高强度油井套管钢偏析与含Nb析出相研究

摘要：点状偏析是连铸坯中的常见半宏观缺陷之一，严重影响后续产品的加工性能和服役性能。点状偏析的形成与枝晶形貌以及凝固末期钢液流动有关，经热轧会遗留至管材中变成带状偏析，两者在成分和位置上存在一致性。热力学计算分析表明,该钢种圆坯点状偏析内存在富Nb碳化物，该析出相是凝固过程中分散型剩余液相溶质偏析的产物。通过SEM观察到，在常规加热过程中该富Nb碳化物并不能完全回溶，在管材带状偏析处仍然可以发现未溶碳化物的存在。     

DP980双相热轧钢带状组织成因及控制

通过分析1 000 MPa级DP980铁素体马氏体双相钢带状组织、连铸坯宏观和显微组织偏析,研究了该钢种带状组织的成因及控制方法。结果表明,连铸坯中心较内部其他部位偏析严重,连铸坯的中心元素偏析与热轧带钢的中心带状偏析有对应关系;枝晶间显微偏析度与带状元素偏聚度有较好的正相关关系。随着道次增加及反向轧制,铸坯初始枝晶取向转变为与轧制方向一致。连铸过热度控制在20~25℃、拉速为1.2 m/min,同时应用铸坯轻压下技术,连铸坯宏观偏析可控制在C1.0以下,热轧带钢的带状组织可控制在1.5级以下。     

连铸控流模式对大方坯及棒材组织结构与宏观偏析影响

以中碳结构钢大方坯及其热轧棒材为研究对象,通过对铸坯和轧材进行低倍侵蚀和成分分析,揭示了连铸控流模式对大方坯凝固组织与宏观偏析分布特征的影响及其铸轧遗传性。研究表明:常规直通水口浇注模式下,结晶器电磁搅拌(Mold electromagnetic stirring, M-EMS)电流由0增加到800 A,铸坯等轴晶率由6.06%仅可增加到11.71%,难以有效避免大方坯常见的中心缩孔缺陷与突出的中心线偏析。采用新型五孔水口浇注模式,即使不开启M-EMS,铸坯中心等轴晶率仍可达23.1%,大方坯中心缩孔级别可降至1.0级以下,满足后续热轧大棒材探伤要求。同时发现,五孔水口浇注模式下,大方坯铸态组织中往往会出现较为明显的柱状晶到等轴晶转变(Columnar to equiaxed transition, CET)区,铸坯断面碳偏析指数呈M型分布,表现为断面1/4位置CET区域碳偏析指数最高。大棒材轧制基本改变不了铸坯断面宏观偏析的分布形态,且可能导致中心线偏析指数增加。同时指出,基于连铸控流模式的作用规律和铸?轧遗传性特征,以及特殊钢长材热加工对中心致密度和偏析分布与程度的要求,实际生产中应从连铸工艺源头合理地控制铸态组织与宏观偏析分布形态。      

齿轮钢连铸坯凝固组织与溶质分布均匀性

分析了20CrMnTi齿轮钢200 mm×200 mm连铸坯凝固组织和溶质分布的均匀性,提出了不同过热度时粗大等轴晶和点状偏析的共生机理,制定了齿轮钢连铸均质性控制策略。结果表明,齿轮钢连铸坯凝固组织受到钢水过热度的直接影响,提高过热度会减小等轴晶面积,降低对中性,减小等轴晶尺寸;齿轮钢连铸坯凝固组织直接影响C元素中心偏析和断面分布均匀性,提高等轴晶率有利于降低中心偏析,但会增大等轴晶区溶质波动范围;齿轮钢连铸坯凝固组织直接影响半宏观尺度的点状偏析,提高等轴晶率会增加大尺寸点状偏析数量,Cr、Mn溶质偏聚程度也会增加。为了同时提高齿轮钢组织和成分均匀性,比较理想的连铸低倍结构特征是等轴晶率低、等轴晶尺寸小而均匀、对中性良好。     

高强度油井管用钢带状偏析及其条带型混晶现象研究

摘要：带状偏析组织是影响高强钢服役过程抗腐蚀性能的重要缺陷之一。为了深入揭示轧材中常见的碳化物带状缺陷组织特征,以C110级高强度油井管钢为对象,针对源于铸坯点状偏析的管材带状组织,利用OM、SEM、EDS、EPMA等手段,研究了其热轧材及其调质处理过程不同环节下的晶粒大小分布行为。发现了一种与碳化物带状缺陷相关联的条带型混晶组织。其组织中基体区域晶粒明显粗大,偏析带区域晶粒则相对细小,呈现出与带状组织相似的粗细晶粒相间结构。基于EPMA分析,揭示了带状组织中元素偏析程度与其晶粒尺度的关联性,并利用溶质拖曳理论与第二相粒子钉扎作用解释了合金元素对晶粒生长的影响。     

