凝固过程重轨钢中MnS粒子形核与长大动力学分析

利用经典形核理论和扩散控制长大模型计算分析了重轨钢中MnS粒子析出的动力学行为,计算结果表明,MnS粒子在重轨钢凝固过程以均匀形核和晶界形核为主,主要在凝固末期析出。在设定的重轨钢成分下,计算出MnS的有效形核温度为1 634K,即Mn、S实际浓度积等于平衡浓度积。降低S的质量分数小于5.0×10-5能够推迟MnS接近固相线析出,而对MnS的长大半径影响较小;提高冷却速率从0.14K/s到1.45K/s,连铸坯内柱状晶区中MnS的长大半径比中心等轴晶区的大1个数量级,但对MnS的析出时机无影响。S元素是MnS在凝固过程中粗化长大的控制性环节,在凝固过程冷却速率对MnS粒子长大半径起着决定性的作用。     

3%取向硅钢中MnS沉淀析出动力学的计算

利用第二相相关理论计算分析薄板坯连铸连轧3%取向硅钢中MnS沉淀析出的动力学行为。沉淀析出计算结果显示在薄板坯连铸连轧生产工艺中以铁素体位错线上形核为主导,MnS在铁素体中的析出量最大,其有效沉淀温度范围约为700~900℃,临界形核尺寸约为0.7~1.5 nm;相变完成时MnS颗粒的半径约为30 nm,可以起到抑制剂的作用。终轧温度应在800℃以上。     

含钛低碳钢凝固过程中氧化钛的析出和长大

根据凝固过程中溶质元素偏析和扩散的基本规律,建立了凝固过程中氧化钛的长大模型。计算结果表明,冷却速率对凝固过程中氧化钛的析出和长大有重要影响：冷却速率越小,氧化钛长得越大。凝固前初始氧化钛越小,在凝固过程中氧化钛越容易长大。此外,可以根据冷却速率和凝固后氧化钛的尺寸判断氧化钛是凝固前形成的一次氧化物还是凝固过程中产生的二次氧化物。     

TSCR工艺生产SPHC板过程硼微合金化对AlN、MnS析出的影响

 结合TSCR工艺生产SPHC钢热轧板过程,对微量B影响AlN、MnS的析出行为进行了试验研究与热力学分析,理论分析与热轧板在线取样的相分析结果能很好地吻合。结果表明高温时B优先于Al与N结合生成粗大的BN粒子(约900 nm),有效降低了热轧过程细小而弥散的AlN析出量,同时BN依附MnS析出而粗化MnS粒子,减弱了细小弥散析出粒子对奥氏体晶界钉扎以及相变后铁素体晶粒长大的抑制作用。     

热力学分析MnS夹杂物析出与控制

 为了深入研究与控制重轨钢中大尺寸MnS夹杂物,针对目前热力学计算MnS析出行为问题,提出在应用时需要根据实际条件做相应的选择进行计算。在比较了目前几个常用的热力学数据后,基于U75V钢中MnS夹杂物形成过程,建立了适合计算MnS夹杂物析出的分段计算方法。研究表明,采用FactSage 6.4商业软件计算MnS析出温度为1 631 K,与平衡热力学参数计算的结果1 694 K相差63 K。该方法可准确预测MnS的析出行为,降低了热力学分析MnS析出的难度。在1 473、1 573 和1 673 K 3个温度下固溶硫质量分数分别为0.000 67%、0.001 67%和0.010 8%。在铸坯轧制之前的开坯和保温温度为1 563 K时,需要将钢中硫质量分数降低到0.001 67%以下,才能有效控制大尺寸的MnS夹杂物。     

