高锰高铝钢纯净度控制关键技术研究进展

摘要：汽车轻量化对低密度高锰高铝钢的需求日趋迫切,然而高锰高铝钢的大规模化生产仍受制于纯净度控制技术与连续浇注工艺。首先基于高锰高铝钢的成分特点,阐述了高锰高铝钢的微观组织特征,然后通过热力学模拟了高锰高铝钢中夹杂物的形成与演变规律,分析了不同Al和Mn含量对夹杂物的类型和含量的影响规律,最后总结了近年来国内外学者关于高锰高铝钢中夹杂物形成理论和实验研究,钢中高铝含量显著影响Al2O3、AlN及AlON的竞相析出以及影响MnS等夹杂的析出行为,进而从精炼渣、耐火材料和保护渣角度分析了高锰高铝钢冶炼特点并指出了其纯净度控制的关键方向。     

高锰高铝钢纯净度控制关键技术研究进展

汽车轻量化对低密度高锰高铝钢的需求日趋迫切,然而高锰高铝钢的大规模化生产仍受制于纯净度控制技术与连续浇注工艺。首先基于高锰高铝钢的成分特点,阐述了高锰高铝钢的微观组织特征,然后通过热力学模拟了高锰高铝钢中夹杂物的形成与演变规律,分析了不同Al和Mn含量对夹杂物的类型和含量的影响规律,最后总结了近年来国内外学者关于高锰高铝钢中夹杂物形成理论和实验研究,钢中高铝含量显著影响Al_2O_3、AlN及AlON的竞相析出以及影响MnS等夹杂的析出行为,进而从精炼渣、耐火材料和保护渣角度分析了高锰高铝钢冶炼特点并指出了其纯净度控制的关键方向。     

精炼渣与高锰高铝钢液的相互作用

摘要：为了研究精炼渣与高锰高铝钢液相互作用规律,以CaO-5%SiO2-Al2O3-8%MgO精炼渣与Fe-15Mn-10Al-0.7C高锰高铝钢液在1600℃的渣金反应为研究对象,分别在渣金反应5、15、30、60和90min时取钢样和渣样,通过钢液和渣成分变化进行了渣金反应动力学计算。结果表明：整个渣金反应过程中,钢液中［Al］和渣中SiO2不断降低、渣中Al2O3不断增加;精炼渣与高锰高铝钢液反应前期限制性环节为［Al］在边界层的传质,反应后期渣成分发生改变、黏度升高以及渣中固相颗粒形成,使得SiO2在渣中的传质条件恶化,SiO2向反应界面的传质成为渣金反应的速率限制环节;精炼渣与高锰高铝钢反应分3个阶段：初期反应剧烈、中期渣金界面形成尖晶石层并阻碍渣金反应、后期反应趋于稳定。     

CaO-SiO2-Al2O3-Na2O-CaF2固态渣系的再结晶性能

 含铝钢连铸时,钢水中的铝与保护渣中SiO2反应导致保护渣中Al2O3含量增加而SiO2含量减少,导致保护渣的热物理性能发生变化,从而影响了铸坯的质量。在以前的研究基础上使用X射线衍射仪(XRD)和差热分析仪(DTA)以及扫描电镜(SEM)研究了高铝保护渣固态渣膜的结晶行为与晶体显微结构的变化规律。结果表明,高铝保护渣中CaF2的析出主要是因为SiO2含量的减少和Al2O3含量的增加导致大量的Ca2+的功能由电荷补偿变为网络修饰体,温度降低时CaF2首先析出;随着保护渣中Al2O3含量的增加,在同一加热速率下析晶温度升高;当保护渣中Al2O3含量较少时,析出晶体为枪晶石(Ca4Si2O7F2)和少量的CaF2,当Al2O3含量大于5%(质量分数,下同)时,霞石(NaAlSiO4)进一步析出,且随着Al2O3含量的增加,析出晶体的尺寸减小。     

精炼渣与高锰高铝钢液的相互作用

为了研究精炼渣与高锰高铝钢液相互作用规律,以CaO-5%SiO_2-Al_2O_3-8%MgO精炼渣与Fe-15Mn-10Al-0.7C高锰高铝钢液在1 600℃的渣金反应为研究对象,分别在渣金反应5、15、30、60和90 min时取钢样和渣样,通过钢液和渣成分变化进行了渣金反应动力学计算。结果表明:整个渣金反应过程中,钢液中[Al]和渣中SiO_2不断降低、渣中Al_2O_3不断增加;精炼渣与高锰高铝钢液反应前期限制性环节为[Al]在边界层的传质,反应后期渣成分发生改变、黏度升高以及渣中固相颗粒形成,使得SiO_2在渣中的传质条件恶化,SiO_2向反应界面的传质成为渣金反应的速率限制环节;精炼渣与高锰高铝钢反应分3个阶段:初期反应剧烈、中期渣金界面形成尖晶石层并阻碍渣金反应、后期反应趋于稳定。     