高强度油井管用钢带状偏析及其条带型混晶现象研究

带状偏析组织是影响高强钢服役过程抗腐蚀性能的重要缺陷之一。为了深入揭示轧材中常见的碳化物带状缺陷组织特征,以C110级高强度油井管钢为对象,针对源于铸坯点状偏析的管材带状组织,利用OM、SEM、EDS、EPMA等手段,研究了其热轧材及其调质处理过程不同环节下的晶粒大小分布行为。发现了一种与碳化物带状缺陷相关联的条带型混晶组织。其组织中基体区域晶粒明显粗大,偏析带区域晶粒则相对细小,呈现出与带状组织相似的粗细晶粒相间结构。基于EPMA分析,揭示了带状组织中元素偏析程度与其晶粒尺度的关联性,并利用溶质拖曳理论与第二相粒子钉扎作用解释了合金元素对晶粒生长的影响。     

船板钢拉伸断口分层原因分析及工艺改进

通过金相显微镜、扫描电镜对船板钢拉伸试样断口的金相组织、低倍组织、形貌进行分析,确定船板钢拉伸试样断口缺陷是由铸坯中的夹杂物、中心偏析和轧制工艺中形成的带状组织引起的。结合生产实际,提出了连铸坯二冷区凝固末端强制冷却措施,使得柱状晶生长速度变慢,等轴晶增多,减少了钢水静压力,减轻了中心偏析,船板拉伸断口分层缺陷得到有效控制。     

含锰结构钢中带状组织及其对力学性能的影响

对含锰结构钢中带状组织的形成演化规律及对冷轧板力学性能的影响进行了研究。结果表明,钢板中的带状组织是由连铸过程中元素的中心枝晶偏析所致。带状组织的存在对冷轧板的强度无明显影响,但使冷轧板的塑性显著降低,从而影响产品的使用性能。采取控制连铸时钢水的过热度、加大电磁搅拌等措施,可减轻铸坯的中心偏析,遏制带状组织的形成。     

电磁搅拌和过热度对Q345钢铸坯内部质量的影响

以改善Q345钢连铸坯中心质量和组织为目的,进行了不同连铸工艺的对比试验。结果表明,与常规工艺相比,结合电磁搅拌的工艺可显著提高铸坯中心等轴晶率;仅降低钢水过热度虽然对降低铸坯中心偏析作用明显,但其提高铸坯中心等轴晶率的效果低于采用电磁搅拌的效果。     

胀断连杆用高碳微合金钢连铸大方坯的铸态组织

胀断连杆是汽车精密传动用高端产品,需具高强高韧和裂解加工脆性解理断裂特性。连铸化生产高碳易切削胀断连杆用微合金非调质钢是当前的发展方向。基于大方坯连铸生产典型工艺及其铸态组织、成分均匀性分析,研究了胀断连杆加工过程常见断口形貌不合的钢坯遗传性因素。以常用德系C70S6钢为例,采用250 mm×280 mm断面弧形连铸机,解析其在一定结晶器电磁搅拌条件下所浇铸大方坯的铸态低倍结构和枝晶形貌,并分析其不同晶区的成分分布特点。结果表明,当前连铸条件下大方坯中心缩孔和后续热轧棒材探伤合格率可控,但铸坯初凝坯壳凝固前沿发生明显的C、S负偏析白亮带区及其柱状晶偏转现象。金相试样图像分析和相场法凝固模拟表明,铸坯中柱状晶具有逆流生长特征,其偏转角是一次枝晶尖端向旋流方向逆向生长的结果。自铸坯角部至宽、窄面中心,实测柱状晶区的一次枝晶偏转角约在?7°到27°之间。利用X射线能谱分析（EDS）进一步检测了钢中主要合金元素Si、Mn、Mo在铸坯不同晶区的分布,揭示了其铸态偏析特征与差异性。据此,探讨了这种铸态组织和成分偏析对后续热轧棒材和连杆成品组织的遗传性,以及对其胀断加工断口不合的影响,可为源头铸态质量的控制提供依据。      

结晶器电磁搅拌对矩形坯轧制大规格齿轮钢圆钢碳偏析行为的影响

通过对齿轮钢矩形坯轧制大规格圆钢宏观碳偏析的分析,结合碳含量和低倍组织,研究了不同结晶器电磁搅拌强度时圆钢的碳偏析行为。结果表明,结晶器电磁搅拌扩大连铸坯柱状晶/等轴晶转换界面(CET)框尺寸,提高等轴晶率,但是产生皮下负偏析带,圆钢的偏析变得明显;结晶器电磁搅拌下,齿轮钢矩形坯与圆钢从表面到中心呈现"N"形碳偏析,搅拌强度越大,偏析幅度越大;圆钢同一圆周上,搅拌时3/4 R、1/2 R处极差大,1/4 R处极差小,不搅拌时则相反。连铸坯的CET区域与圆钢方框偏析有严格的对应性,说明连铸坯与圆钢的组织与成分存在传承关系。     

