氮对钢的热塑性影响以及与横向裂纹的关系

氮对钢的热塑性影响以及与横向裂纹的关系@莫德敏$舞阳钢铁有限责任公司科技部 @王怀宇$舞阳钢铁有限责任公司科技部     

22SiMn2TiB钢连铸坯横向断裂原因分析

对22SiMn2TiB钢连铸坯横向断裂原因进行分析。结果表明:铸坯柱状晶发达,晶间存在大量中间裂纹,且Ti、Mn元素偏聚于奥氏体晶界,使奥氏体晶界弱化。在矫直力、热应力作用下,中间裂纹沿奥氏体晶界扩展,导致连铸坯发生横向断裂。适当降低二次冷却比水量和中包过热度可获得良好的铸坯质量,有效解决22SiMn2TiB钢铸坯断裂问题。     

连铸低合金钢热塑性的研究现状

钢的连铸生产中,铸坯的质量问题之一是裂纹,它是钢的凝固壳在连铸过程中受到各种应力的作用下当钢的塑性很低时产生的。影响裂纹形成的最主要的因素之一是钢在连铸温度范围内的力学行为。因此,研究钢在连铸温度范围内的力学行为,对于制定合理的连铸工艺、防止裂纹的产生、提高钢的质量具有实际的意义。本文从研究钢在连铸温度范围内的力学行为(主要指热塑性)的实验方法、连铸裂纹的种类及其与钢的热塑性的关系、影响热塑性的因素等几个方面来叙述连铸低合金钢热塑性的研究状况,并且提出目前研究中所存在的问题。     

中锰钢高温热塑性研究

采用真空感应炉熔炼中锰钢,经铸铁模冷却至室温铸锭内部存在大量的微观裂纹,实验表明中锰钢高温热塑性极差。而采用铸铁模冷却至700℃后,置于700℃马弗炉随炉冷却至室温铸锭内部微观裂纹消失。将试样经过热轧锻造后,中锰钢的热塑性较为良好。研究表明铸锭中柱状晶发达以及凝固过程产生的微观裂纹是造成热塑性极差的主要原因,铸铁模快冷引起的热应力和铸锭完全凝固700℃以后相变应力是造成铸坯内部裂纹的主要因素。生产过程推荐采用结晶器、二冷段相对弱冷工艺措施降低铸坯产生裂纹风险性。     

20CrMnTi齿轮钢热塑性的研究

在Gleeble-1500热模拟试验机上进行拉伸试验，研究了20CrMnTi齿轮钢的高温塑性及变形断裂机理。结果表明，20CrMnTi钢在溶点－1350℃和975－600℃温度区间塑性较差，1350－1000℃温度范围内塑属于 得到改善，晶界滑移是γ单相区低混域塑性恶化的主要原因，γ＋α两相区的脆化主要由γ晶界有先共析铁素体析出引起的。     

少量Mo添加对Fe-0.5Mn-0.5C烧结钢组织和力学性能的影响

采用粉末冶金方法,经1 150℃、H2气氛烧结1 h制得Fe-0.5Mn-xMo-0.5C(x=0,0.25,0.4,0.5)合金。通过金相组织观察、扫描电镜分析及力学性能测试,研究Mo添加对Fe-0.5Mn-0.5C烧结钢显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:添加少量的Mo(≤0.5%,质量分数)可以同时提高Fe-0.5Mn-0.5C的烧结密度、抗拉强度、硬度和伸长率。当Mo含量为0.5%时,烧结体的烧结密度、抗拉强度、硬度和伸长率分别达到最大值7.10 g/cm3、426 MPa、92.2 HRB和7.58%。Mo可促进Fe-0.5Mn-0.5C坯体的致密化过程,随Mo含量增加,烧结体的显微组织中珠光体数量增加,片层间距减小;断口形貌图中解理面面积减小,韧窝数量增加。     

37Mn5钢的高温热特性对铸坯质量的影响

采用Gleeblel500D试验机、金相显微镜等手段,分析了37Mn5钢的高温塑性和膨胀收缩曲线.铸坯表面纵向裂纹.指出37Mn5连铸坯具有柱状晶粗大,900℃以下塑性较低,650～600℃发生组织转变的特点.通过调整保护渣和连铸工艺,加强缓冷等措施,能够避免裂纹的发生.     