高铝钢连铸保护渣结晶矿相的研究

 针对高铝钢浇铸过程中保护渣Al2O3含量大幅增加而导致保护渣玻璃形态恶化的问题,采用SEM和XRD分析方法对高铝钢浇铸前后保护渣的显微组织和结晶矿相进行分析,研究了不同组分对保护渣结晶性能的影响。结果表明：高铝钢连铸保护渣初始SiO2含量较高,保护渣玻璃形态较好。浇铸过程中随着保护渣Al2O3含量的增加和SiO2含量的减少,保护渣的结晶率增加,玻璃性能变差;渣中Li2O容易与F-生成LiF晶相;渣中CaF2含量较高时,容易析出CaF2晶体。     

Al、Ti元素对高锰铝青铜组织和性能的影响

为了解合金元素Al、Ti对高锰铝青铜组织和性能的影响，采用石墨坩埚炉熔炼，制取了Al、Ti含量不同的高锰铝青铜试样，通过对试样进行金相组织检验和硬度测试分析，发现Al、Ti元素含量对高锰铝青铜组织和硬度的影响较大，确定了用该高锰铝青铜材料制造冶金备件产品时，Al元素的最佳含量为7．5％～8．2％、Ti元素的最佳含量为0.20％～0．25％．     

莫来石和氧化铝对高锰高铝钢用铬质引流砂烧结的影响

为了提升高锰高铝钢的自动开浇率,将莫来石和氧化铝等颗粒加入铬质引流砂中,研究揭示了高锰高铝钢对铬质引流砂烧结行为的影响规律.研究发现,铬质引流砂添加莫来石后,莫来石会熔解并与铬铁矿砂反应,从而生成SiO2-Al2O3-FeO-MgO系液相.无钢液作用下,提高引流砂中Al2O3含量有利于铬质引流砂的烧结,但超过一定范围反...     

高氮钒微合金钢中终轧温度和锰的综合作用

通过对高锰高终轧温度钢和低锰低终轧温度钢的力学性能测试、并观察其组织及其碳氮化物的析出,研究了Mn和终轧温度在高氮钒微合金钢中的综合作用.结果表明： 高锰含量可以弥补高的终轧温度对组织的不利影响,而高的终轧温度可以弥补高的锰含量对析出的不利作用;提高锰含量同时提高终轧温度比降低锰含量同时降低终轧温度有利于组织细化和析出.     

Al含量和Cr-Mo微合金化对37Mn钢Φ350 mm铸坯裂纹的影响

通过试验研究和理论分析等手段,明确了柱状晶界面结合力弱是37Mn气瓶钢连铸坯裂纹产生的主要原因。采用拉伸试验、扫描电镜、金属膨胀仪、金相显微镜等研究设备,分析了柱状晶结合力的影响因素。研究表明,当Al含量0.007%增加至0.033%时,使800℃时钢的热塑性显著降低,同时导致A-F/P相变过程体积效应增大,柱状晶晶界位置易形成微裂纹及孔洞;同时晶界位置Al、P、S元素偏析也是形成裂纹的原因之一。在此基础上,提出了降低钢中N含量由0.0080%降至(0.0040%～0.0060%),添加微量Cr (0.20%～0.25%)、Mo (0.05%～0.08%)以及使连铸坯在750～600℃缓冷等措施,有效减轻了晶界相变应力及热应力,避免了37Mn气瓶钢连铸坯裂纹萌发和扩展。     

中锰钢高温热塑性研究

摘要：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。     

Corrosion Behavior of High Nitrogen Nickel-Free Fe-16Cr-Mn-Mo-N Stainless Steels

The purpose of the current study is to develop austenitic nickel-free stainless steels with lower chromium content and higher manganese and nitrogen contents. In order to prevent nickel-induced skin allergy, cobalt, manganese, and nitrogen were used to substitute nickel in the designed steel. Our results demonstrated that manganese content greater than 14 wt pct results in a structure that is in full austenite phase. The manganese content appears to increase the solubility of nitrogen; however, a lower corrosion potential was found in steel with high manganese content. Molybdenum appears to be able to increase the pitting potential. The effects of Cr, Mn, Mo, and N on corrosion behavior of Fe-16Cr-2Co-Mn-Mo-N high nitrogen stainless steels were evaluated with potentiodynamic tests and XPS surface analysis. The results reveal that anodic current and pits formation of the Fe-16Cr-2Co-Mn-Mo-N high nitrogen stainless steels were smaller than those of lower manganese and nitrogen content stainless steel.     

电脉冲对高碳钢凝固组织的影响

对处于熔点以上的高碳钢液施加一定时间的电脉冲,观察了不同处理时间后钢样的凝固组织,发现电脉冲能够缩小钢锭的柱状晶区域,减缓柱状晶的生长趋势,提出了一种新的改善钢液凝固过程的技术。在停止电脉冲处理后停留不同时间的情况下,柱状晶的长度不同,电脉冲处理钢液仍然存在衰退问题。此外,还对电脉冲改善金属液凝固组织的机理进行了讨论,不过尚需严格的实验来验证     

