Influence of Thermal Homogenization Treatment on the Structure and Impact Toughness of H13 ESR Steel

 High levels of isotropy and homogeneous structure are very important criterion for high quality H13 hot work steel. In this paper, the cast microstructure of H13 ESR ingot and the influence of high temperature diffusion treatment on the structure and impact toughness have been investigated. The results show that: the dendrite arm spacing gradually becomes wide from the surface to the center of ingot and the interdendritic segregation areas always exist large primary carbides particles; by means of high temperature diffusion treatment of ingot prior to hot forging, the banded segregation is nearly eliminated, the annealed structure is more uniform and the isotropy properties have been improved remarkably.     

生产优质大截面模块的锻造工艺

钢锭内部缺陷对大截面模块内部质量的影响较大,莱钢锻压厂在生产改进加工艺,利用高温扩散部分消除钢锭内部微观偏析,同时利用平丰加长及大压下量的开坯,有效地锻合了钢锭中负Ｖ型偏析引起的疏松组织,提出了模块的内部质量。     

5%Si高硅奥氏体不锈钢元素偏析及均匀化处理

 高硅奥氏体不锈钢由于高含量硅元素的加入使其具有优异的耐高温腐蚀性能和较低的成本,在制酸行业有着潜在的应用价值。然而,该合金中高含量硅元素的加入会促进凝固过程中溶质再分配,进而造成显著的元素偏析,最终导致合金内部产生枝晶组织和大量的有害相。对铸锭组织进行均匀化处理能够有效消除枝晶与元素偏析,促进析出相回溶和枝晶消融,从而改善材料的热塑性,有效应对热变形开裂问题。因此,采用金相显微镜(OM)、扫描电镜能谱分析(SEM/EDS)、电子探针(EPMA)、JMatPro软件计算等方法,研究了实验室条件下制备的5%Si高硅奥氏体不锈钢铸锭的显微组织和元素分布状态,通过残余偏析指数、扩散动力学计算并结合均匀化处理试验验证,最终确定了5%Si高硅奥氏体不锈钢合理的均匀化处理工艺。结果表明,5%Si高硅奥氏体不锈钢凝固过程中钼元素偏析最为严重,通过残余偏析指数模型计算得到的均匀化动力学方程可用来指导该成分合金的均匀化处理工艺;5%Si高硅奥氏体不锈钢经过1 150 ℃×12 h均匀化处理后,铸锭内枝晶消融,元素偏析基本消除,析出相与铁素体回溶到基体中,合金转变为全奥氏体组织,热塑性得到改善;当加热温度达到1 250 ℃时,合金出现过烧现象,晶界开始熔化。     

GH907合金铸锭均匀化热处理

为了系统研究GH907合金铸锭枝晶间Laves相的固溶规律和铸锭中铌元素的扩散规律,以指导生产实践。以抚顺特钢生产的GH907合金508 mm铸锭为研究对象,利用光学显微镜、扫描电镜等手段,系统研究了GH907合金铸锭不同温度和时间下的均匀化情况。结果表明,GH907合金铸锭枝晶间Laves相的最佳扩散温度为1 160 ℃,扩散10 h以上Laves相可以完全消除;同时计算得知,GH907合金铸锭中铌元素在1 160 ℃下的表观扩散系数为D＝0.488 55×10-14 m2/s;理论计算表明,在1 160 ℃下处理56 h后,GH907合金中铌元素的残余偏析指数δi可以达到0.02。     

高纯铝旋转偏析行为研究

采用自主研制的高纯铝的旋转偏析设备、 Element GD型辉光放电质谱仪（GDMS），结合界面稳定性理论，研究了偏析速度和旋转速度对高纯铝提纯效果的影响以及杂质元素在偏析锭上的分布特征。结果显示：晶体以平界面生长的临界速度为52 mm/h。偏析速度增加，导致杂质元素在晶体中的浓度明显增加，提纯率显著降低，偏析速度增加破坏原有稳定扩散状态，改变了杂质元素分凝能力。旋转速度增加，诱发杂质元素在晶体中的浓度明显降低，提纯率显著增加，旋转偏析有效提高熔体温度梯度，降低有效分配系数（Ke），改善晶体提纯效果。平衡分配系数（K0）<1的杂质元素含量从偏析锭心部到表面逐渐增加，K0>1的杂质元素正好相反，杂质元素浓度极差表明偏析锭底部均匀性最好。     

模铸轴承钢线材中心黑点产生机理及对策

中心偏析是钢锭凝固过程中常见的主要缺陷,对材料最终性能有显著影响。钢锭尺寸越大,凝固时间越长,偏析程度越严重。模铸生产的轴承钢GCr15线材产品易出现中心黑点缺陷,经过试验检测、现场测温和数值模拟等手段分析,确认黑点缺陷是由于模铸帽口中心碳、铬等元素偏聚引起的。在采取降低浇铸过热度、加强帽口保温和钢锭带模热送等工艺措施后,基本解决了黑点缺陷问题。     