重轨钢铸坯中MnS夹杂物的析出与长大

铸坯中MnS夹杂物的形貌及尺寸对钢的性能影响显著,因此了解并调控其析出长大过程具有重要意义。采用连铸坯枝晶生长热模拟试验,观测了U78CrV重轨钢铸坯凝固过程中MnS夹杂的形貌及尺寸变化规律,结合热力学和动力学计算,分析了重轨钢铸坯中MnS夹杂的析出长大行为。热模拟试验表明,重轨钢铸坯中MnS主要在凝固末期析出,多分布于枝晶间隙。其中,柱状晶区中MnS主要呈球形、椭圆形及短棒状,平均等效半径为2.42μm,最大等效半径为4.19μm;等轴晶区中MnS多呈不规则形状,平均等效半径为4.01μm,最大等效半径为7.58μm。热力学计算表明,柱状晶区MnS析出凝固分数为0.97,析出温度为1 663 K,高于固相线9 K;等轴晶区MnS析出凝固分数为0.95,析出温度为1 623 K,高于固相线20 K。动力学分析表明,柱状晶区MnS理论长大半径为2.74μm,等轴晶区MnS理论长大半径为5.98μm,计算结果与试验结果较为吻合。通过比较柱状晶区与等轴晶区MnS的析出时间,讨论了等轴晶区MnS尺寸明显大于柱状晶区的原因。通过降低初始硫含量、减轻铸坯芯部硫元素的偏析以及提高冷却速率,可以有效降...     

MnS在固态低硫钢中析出的实验室研究

采用高温激光共聚焦显微镜对低硫钢试样抛光表面的MnS夹杂物析出进行了观察,利用高温激光共聚焦观察结果进行了控温轧制M nS析出试验,用SEM-EDS和ASPEX分析了析出物的成分.结果表明,MnS在表面的首次析出发生在1067℃并伴随有表面变形,在859.7℃当界面能随表面变形释放后停止,MnS的第二次析出发生在790...     

MnS在Ti-Al复合脱氧氧化物上的析出研究

采用高温电阻炉,通过改变不同冷却条件和不同硫含量,系统研究了Ti-Al复合脱氧夹杂对MnS夹杂物析出量和形貌的影响。试验结果表明:冷却速率对MnS的析出有着重要的影响。当钢液中硫的质量分数从0.001%增加到0.01%时,在炉冷条件下,MnS析出量随着钢液中硫含量的增加而增加。但是在水冷条件下,MnS的析出量不随钢液中硫含量的增加而变化。当钢液中w([S])0.008%时,所有氧化物夹杂表面都会析出MnS夹杂;当0.002%≤w([S])0.008%时,复合氧化物夹杂中MnO+SiO2含量越高,MnS越容易在氧化物上面析出。复合夹杂物中Ti3O5和Al2O3对MnS的析出没有明显影响。当w([S])0.002%时,基本没有MnS夹杂析出。MnS在低熔点氧化物上呈镶嵌状析出,在高熔点上呈包裹状析出。     

非调质钢中MnS的析出与长大

摘要：在立式电阻炉内熔化45MnVS钢,分析了水冷和空冷2种冷却方式下试样中MnS的形貌特征,并对试样中MnS的析出与长大进行了热力学和动力学计算。结果表明：水冷试样中MnS的平均尺寸为1.14μm,最大尺寸为7.80μm;空冷试样中MnS的平均尺寸为2.19μm,最大尺寸为8.78μm。钢液凝固过程中,MnS在固相分率达到0.69时析出;在相同固相分率下,水冷试样比空冷试样中MnS的尺寸小。固相分率小于0.97时,S元素为MnS长大的控制元素,固相分率大于0.97时,Mn元素为MnS长大的控制元素。计算所得水冷试样和空冷试样中MnS最终尺寸分别为5.27和9.54μm。     

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。     

Numerical analysis of effect of the solutes on formation of MnS in non-tempered steel

To analyse the effects of solute elements on formation of MnS in the micro-alloyed non-tempered steel, a novel coupling model of micro-segregation and MnS precipitation during solidification was built using the finite-difference method. Non-tempered 49MnVS3 steel was used to detect the effects of concentrations of elements on the precipitation behaviour of MnS. The results show that with contents of Mn at 0.05～2%, S at 0.001～0.3%, Si at 0.3～0.7%, P at 0.001～0.05%, C at 0.05～1.0%, the precipitation temperature of MnS raised from 1360 to 1432°C, 1397 to 1447°C, 1425 to 1418°C, 1425 to 1418°C, dropped from 1488 to 1358°C, and its precipitation solidification ratio dropped from 1 to 0.785, 1 to 0.51, 0.883 to 0.866, 0.88 to 0.86, 0.96 to 0.77, respectively; the observed temperature of MnS by HT-SM was 1427.2°C, close to the calculated temperature of 1420.6°C by the proposed the diffusion control growth model.     