无取向电工钢中酸溶铝含量对夹杂物的影响

 为提高无取向电工钢成品性能及优化生产,采用SEM-EDS等分析方法分别对比分析了无取向电工钢生产时,不同酸溶铝含量的生产工艺对钢中夹杂物的影响。研究表明,当钢中酸溶铝含量w(Als)为0.2%～0.4%时,精炼过程所生成的夹杂物为高熔点的Al2O3和球状的MgO-Al2O3类夹杂物;当钢中w(Als)小于0.005%时,精炼过程所生成的夹杂物主要为塑性硅铝锰酸盐类夹杂;各工位夹杂物平均数量呈递减的趋势,且w(Als)为02%～0.4%的高碱度渣系控制生成的夹杂物总量低于后者。     

45 t AOD精炼高氮奥氏体不锈钢10Cr21Mn16NiN的工艺实践

冶炼高氮不锈钢10Cr21Mnl6NiN (/%:0.03~0.13C,0.30~0.60Si,15.0~17.0Mn, ≤0.045P, ≤0.030S,21.0~22.0Cr,1.0~1.8Ni,0.40~0.65N) EAF粗炼钢水主要成分为2.20%C,21.32%Cr。AOD精炼时,采用顶吹和底侧吹氧氮进行脱碳,加入锰铁和镍铁,并加入石灰脱硫,用硅铁还原后再用铝和硅钙粉进行深脱氧;使用金属锰进行锰合金化后钢中Mn含量达16%;在钢水量为45.2~46.0 t时,AOD出钢时钢中氮含量为0.49%~0.54%,在出钢过程加入1.34~1.67 t氮化锰后钢中氮含量为0.64%~0.65%,氮的收得率可达42.1%~50.2%。     

国内外2205双相钢连铸坯凝固组织及碳偏析分析

以国内外两家先进不锈钢生产企业的2205双相不锈钢连铸方坯为研究对象,对比分析了其相应的凝固组织特征和宏观碳偏析分布。研究发现,国外2205连铸坯凝固组织柱状晶较为发达,柱状晶比例为76%,宏观碳偏析总体较低;而国内2205连铸坯等轴晶占主要部分,等轴晶比例为58%,存在严重的中心碳偏析。通过进一步对比国外样品柱状晶区和等轴晶区的致密度得出,柱状晶区平均致密度为0.89,高于等轴晶的0.84,高致密度的凝固组织对降低宏观偏析有利。因此,为了获得较为均匀的连铸坯成分和较低的宏观偏析度,合理的柱状晶和等轴晶比例非常重要。     

Microstructure and Corrosion Properties of AlCoCrFeNi High Entropy Alloy Coatings Deposited on AISI 1045 Steel by the Electrospark Process

Electrospark deposition (ESD) was employed to clad the AlCoCrFeNi high-entropy alloy (HEA) on AISI 1045 carbon steel. The relationship between the microstructure and corrosion properties of the HEA-coated specimens was studied and compared with that of the copper-molded cast HEA material. Two major microstructural differences were found between the cast HEA material and the HEA coatings. First, the cast material comprises both columnar and equiaxed crystals with a columnar-to-equiaxed transition (CET), whereas the HEA coatings consist of an entirely columnar crystal structure. The CET phenomenon was analyzed based on Hunt’s criterion. Second, unlike the cast HEA material, there was no obvious Cr-rich interdendritic segregation and nano-sized precipitate distributed within the dendrites of the HEA coating. With regard to corrosion properties, the corrosion current of the HEA-coated specimen was significantly lower than for the 1045 steel and the cast HEA material. This was attributed to the ESD specimen having a relatively high Cr oxide and Al oxide content at the surface. Moreover, for the ESD specimen, the absence of Cr-rich interdendritic phase and second-phase precipitation resulted in a relatively uniform corrosion attack, which is different from the severe galvanic corrosion attack that occurred in the cast specimen.     

Instability of primary dendrite arms in columnar Chernov crystals

Some features of dendrite coarsening are studied on individual columnar dendrites in a large steel ingot. The coarsening of dendrite arms in Chernov columnar crystals is observed only in the zone of conventional solidification. In the tips of crystals that penetrate into the shrinkage cavity of the ingot, the initial sizes of the dendrite arms do not change. The coarsening of the primary arms is shown to cause crystal fragmentation into individual dendrites.     

不同冲击性能低温容器用9Ni钢的微观研究

对冲击性能不同的9Ni钢试样从微观方面进行了比对分析,用扫描电子显微镜、金相显微镜、电子探针和扫描电镜电子背散射衍射(EBSD)进行组织、非金属夹杂物、奥氏体晶粒、低倍枝晶和残余奥氏体量的观察研究。研究结果表明:冲击功值低的试样断口呈脆性解理断裂,低倍枝晶形貌图显示柱状晶发达,奥氏体晶粒粗大且不均匀;而冲击功值高的试样断口呈韧性断裂,各晶区可明显区分,奥氏体晶粒细且均匀。两组试样的夹杂物评级没有明显差异,说明两组试样的冲击性能差异是由于不恰当的连铸工艺使得柱状晶过于发达,铸态枝晶间形成富镍的偏析带,镍的偏析带在随后的热加工中不能被完全消除而遗传下来,造成了钢板镍元素的微观偏析,引起了组织不均匀,并降低了9Ni钢的冲击性能。