Effects of relative motion between consumable electrodes and mould on solidification structure of electroslag ingots during electroslag remelting process

Abstract

Steel solidification process control, especially in the solidification process of high alloy steel, and improvement of the solidification structure have been increasingly gaining interest among metallurgists, particularly the electroslag workers. To further develop the electroslag remelting (ESR) process and to improve the advantage of the ingot solidification structure, the effects of relative motion between the consumable electrodes and the mould (namely, mould rotation) on chemical element distribution were observed in this study, as well as the compact density changes in electroslag ingots. Experiment results show that applying relative motion between the mould and the consumable electrodes in ESR results in a more uniform chemical element distribution in the electroslag ingots. Compared with the electroslag ingot of conventional ESR, maximum segregation of carbon could decrease from 3·19 to 1·146, and statistical segregation decreased from 0·2636 to 0·0608. Maximum segregation of chromium could decrease from 1·316 to 1·253, and statistical segregation decreased from 0·2753 to 0·1201. The compact density for the stationary mould increased from 0·7693 to a compact density of 0·9501 for the rotating mould. The improvement in the solidification structure of the electroslag ingot can be attributed to mould motion, which led to the generation of a shallow pool and the improvement of the solidification structure. But the excessive rotation rate is harmful to solidification structure instead due to the molten metal pool motion caused by violent slag pool motion.     

真空自耗熔炼过程宏观偏析的数值模拟

基于国内某特钢厂真空自耗生产过程,利用ProCAST软件建立三维熔炼模型,研究了不同电流强度和熔速对铸锭熔池形状和宏观偏析的影响规律.铸锭侧面表层基本不发生宏观偏析,铸锭1/4处偏析度约为1.03的正偏析,铸锭中心处由于枝晶沉降形成偏析度为0.96的负偏析.电流强度从4kA增加至8kA,熔滴滴落温度增加,熔池深度加深,...     

GCr15轴承钢连铸方坯与电渣重熔铸锭的 原位统计分布分析

GCr15轴承钢作为高碳钢,其元素偏析尤其是碳元素的偏析对于钢的组织和性能有很大影响。实验应用原位统计分布分析技术对GCr15轴承钢连铸方坯整个横截面以及GCr15电渣锭的中心区域进行了对比分析,并重点研究了C和Cr元素的偏析情况以及试样表面的疏松情况。通过C和Cr元素含量二维等高图以及统计偏析度的对比分析可知,连铸方坯横截面的C和Cr元素都存在严重的中心偏析现象,同时在中心偏析区域外围观察到由于树枝晶搭桥而造成的环状、不连续的C元素负偏析带;GCr15电渣锭中心区域的C和Cr元素分布则较为均匀,即偏析现象得到明显改善。此外,电渣重熔前后试样表面的统计致密度和统计疏松度表明,电渣锭的致密程度要明显优于连铸方坯。     

USS122G钢锭真空电弧重熔工艺的数值模拟

 超高强度不锈钢以其超高强度和良好的韧性以及优异的耐腐蚀性能而广泛地应用在航空、航天等领域。真空自耗重熔(VAR)作为生产超高强度不锈钢铸锭的主要生产技术,具有去除钢中有害杂质、改善钢中元素偏析的功能。为了研究新型Cr-Co-Ni-Mo合金体系超高强度不锈钢USS122G的真空电弧重熔过程,通过工艺仿真优化软件(Melf-Flow-VAR),对VAR过程的宏观传热、传质和流动现象进行模拟,建立USS122G合金VAR过程的二维轴对称数学模型,预测了不同冷却速度下的温度场和熔池形貌,并着重分析了特定熔速下的温度场、流场的演变,有无氦气冷却的元素宏观偏析情况,最后以模拟工艺制备了USS122G合金660 mm铸锭进行验证。结果表明,熔速增加,熔池深度加深,熔池形貌由低熔速扁平状圆弧状高熔速深“U”变化,熔炼速率为4.5 kg/min的熔池形貌具有较窄的糊状区,在此熔速下,熔池形貌呈现圆弧状,且真空自耗炉的输入功率较低,流场模拟结果显示流体的流动方向沿边部向下,中部向上,在铸锭右侧呈现顺时针运动规律;模拟熔池在达到稳态后深度为132 mm,此时模拟熔池深度与实测结果基本一致;在熔炼过程中Cr和C元素均发生正向偏析,采用氦气冷却的铸锭中元素偏析程度较小,在距钢锭1/2R处到边部Cr和C元素分布规律与模拟结果吻合较好。本项研究成果为钢的工业化稳定生产提供了可靠的数据支撑。     

