高铝钢中钙处理对非金属夹杂物特征的影响

 为了研究高铝钢中钙处理量与夹杂物特征的关系,通过SEM EDS检测了钢中夹杂物形貌和成分,并结合图像处理软件、体视学等方法统计了夹杂物三维尺寸分布、夹杂物间距和夹杂物分布等参数。结果表明,钙处理高铝钢中夹杂物主要有Al2O3 CaO (CaS)复合夹杂物和AlN等两类夹杂物。高铝钢中钙质量分数由0.000 4%增加到0.002 4%时,夹杂物的平均尺寸由2.5减小到1.8 μm,夹杂物数量是原来的2倍,夹杂物平均间距由95减小到72 μm。通过FactSage热力学计算讨论了冷却过程中夹杂物成分的演变过程,计算结果与试验结果相符。最后根据夹杂物形核计算讨论了夹杂物特征与形核尺寸的关系以及高铝钢中夹杂物分布的影响因素。     

脱氧顺序对铝钛复合夹杂物的影响

 通过扫描电镜-能谱仪检测和分析了不同铝钛脱氧顺序下钢中夹杂物的形貌、成分、尺寸、数量和分布等参数,通过热力学计算分析了脱氧过程中钢液中的化学反应和夹杂物优势区图。结果表明,脱氧剂添加顺序对夹杂物形貌影响很大,先加钛后加铝的脱氧方式下,钢液中形成了较多含有铁相(“空心”)的具有浓度梯度的铝钛复合夹杂物。夹杂物径向长度增加,夹杂物也更容易偏聚。所以先加钛后加铝不利于夹杂物尺寸细小化,不利于夹杂物弥散分布。先加铝后加钛的脱氧方式下,钢中形成氧化铝夹杂,不会被溶解的钛还原,因此夹杂物内部不含有铁相。夹杂物主要为Al-Ti-O(-N)类夹杂。夹杂物尺寸和数量小于先加钛后加铝钢中的夹杂物。通过FactSage计算结果、化学反应分析和试验检测结果,探究了不同铝钛脱氧顺序下夹杂物形成和演变机理,分析了具有浓度梯度的“空心结构”的铝钛复合夹杂物形成机理,讨论了脱氧剂添加顺序对夹杂物尺寸、数量和分布等特征的影响规律。发现先加钛后加铝的脱氧方式下,钛氧化物会与金属铝反应,钛氧化物逐渐转变为“空心”氧化铝壳,同时溶解的铝、钛和氧发生氧化反应,形成了具有浓度梯度的Al₂O₃-TiO_x复合夹杂物,最终钛氧化物完全转变为氧化铝壳而消失。随着铁液的填充,形成了含有铁相的铝钛夹杂物。     

含钛齿轮钢中CaO-Al2O3-TiOx+TiN系夹杂物形成机理

 为了研究20CrMnTi齿轮钢中特殊夹杂物(CaO-Al₂O₃-TiO_x包裹TiN的复合夹杂物)的形成机理,结合工业试验和实验室合金化试验,借助热力学计算推断了TiN直接生成的可能性。研究发现,钛铁合金的洁净度较差,合金中含有较多的Al₂O₃和TiN夹杂物。在炼钢温度条件下,钢中的溶解钛与氮反应生成TiN在热力学上是不可能的。复合夹杂物的TiN核不可能是由钢中的溶解钛和氮直接反应生成,而应该是由合金带入的。当CaO-Al₂O₃-TiO_x系夹杂物与未溶解完全的TiN碰撞到一起后,液态的夹杂物将TiN包裹,从而形成较大尺寸的CaO-Al₂O₃-TiO_x包裹TiN的夹杂物。要控制这类夹杂物,需采用氮质量分数更低的钛铁合金。     

返回料添加比例对高温合金夹杂物析出行为的影响

为实现高返回比高温合金洁净化冶炼,研究不同返回料添加比例对高温合金冶炼过程夹杂物演变规律的影响,并结合热力学计算讨论夹杂物析出行为和生成机理。结果表明,返回料添加对高温合金夹杂物种类无明显影响,但对夹杂物数量和尺寸分布影响较大。随返回料比例从0%增加至60%,夹杂物数量密度由19.30个/mm²增加至30.74个/mm²,其中以氧化物为核心的碳氮化物复合夹杂由4.47个/mm²增加至10.11个/mm²,大尺寸(粒径大于5μm)夹杂物所占比例由8.7%增加到13.9%。热力学计算结果表明,MgO·Al₂O₃夹杂物的理论形核半径随熔体中氧活度的增加而减小,且该夹杂物与TiN夹杂物的晶格错配度较低。添加返回料相比全新料会引入更多的杂质元素,导致MgO·Al₂O₃夹杂物形核率显著上升,并促进了TiN、Ti(C,N)夹杂物的非均匀形核。形核动力学计算结果表明,返回料添加比例增大,体系中氮的浓度增大,TiN夹杂物更早析出,...     