HG70钢连铸坯的高温热塑性行为分析

采用Gleeble2000试验机测试了HG70钢连铸坯的高温力学性能,利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜观察了第Ⅲ脆性温度区内拉伸试样断口部位的显微组织及形貌。结果表明HG70钢的高温强度较好,500℃时的抗拉强度为550 MPa;第二相引起塑性凹槽区的温度范围与晶界铁素体网膜导致塑性凹槽区的温度范围连接叠加,导致第Ⅲ脆性温度口袋区谷底低、平谷宽。     

含钛微合金钢的高温热塑性及断裂机理

运用Gleeble 1500热模拟机对600~1350℃温度范围内SS400B钢加入钛后的高温力学性能进行测试,对断口形貌及低倍组织进行扫描电镜观察,研究其断裂机理及影响因素.利用热力学软件Factsage对不同钛含量条件下第二相粒子的析出情况进行计算分析.结果表明,在实验温度范围内测试试样的断面收缩率均超过了45%;在高温区生成的铝钛氧化物可作为塑坑的形核核心,促进延性断裂的发生;同时由于铝钛氧化物、氮化钛的生成,降低了对钢塑性有害的氮化铝生成;沿晶铁素体和沿晶渗碳体的生成恶化钢的塑性,促进沿晶脆性断裂的发生.     

表面温度波动对微合金钢连铸板坯热塑性的影响

由于铸坯表面与二冷辊列夹持辊发生的间断式接触传热,其表面温度存在一定程度的上下波动.基于J55微合金钢,考虑温度波动的影响,研究了钢在不同热状态下的热塑性.结果表明,高于850℃时温度波动制度下测得的断面收缩率低于常规恒温制度下的测量值,而等于或低于850℃时情况相反.分析了两种不同温度制度下测试结果的差异,认为对于微合金钢,存在着略高于所测钢种Ae₃温度的某一分界温度,高于该温度时恒温制度下测得的塑性值相比波动制度下塑性值偏高,而低于该温度时则偏低.这一认识有助于更加合理地制定实际连铸过程的矫直温度.     

硫化锰形态控制改善亚包晶钢高温塑性的试验研究

在连铸生产过程中,亚包晶钢板坯角部裂纹的发生率较高,严重影响连铸物流和质量。从连铸板坯窄面取样做不同温度下拉伸试验,并在实验室参照钢种成分控制高锰硫比、低锰硫比和低锰硫比下的微量镁处理,从铸锭取样制成高温拉伸样,做对比高温拉伸试验,测定试样在各个温度点的断面颈缩率,观察断口,进行金相分析,观察夹杂物形态。试验得出：该类钢种在800-860℃间出现低塑性,致铸坯在矫直过程中形成角部裂纹。钢种低塑性是由于MnS夹杂物降低了奥氏体晶界初生铁素体相的强度,通过控制MnS形态,特别是钢水经微量镁处理以后,MnS夹杂物得到细化和球化,有效改善了该钢种在该温度区间的高温塑性。该试验结果运用于宝钢连铸生产实践,有效控制了角裂的发生,实现热送。     

Fe-36Ni因瓦合金的热塑性

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究Fe-36Ni合金在900～1200℃的热塑性行为,并用FactSage软件、扫描电镜及透射电镜等研究该合金热塑性的影响因素及作用机理.结果表明：合金中主要形成Al₂O₃+Ti₃0₅＋MnS复合夹杂,夹杂物颗粒尺寸集中分布在0.5μm以下.合金热塑性在900～1050℃受晶界滑移及动态再结晶共同影响.晶界上分布的纳米级别（<200nm）夹杂物有效钉扎晶界,抑制动态再结晶发生的同时减小晶界结合力.微米级别（>200nm）夹杂物则促进显微裂纹在晶界滑移过程中的形成和扩展,损害合金热塑性.当温度高于1050℃时,较高的变形温度使再结晶驱动力大于钉扎作用力,合金发生动态再结晶,有效提高热塑性.在1100～1200℃区间内,枝晶间裂纹的形成、晶界滑移的加剧及动态再结晶晶粒尺寸增大都降低合金热塑性.     

