降速对铸坯表层试样夹杂物含量影响不大。当由较低拉速（0．6m／min）向高拉速（1．4m／min）变动时,对保护渣卷渣的影响主要发生在提升到高拉速后停止升速阶段,而低拉速时启动升速和随后均匀升速对铸坯夹杂物含量的影响不大。研究中还发现在较高拉速下（1．4m／min）即使较少量地变速,也会造成铸坯表层夹杂物含量的显著增加,因此在较高拉速时应避免对拉速进行变动或尽量采用低的拉速改变速率。采用数值模拟方法对拉速变化影响进行的研究结果同样表明,在较高拉速下发生的拉速变化,对结晶器内钢水流动有更显著的影响。     

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Effect of cooling conditions on the evolution of non- metallic inclusions in high manganese TWIP steels was investigated based on experiments and thermodynamic calculations. The inclusions formed in the high manganese TWIP steels are classified into nine types: (??) AlN??(??) MgO??(??) CaS?? (??) MgAl2O4?? (??) AlN+MgO?? (??) MgO+MgS?? (??) MgO+MgS+CaS?? (??) MgO+CaS?? (??) MgAl2O4+MgS. When the cooling rate decreases from 4. 83 ??/s to 0. 75 ??/s, the inclusion types change from (??), (??), (??)(??) to ????(??), (??) and (??). With the increase of the cooling rate, the volume fraction and area fraction of inclusions are almost constant; the size of inclusions decreases and the number density of inclusions increases in the steels. With increase of cooling rate, the variation of the size, number, and area fraction of AlN is the same with the variation of those of total inclusions in the steels. The thermodynamic results of inclusion types calculated with FactSage are consistent with the observed results.