国内外油井管钢中非金属夹杂物的对比分析

 为了提高国内油井管钢质量,采用扫描电镜对比了日本和国内油井管钢中夹杂物成分和形貌,统计了夹杂物尺寸分布、夹杂物间距和夹杂物分布等参数,基于FactSage热力学软件平衡凝固模型分析了冷却过程中夹杂物的演变过程,基于夹杂物碰撞数量平衡模型,讨论了油井管钢中夹杂物碰撞率。结果表明,日本油井管钢中夹杂物主要为CaS包裹的镁铝尖晶石,国内油井管钢中夹杂物主要为钙铝酸盐包裹的镁铝尖晶石夹杂物和纯镁铝尖晶石夹杂物。日本油井管钢夹杂物比国内油井管钢夹杂物数量少、尺寸小、分布更均匀。日本油井管钢中夹杂物数量密度达到7.5个/mm2,国内油井管钢中夹杂物数量密度达到28.3个/mm2。日本油井管钢中夹杂物最大尺寸不超过5 μm,国内油井管钢中夹杂物最大尺寸达到20 μm。FactSage计算冷却过程中夹杂物演变结果与试验结果吻合。国内油井管钢中夹杂物碰撞率比日本油井管钢中夹杂物的碰撞率高2个数量级。     

Q235钢中夹杂物演变规律和生成机理分析

 为了更好地控制Q235钢中非金属夹杂物的种类和数量,提高钢的冲击韧性,采用自动扫描电镜分析了Q235钢中非金属夹杂物在LF精炼、中间包和连铸坯中成分和形貌的演变规律。采用FactSage热力学软件对钢中各类夹杂物的生成机理进行了分析。研究发现,钢中非金属夹杂物的演变规律为均相的SiO₂-MnO夹杂物→均相的SiO₂-Al₂O₃-MnO-TiO_x夹杂物→双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物→多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。样品冷却过程中均相的SiO₂-MnO夹杂物发生相变析出纯SiO₂导致在LF精炼初期钢中出现双相SiO₂-MnO类夹杂物。加入的硅钙钡合金中铝含量较高,导致液态夹杂物在钢液中析出MgO·Al₂O₃,以及在LF出站钢样品中出现双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物。含钛的夹杂物在连铸坯凝固冷却过程会析出纯的Ti₃O₅,并且钢中还会析出MnS析出相,因此连铸坯中存在多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。     

钢液中夹杂物形核热力学的尺寸效应及临界晶核尺寸计算

 基于纳米热力学理论分析了钢液中非金属夹杂物的形核过程,建立了夹杂物形核的纳米热力学计算模型。通过考虑晶核尺寸对钢液-晶核界面能的影响,推导了钢液-晶核界面能与晶核尺寸之间的关系式;进一步分析晶核尺寸对晶核溶解度的影响,获得了考虑晶核尺寸因素的夹杂物形核过程总Gibbs自由能变化关系式;在此基础上,获得了基于纳米热力学的夹杂物临界晶核半径计算公式。以Al2O3夹杂为例,分别采用纳米热力学和经典形核热力学公式计算了临界晶核半径。结果表明：在相同条件下,基于纳米热力学计算得到的临界晶核半径值均大于经典热力学计算得到的临界晶核半径值;对于用铝终脱氧的一般情况,纳米热力学计算得到Al2O3夹杂物的临界晶核半径为1.40~2.72nm,经典热力学计算值为1.02~1.69nm。研究结果目前难以直接采用试验证实,但可从有关纳米体系热力学研究文献结果得到间接验证。     

20Mn2钢钙处理过程钙铝比对夹杂物转变的影响

钙铝比是表征钙处理效果与喂入钙线量的重要指标,利用FactSage热力学软件对影响钙处理过程的因素包括温度、氧含量、硫含量进行了系统研究,得出各个因素对钙处理过程夹杂物转变的影响。在不同钙铝比的条件下,对20Mn2钢中夹杂物的析出过程分别进行分析,得出在w(Ca)/w(Al)=0.10时,夹杂物的液化程度最高,液相温度区间最大,钙处理效果最佳。针对20Mn2钢的合理钙铝比0.10进行工业试验并取样分析,得出夹杂物的内部成分与形核的温度区间有关,外层区域含有在降温过程析出的CaS,钙处理后钢中夹杂物的数量下降。     