水冷模铸造技术的研究现状

大型扁钢锭主要用于生产特厚钢板,随着钢锭吨位增加,钢锭上部缩孔较深,影响成材率,疏松等级高,偏析严重,大型扁钢锭的质量成为特厚板轧机能力的瓶颈。在查阅大量外文文献的基础上,结合国内水冷模铸造技术的研究现状,总结了水冷模铸造技术的相关专利,详细阐述了水冷模铸造技术对钢锭凝固速度、凝固坯壳均匀程度、凝固组织和疏松缩孔、钢锭内部偏析的影响。介绍了水冷模铸造技术生产钢锭和轧制的工业试验,同时介绍了轧制后钢板的性能情况。大型扁钢锭水冷模铸造技术具备为高品质特厚钢板提供坯料的能力。     

钴基高温合金GH5605铸态组织及高温扩散退火过程中元素再分配

利用光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能谱分析(EDS) 并结合热力学及动力学计算结果对采用真空感应熔炼和电渣重熔二联工艺生产的GH5605合金电渣锭的枝晶形貌、元素偏析和析出相进行分析.探索了合金的高温扩散退火制度并结合差示扫描量热仪(DSC) 和热压缩模拟实验分析高温扩散退火前后的合金特征.结果表明: GH5605合金中的枝晶和元素偏析情况较轻, 主要偏析元素是Cr和W并在枝晶间处偏聚, 电渣锭中的主要析出相包括奥氏体、晶界M₂₃C₆以及晶内和晶界处的奥氏体与M₂₃C₆板条状共晶相.经1210℃/8 h扩散退火处理后枝晶和元素偏析基本消除, 共晶相基本回溶.      

过热度对GCr15SiMn轴承钢钢锭宏观偏析的影响

针对GCr15SiMn钢锭易出现宏观偏析凝固缺陷的问题,研究了过热度对GCr15SiMn钢锭宏观偏析的影响规律,使用真空感应炉冶炼1 kg的GCr15SiMn钢锭,通过酸侵试验与OPA技术分别测定了钢锭的凝固组织与宏观偏析,并结合ProCAST软件分析了钢液流动的规律。结果表明,高过热度(70 ℃)时,中心下部出现一定程度的负偏析,中心上部形成了较严重的正偏析同时伴随疏松;中过热度(50 ℃)时,疏松范围较小,碳元素分布较均匀;低过热度(20 ℃)与极低过热度(-20 ℃)时,疏松范围扩大,凝固初期是严重负偏析,凝固末期是严重正偏析。过热度影响偏析的机理为,高过热度时,凝固过程热对流较强,溶质上浮,钢锭上部的正偏析严重;当过热度过低时,初期凝固大量形核并保留在钢锭底部,在底部形成严重的负偏析。     

T型结晶器抽锭电渣重熔高速钢90 mm方锭新工艺

 晶界处碳化物严重影响高速工模具钢的红硬性和耐磨性能,电渣重熔工艺能够有效地改善钢锭中碳化物尺寸及分布。传统电渣重熔生产较小钢锭的截面尺寸约为[?]200 mm,减小钢锭截面尺寸和增大冷却速率将会进一步减轻碳化物的偏析程度,但将降低生产效率、提高生产成本。采用双极串联、T型结晶器、抽锭电渣重熔新工艺生产90 mm方锭,并与相同熔化速度传统电渣重熔生产[?]200 mm钢锭进行对比试验。对钢锭成分、低倍、夹杂物、显微组织进行检验分析结果表明,90 mm方钢锭中碳化物尺寸和分布明显优于[?]200 mm钢锭,碳化物在后序锻造或轧制过程中更容易被破碎。新工艺电耗也低于传统电渣重熔工艺。     

氧氮氢碳硫在镍基高温合金锭中分布的研究

探讨杂质元素分布对避免缺陷产生和扩展意义重大,通过解剖整个镍基高温合金锭,探索氧、氮、氢、碳和硫在镍基合金锭中的分布。解剖方式为横向切片取样为主,沿锭边纵向抽取4mm×4mm细条为辅。横向切5个圆饼,每片制出约56个单样;纵向2根棒,每根棒切出80个单样。数据采集使用基于红外和热导检测原理的氧、氮、氢、碳、硫分析仪器,准确性有保障。实验结果显示:氧、氮、氢、碳沿锭纵向分布较均匀,仅锭芯部例外。其横向分布偏析严重,越靠近中心部位,氧、氮、氢、碳偏析越严重,氧和氢甚至可超出一个数量级范围以上。碳也不例外,在合金锭中心孔洞区域,通过金相显微镜可以观察到微小碳化物颗粒沿缩孔边缘处聚集析出。氮偏析不太严重,硫的横向、纵向分布均匀,未见偏析。     