30Mn2热轧棒材表面裂纹缺陷原因分析

针对30Mn2热轧棒材表面出现裂纹缺陷的问题,取样进行了成分、性能、显微组织及能谱分析。结果表明,材料的成分及性能均符合设计要求,裂纹内存在较大的残留气泡及夹杂物,基体存在由P偏析导致的带状组织即鬼线组织,夹杂物包含保护渣成分。结晶器卷渣是导致轧材出现纵向裂纹的主要原因。通过更换保护渣及优化加入方式等,避免了30Mn2轧材表面裂纹和鬼线组织等缺陷的再次产生。     

20CrMnTiH齿轮钢铸坯宏观碳偏析对轧材带状组织的影响

20CrMnTiH钢Φ130 mm圆钢的生产工艺流程为120 t BOF-LF-VD-300 mm×430 mm坯连铸-连轧。不同连铸工艺(过热度15～30℃,电磁搅拌0～400 A)生产的连铸坯和轧材的宏观碳偏析表明,较高的过热度和过强的结晶器电磁搅拌会加重20CrMnTiH钢连铸坯和轧材的宏观碳偏析;严重的宏观碳偏析,加剧晶枝偏析,提高钢的带状组织级别并提高退火钢材正偏析区的硬度值。     

50W1300无取向硅钢的显微组织和织构演变

运用金相观察和电子背散射衍射技术,研究了实际生产条件下50W1300无取向硅钢在热连轧—冷轧—退火过程中显微组织和织构的演变。结果表明,在热塑性加工过程中,热轧板表层均为等轴晶,芯部为变形压扁组织。经冷轧后,热轧组织转变为扁平的带状组织,芯部呈现纤维组织特征。退火组织为晶界清晰且较规整的等轴铁素体晶粒。沿厚度方向,热轧板织构类型不同。冷轧板织构类型基本不变,主要为α织构、γ织构和旋转立方织构{100}<110>;在板厚1/4处,α织构和旋转立方织构强度达到最高,γ织构显著减弱。退火板中γ织构强度有所降低。     

连铸坯凝固偏析和高强热轧盘条的组织遗传性

 通过对热轧盘条和连铸坯光学显微镜、扫描电镜观察和能谱分析以及化学成分检验,研究了高碳热轧盘条组织与连铸坯凝固偏析的关系。结果表明：碳、锰严重偏析是导致高强度预应力盘条中偏析带形成的主要原因。偏析带组织为非索氏体,其强度高,塑性差,在轧制过程中易产生微裂纹和孔洞;连铸坯的偏析会直接遗传给热轧盘条,严重影响热轧盘条的组织和性能。因此,针对连铸坯偏析的遗传性,制定了改进措施,经生产证明其效果显著。     

轻压下条件下管线钢铸坯凝固组织与中心偏析的关系

 为研究在动态轻压下条件下等轴晶和柱状晶组织与管线钢板坯中心偏析的关系,试验通过改变中包钢水过热度来获得铸坯中心不同凝固组织,并分析不同凝固组织内的中心偏析情况。试验铸坯分别采用热酸腐蚀、化学分析的方法,定性、定量分析过热度在11~32℃之间,铸坯厚度方向上元素含量分布和不同凝固组织中的偏析形貌。结果显示：过热度在14℃以下的坯样中心为等轴晶组织,过热度在20℃以上的坯样中心完全为柱状晶组织;在现有轻压下条件下,中心为等轴晶和过热度为32℃时中心柱状晶组织的坯样中心偏析度均较低,但因铸坯中心整个等轴晶区内会分布着偏析点,因而较之中心柱状晶组织,中心为等轴晶组织中点状偏析分布范围较宽;当中心为柱状晶组织时,适当提高过热度、优化压下量,可降低中心偏析度,提高中心偏析评级。     

高强度油井管钢中的Nb偏析及形成机制分析

摘要：研究了含Nb高强度油井管钢连铸坯和管材的Nb偏析行为。利用OM、SEM、EDS、EMPA等手段,揭示了含Nb高强度油井管钢连铸圆坯中存在的富Nb、富C点状缺陷及其与管材内壁出现的条带组织中大尺寸NbC的对应关系。从Nb、C元素含量与其固溶度积间的关系分析了Nb的偏析机制。分析认为,大尺寸NbC是由于Nb的分配系数小,在连铸坯凝固后期枝晶间大量富集所形成。经固溶度积计算,富集的Nb含量可高于基体的54倍。