Ti-Mg复合脱氧钢中夹杂物细化机制

为了探讨钢中细小夹杂物的形成机制,采用扫描电镜和能谱仪表征了钢中夹杂物的形貌、尺寸、成分及数量,理论计算了脱氧产物的生成优势区图,讨论了夹杂物长大的影响因素.钢中夹杂物的组成以MgO-Al₂O₃-TiO_x为核心,表面包裹析出MnS,钢液中未发现单独的Al₂O₃和TiO_x夹杂;夹杂物的形貌为近球形,平均尺寸为1μm左右,数量在1000 mm-2以上.镁含量较高的钢中含有少量以MgO-Al₂O₃和MgO为核心的夹杂物,不利于夹杂物的球形化,镁含量宜控制在50×10-6以下.镁的脱氧能力强,形核临界尺寸小、形核数量多以及钢液中镁、铝和钛复合脱氧的高熔点产物的特性有效地控制了钢中夹杂物的扩散与碰撞长大趋势.      

IF钢中含Ti夹杂物的衍变规律

系统研究了Ti-IF钢冶炼过程和铸坯中含Ti夹杂物的组成、分布与微观形貌,揭示了含Ti夹杂物的衍变规律.热力学分析和实验结果表明:在IF钢冶炼过程中无TiN生成,含Ti夹杂物的存在形式是以TiO₂为主的钛氧化物结合其他氧化物的复合夹杂:而在连铸凝固过程中,由于钢液温度降低和元素的偏析作用,TiN夹杂以异质形核的方式生成.IF钢铸坯中非金属夹杂物主要是大尺寸Al₂O₃颗粒和存在中间过渡层的TiN—Al₂TiO₅-Al₂O₃复合夹杂物,其形核长大过程是[Al]、[Ti]和[O]先在细小的Al₂O₃颗粒上反应生成一层Al₂TiO₅,然后TiN在Al₂TiO₅表面形核长大.根据连铸过程和铸坯中含钛夹杂物的研究得出,Ti-IF钢铸坯中TiN夹杂难以去除,但是可以使其变性以实现对钢中含钛夹杂物的控制.      

电弧炉短流程冶炼石油套管钢中夹杂物的演变规律

为研究石油套管钢(34Mn6)中夹杂物的演变规律,对钙处理效果进行精准化控制,进行全流程取样分析,通过采用SEM-EDS分析夹杂物形貌和成分,同时结合Aspex夹杂物自动分析仪统计夹杂物的数量、成分和尺寸分布。研究结果表明,LF精炼具有较好的脱硫与脱氧能力;钙处理前,由于渣钢反应的进行,夹杂物数量明显减少,夹杂物成分中SiO₂含量增加;经过钙处理后,夹杂物成分发生显著变化,由MgO-Al₂O₃系转变为MgO-Al₂O₃-CaO系和SiO₂-Al₂O₃-CaO系,夹杂物形貌由尖角夹杂向球状夹杂过渡。在铸坯中,夹杂物数量减少,其成分已偏离液相区,向富CaO区域移动。对钙处理进行优化,通过利用热力学软件FactSage进行计算,得出钢液中钙的质量分数稳定在0.001 3%时对夹杂物的改性效果最佳,钢液中的夹杂物控制较好。     

镍基高温合金均质化冶炼研究进展

高温合金的冶金质量与材料的综合使用性能密切相关,均质化冶炼已经成为改善合金成分、组织和第二相分布均匀性,提高合金力学性能的重要途径.在总结前人研究的基础上,综述了镍基高温合金均质化冶炼的影响因素和改善合金均质化水平的有效措施,重点讨论了凝固偏析、元素烧损和均匀化处理对合金均质化的影响,以期为提高镍基高温合金的均质化冶炼...     