冷却强度对超高硫中碳钢方坯凝固过程MnS生长的影响

 中碳超高硫易切削钢SAE144是兼具力学性能与切削性能的结构钢,用于制造汽车发动机密封阀件等,产品多采用转炉/电炉→LF精炼→连铸小方坯→线棒材热轧→冷拉及机加工成型流程生产,近年来市场热度稳步提升。若钢中MnS尺寸过大,零件加工使用过程易发生探伤不合、切削性能差、带状组织严重、力学性能各相异性显著,甚至拉拔加工断裂等问题。MnS夹杂物多在铸坯凝固后期形成,随着轧制与钢基体同步变形,控制该类钢种铸坯内MnS原始尺寸成为控制热轧材中MnS夹杂物形态及尺寸的最关键环节。为控制热轧超高硫中碳钢盘条中MnS夹杂物,利用钢坯凝固数值模拟、第二相析出理论、Ostwald熟化理论计算分析了160 mm2钢坯中硫元素偏析及MnS的生成、长大和熟化过程。计算结果表明,当固相分数f_s为0.446、硫微观偏析比达到2.19时,铸坯在凝固末期生成MnS。凝固过程中MnS的生长过程决定了钢坯中MnS颗粒的直径。理论计算表明,当连铸二次冷却水量固定为0.6L/kg时,拉速为1.6、2.1和2.6 m/min时,160 mm2方坯中心的MnS分别增长到30.6、32.2和34.6 μm,与实际测试结果一致。控制该类钢种线材中MnS尺寸的关键是提高二冷区的冷却强度,降低连铸拉速。基于该系列计算方法,提出了160 mm2钢坯中与MnS直径控制目标相匹配的连铸工艺参数控制范围。     

百米高速重轨钢中大型MnS夹杂的形成原因

大型MnS是引起百米高速重轨夹杂物超标和超声波探伤不合的重要原因.理论计算表明,对于U75V重轨钢,在凝固末期固相分率大于0.98时,MnS才能在液相中析出.利用扫描电镜配合能谱仪分别对铸坯和钢轨试样中Mns夹杂进行了研究.结果表明,铸坯边部是尺寸小于10 μm的球状MnS,中心为尺寸小于30 μm扇形或条状MnS,钢...     

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.     

In‐Situ Observation of the Formation of MnS during Solidification of High Sulphur Steels

A Confocal Scanning Laser Microscope equipped with a gold image furnace was used to directly observe the precipitation of MnS during solidification of high sulphur steels under isothermal conditions in the temperature region 1440 to 1480°C on the free surface of the steel melt. For the case of Al‐killed steels, below 1480°C MnS particles were found to precipitate with Fe forming simultaneously around them. This MnS containing structure continued to grow rapidly (264 μm/s) as a surface film. The film gradually changed, as the level of S in the melt decreased, into a eutectic structure (with lamella spacing of 2 μm) as predicted by thermodynamics. In Si‐ killed steels there was significantly lower tendency to form MnS both in terms of time until precipitation occurred and growth rate.     

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.     

Kinetics Simulation of MnS Precipitation in Electrical Steel

In this work, the solid‐state precipitation kinetics of manganese sulfides (MnS) particles in ferrite during continuous deformation of electrical steel is investigated. Thermokinetic simulations are carried out on basis of the software package MatCalc. The results are compared with independent experimental results from literature. The mean radius evolution of second phase MnS precipitates is numerically simulated as a function of the heat treatment parameters time and temperature. The calculated results show good agreement with the experimental measurements using a single set of simulation input parameters.