Fe-25Mn-3Si-3AlTWIP钢等温压缩流变应力的研究

在Gleeble-1500D热模拟试验机上采用等温压缩试验研究了高锰奥氏体Fe-25Mn-3Si-3AlTWIP钢在变形温度为900～1100℃,变形速率为0．01～1s。条件下的热变形行为。研究结果表明,Fe-25Mn-3Si-3Al钢热变形流变应力曲线呈现明显的动态再结晶特征,出现了一个明显的流变应力峰值,峰值之后...     

460MPa级海洋平台用钢的高温塑性研究

通过Gleeble-1500D热模拟机来进行EQ47(460 MPa)钢的高温塑性研究,以1×10-3/s的变形速率,在600~1 350℃的温度区间内以每50℃取一间隔做一组高温塑性试验.结果表明:在907~1 270℃之间,断面收缩率均高于60%,钢的高温塑性良好,温度高于1 270℃时,断面收缩率急剧下降,第Ⅲ脆性区在667~907℃之间,在此温度区间内存在明显的塑性低谷,断面收缩率最低值为29.44%.     

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.     

中碳微合金化钢高温延塑性的研究

借助Gleeble1500热模拟试验机测试了含Nb和含Nb、Ti两种中碳微合金化钢的高温力学行为,分析了析出物、相变、动态再结晶对微合金化钢高温延塑性的影响。结果表明:试验钢种无第Ⅱ脆性区出现;含Nb钢第Ⅲ脆性区的温度范围为950~700℃,含Nb、Ti钢第Ⅲ脆性区的温度范围为900~725℃;微合金化元素Ti的加入可以细化奥氏体晶粒使含Nb微合金化钢高温塑性槽变窄、变浅;析出物沿晶界多而细小的析出和γ→α相变是第Ⅲ脆性区微合金化钢高温延塑性变差的主要原因。实际生产中通过优化二冷区水量,采用弱冷,可以有效降低微合金化钢表面微裂纹的发生率。     

Fe-0.5Mn-0.5C预混合钢粉性能及粘结剂作用机制

设计4种不同有机粘结剂,分别对合金元素Mn、石墨进行粘结处理,制备Fe-0.5Mn-0.5C预混合钢粉。研究4种粘结剂对预混合钢粉合金元素与石墨的粘结率、预混合钢粉的流动性、松装密度、压坯密度的影响。并通过对粉末表面基团的表征,研究高分子粘结剂与铁基体间的相互作用方式。结果表明:以丙烯酸类树脂制备的预混合钢粉工艺性能最好,其流动速率为24.3 s/50 g松装密度为24.3 s/50 g,在600 MPa压力下的压坯密度为3.03~3.23 g/cm3粘结剂中的极性基团与铁基粉末通过氢键作用相吸附。     

含铌钢铸坯的冶炼与连铸

为满足客户日益增加的需求和期望,高强度钢的产品质量也在不断地提高。几乎所有的用户都逐步提高了对钢中残余元素的要求,同时还希望钢材的力学性能更加稳定、纯净度更高,以及表面和内部质量进一步改善。为了高效、低成本生产高强度高品质的汽车用钢、管线钢和结构钢,钢厂必须严格规范好炼钢、钢包精炼和连铸等工艺操作,以在当今竞争激烈的全球钢铁市场中保持竞争力。介绍了目前很多钢铁企业生产高质量含铌钢方坯、板坯及异形坯时在炼钢和连铸操作中所运用的一些要点和建议,这些做法也可以提高普通碳锰钢的产品质量。