Ni-22Cr-12Co镍基高温合金电渣重熔TiN变化行为

 通过金相分析、扫描电镜、能谱分析,同时结合热力学及动力学计算的方法,对Ni-22Cr-12Co镍基高温合金电渣重熔TiN变化行为进行研究,结果表明：在试验条件下,真空锭和电渣锭中的夹杂物均为以Al2O3为核心的TiN夹杂物;电渣重熔过程中,计算所得TiN回溶时间为1.17s;电渣重熔对去除TiN夹杂物几乎不起作用;计算所得TiN析出尺寸约为5μm,略小于试验值。     

Fe-23Mn-xAl-0.7C低密度钢中非金属夹杂物形成机理

 为了研究Fe-23Mn-xAl-0.7C(x=0.87～6.76)低密度钢中非金属夹杂物形貌特征及形成机理,通过SEM-EDS检测了钢中夹杂物形貌和成分,并借助INCA Feature夹杂物自动分析软件分析了钢中夹杂物尺寸分布、数量密度和面积分数等参数。研究发现,低密度钢中夹杂物尺寸以1～5 μm为主。w([Al])为0.87%时,钢中主要夹杂物为MnS、MnO、Al₂O₃和Al₂O₃-MnS,夹杂物数量较少,但尺寸大于7 μm的夹杂物所占比例较大,平均尺寸为3.45 μm;w([Al])为3.28%时,主要夹杂物为AlN、Al₂O₃、MnS以及AlN-MnS、AlN-Al₂O₃-MnS复合夹杂物,外包裹MnS尺寸较小,小尺寸夹杂物居多,平均尺寸为2.63 μm;w([Al])为6.76%时,钢中夹杂物以AlN或AlN-MnS为主,且AlN夹杂呈聚集状,夹杂物平均尺寸为2.93 μm。此外,通过FactSage 7.3热力学计算讨论了Fe-23Mn-xAl-0.7C低密度钢中夹杂物析出时机及演变过程,为试验结果提供理论解释。     

H08A焊丝钢夹杂物演变规律分析

为了提高H08A焊丝钢的拉拔性能和焊接性能,对该钢种全流程进行取样分析,利用扫描电镜观察夹杂物的形貌,统计数密度,利用夹杂物自动分析系统对夹杂物成分变化和成分分布进行分析,利用FactSage热力学软件分析夹杂物低熔点区域分布。结果表明,钢中全氧含量可间接反映出夹杂物数密度水平,若没有LF精炼和中间包保护浇铸,铸坯中全氧很难达到要求的0.005%。夹杂物类型主要是硅锰铝氧化物的复合夹杂物,脱氧合金化后,夹杂物成分趋于稳定,大尺寸夹杂物多为MnO-SiO₂-Al₂O₃,尺寸最大达到70 μm。钙收得率不高,在夹杂物中没有发现典型钙氧化物夹杂物。夹杂物主要是球形,大尺寸夹杂物总量较多,中间包和铸坯中80 μm以下大尺寸夹杂物占比较小,80 μm以上大尺寸夹杂物占比为87.6%~87.9%。     

钢液成分对钙处理夹杂物改性效果的影响

钙处理是解决铝镇静钢水口结瘤问题的常用手段。通过热力学计算和工业试验研究了钢液成分对钙处理夹杂物改性效果的影响。FactSage热力学计算表明,在一定温度下,钙处理夹杂物改性效果与钢液中氧、硫相对含量密切相关。氧含量一定时,一定范围内的硫含量越高,平衡时夹杂物能达到的最大液相率越小,喂钙量的工艺窗口越窄;硫含量一定时,一定范围内的氧含量越高,平衡时夹杂物能达到的最大液相率越大。工业试验中,对中间包取样,低氧高硫炉次钢中典型夹杂物主要相是高熔点镁铝尖晶石和CaS复合夹杂物,高氧低硫炉次钢中典型夹杂物主要相是低熔点钙铝酸盐。工业试验分析结果与理论计算的趋势一致。     

镍基高温合金GH4738的凝固偏析和碳化物析出行为

高温合金铸锭凝固过程内部各区域散热条件不同,冷却速率存在明显差异。采用差示扫描量热分析(DSC)、高温共聚焦显微镜(HT-CLSM)原位观察和定向凝固(DS)的方法,研究了宽冷速范围下GH4738合金的凝固偏析和碳化物析出行为。结果表明, GH4738合金的凝固顺序为L→γ+L,L→γ+L+MC,L→γ+MC+η+(γ+γ′),其中MC型碳化物、η相和(γ+γ′)共晶相为合金凝固过程中的主要偏析产物;Ti、Mo元素是合金的主要枝晶间偏析元素;提高冷却速率能有效降低凝固前沿残余液相中的溶质富集程度;铸态组织中的的碳化物主要为富Ti的MC型碳化物(TiC、Ti(N)C)和以TiN或Al₂O₃为核心的MC型复合碳化物(Al₂O₃-TiC、TiN-TiC);随着冷却速率降低,碳化物平均尺寸增大,体积分数减小,形貌由小块状向长条状、汉字状和大块状演变。