氧氮氢碳硫在镍基高温合金锭中分布的研究

探讨杂质元素分布对避免缺陷产生和扩展意义重大,通过解剖整个镍基高温合金锭,探索氧、氮、氢、碳和硫在镍基合金锭中的分布。解剖方式为横向切片取样为主,沿锭边纵向抽取4mm×4mm细条为辅。横向切5个圆饼,每片制出约56个单样;纵向2根棒,每根棒切出80个单样。数据采集使用基于红外和热导检测原理的氧、氮、氢、碳、硫分析仪器,准确性有保障。实验结果显示:氧、氮、氢、碳沿锭纵向分布较均匀,仅锭芯部例外。其横向分布偏析严重,越靠近中心部位,氧、氮、氢、碳偏析越严重,氧和氢甚至可超出一个数量级范围以上。碳也不例外,在合金锭中心孔洞区域,通过金相显微镜可以观察到微小碳化物颗粒沿缩孔边缘处聚集析出。氮偏析不太严重,硫的横向、纵向分布均匀,未见偏析。     

高压锅炉管钢P12铸锭中夹杂物分布解剖研究

分别采用解剖、总氧分析(T[O])、原位统计分析、金相显微镜统计分析和小样电解实验研究了16.8 t高压锅炉管钢P12铸锭中夹杂物的分布.发现在铸锭的上中部存在夹杂物数量较低的负偏聚区域,而在中心及尾部中心部位存在夹杂物数量较高的正偏聚区域.为了表征夹杂物的偏聚程度,提出了夹杂物偏聚指数的新概念.总氧分析和原位统计分析结果表明铸锭中下部氧化物夹杂物偏聚指数达到1.4~1.6,而在上中部氧化物夹杂物的偏聚指数为0.5~0.7.金相统计分析和小样电解实验可同时分析钢中氧化物和硫化物等夹杂,其分析结果表明铸锭上中部夹杂物的偏聚指数为0.7~0.8,铸锭中下部夹杂物的偏聚指数为1.15~1.35.铸锭中心及锭尾中心区域氧化物夹杂平均尺寸明显大于其他区域,表明大夹杂物在上浮过程中被结晶雨捕获并沉降到底部是铸坯中下部夹杂物偏聚的主要机制.      

高温扩散热处理对Ni-24Fe-14Cr-8Mo镍基合金显微组织的影响

本文以50kg真空感应熔炼的镍基合金Ni-24Fe-14Cr-8Mo为实验材料,通过采取不同温度、不同时间的高温扩散热处理,结合光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针分析仪以及金相照片图像分析的手段,围绕温度和时间对合金组织中Laves相回溶以及元素偏析的影响开展研究。结果表明,合金枝晶间岛状低熔点金属间化合物Laves相的析出造成严重的元素偏析,Laves相初熔温度在1180～1200℃;在1180℃ 7～100 h扩散热处理时,Laves相体积分数随处理时间呈V_f=11.557 8_exp（-0.143 2 t）的指数规律减小,在1180℃保温40 h以内Laves相不能完全回溶,而保温76 h以上则Laves相可以完全回溶,保温100 h可以进一步消除元素偏析。Ni-24Fe-14Cr-8Mo合金的高温扩散热处理温度不应高于Laves相初熔温度,采取1180℃保温100 h有效地减少Laves相比例以及元素偏析。     

Role of microprocesses in the formation of the macroproperties of a chromium-nickel-molybdenum structural steel

The effect of minor melt components, whose thermophysical properties differ substantially from iron, on the formation of the primary cast structure of a Cr-Ni-Mo structural steel has been studied theoretically and experimentally. The effect of phosphorus, silicon, aluminum, and manganese on the primary crystalline structure of an ingot is analyzed. This effect is found to have a threshold character. The mutual effect of silicon and phosphorus on segregation is considered.     

25CrMo钢锭点状偏析区微观组织特点

 为了研究钢锭点状偏析区微观组织特点,对CrMo钢锻坯中的斑点偏析区域进行了分析研究。研究表明,钢坯中的元素偏析区沿锻造方向拉伸且尺寸较小,可判断原铸锭中的偏析为3个维度方向尺寸相近的点状偏析。偏析区中铬、钼元素质量分数相对较高,在冷却后点状偏聚区形成贝氏体组织,与基体的铁素体、珠光体组织呈交错分布的特征,且夹杂物在偏析区富集比较明显,局部偏析区还存在气孔。钢中的点状偏析的出现主要原因是钢液凝固前沿过冷度降低,在成分过冷条件下,高熔点铬、钼组元在枝晶表面局部富集,随温度的下降,钢液中MnS夹杂物同时受枝晶表面的物理吸附作用聚集,同时增加了枝晶区域液相的黏度,导致气体溢出困难,在凝固后局部形成气孔。通过提高钢液凝固速度,降低钢液在固液两相区的停留时间,将有效缓解钢锭中斑点偏析的形成。