重轨钢中MnS析出热力学和动力学分析

 采用无水有机溶液电解法分离提取重轨钢中的MnS夹杂物,采用扫描电镜观察铸坯内和钢轨中MnS夹杂物的三维形貌,并结合能谱仪分析其成分。铸坯被轧制成钢轨后,相应的MnS夹杂物都沿着轧制方向被轧制成长条状。基于热力学和动力学模型,分析重轨钢中MnS夹杂物析出行为以及在钢液凝固过程中锰元素和硫元素偏析的程度。热力学分析表明,MnS夹杂物在凝固末期凝固分数为0.94时开始析出,其析出量由初始[w([Mn])]和初始[w([S])]决定,且在凝固过程受到冷却速率的影响,对比发现,热力学的计算析出结果与Thermo-Calc和FactSage6.4的计算结果有较好的一致性;动力学分析表明,在钢液凝固过程增加冷却速率,凝固析出的MnS颗粒尺寸将减小。通过调整钢中[w([Mn])]和[w([S])]以及改变冷却速率,可以控制MnS的析出时机和形态,减小其对钢性能的有害影响。     

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。     

重轨钢脱氧过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

为了对重轨钢脱氧及夹杂物控制进行热力学研究,结合实际生产以及FactSage热力学软件,分析了U75V重轨钢复合脱氧及相应工艺条件下夹杂物的生成情况。研究结果表明,重轨钢生产过程中,随着脱氧反应的进行以及脱氧平衡的移动,钢中溶解氧含量不断降低,夹杂物成分由SiO₂-MnO向SiO₂-MnO-Al₂O₃及CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO不断转变,最终夹杂物组成为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO;纯铁液的脱氧热力学和实际钢液存在较大差距。因此,不能采用纯铁液的脱氧热力学指导实际生产,且目前实际钢液的脱氧热力学没有系统化,需要进行深入研究;此外,考虑重轨钢脱氧的同时,必须结合夹杂物控制,须在保证脱氧效果的同时,不影响夹杂物的去除效率且防止生成大尺寸夹杂物。     

含Ti齿轮钢中TiN夹杂析出热力学及其控制

为了控制试验钢中TiN夹杂的析出,对TiN生成反应进行了热力学分析。结果表明,钢液在液相线温度以上不会自发生成TiN夹杂,在钢液凝固过程中,由于Ti、N元素在凝固前沿的富集,使得TiN夹杂的生成反应得以进行。在实际生产当中,为了减少TiN夹杂在两相区内的析出,应在控制钢中Ti、N含量的基础上,再适当加强连铸二冷速率,使钢液快速通过两相区(1 728～1 878 K)。同时,根据Scheil方程计算得到,试验钢在凝固过程中不析出TiN夹杂的条件为将钢中的钛氮浓度积控制在7.04×10-5以下。     

重轨钢中非金属夹杂物控制的研究

本文结合攀钢生产实际,从炼钢的各个环节转炉-精炼-连铸工艺出发,通过采用无铝脱氧工艺,即合适的终脱氧剂和精炼造渣工艺降低钢水氧活度和全氧含量,采用优质耐火材料并严格工艺操作防止大型夹杂物的带入,采用全程保护浇注、中间包冶金、电磁搅拌等技术防止钢水钢化和促使钢中夹渣物排除,生产出了合乎要求的高速铁路用钢。     

从钙处理到凝固钢中夹杂物改性及析出热力学研究

钙处理是使钢中氧化物和硫化物夹杂转化成对钢的性能有利的无害夹杂很好的方法。通过钙使固体Al2O3串状物转化成液体铝酸钙，从而避免铝脱氧钢连铸期间水口堵塞。钙处理也是改进钢的机械加工性的一种重要方法，增加硫含量可进一步改进机械加工性。然而，加硫钢由于缺乏氧化物的改性以及形成容易堵塞水口的固体硫化钙而出现浇注问题。[第一段]     

重轨钢凝固和冷却过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

为了研究钢液凝固和冷却过程中非金属夹杂物的生成热力学,以U75V重轨钢为研究对象,通过Aspex自动扫描电镜对不同钢液成分的中间包钢水样和连铸坯样进行分析,结合热力学计算,得到了重轨钢凝固和冷却过程中夹杂物的转变机理。研究结果表明,重轨钢中间包内主要为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO型夹杂物,且夹杂物成分均匀;凝固冷却过程不仅导致夹杂物成分的变化,也会导致相的不均匀性,连铸坯中的夹杂物为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO-CaS型,夹杂物中CaO含量降低,CaS含量升高,凝固冷却后的夹杂物由CaS、MgO·Al_2O_3以及CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO等多相组成,其中MgO·Al_2O_3相位于CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO相内部,最外层包裹CaS。热力学计算结果与试验结果基本吻合,夹杂物成分差异可能由于热力学和动力学条件不足引起。     

82B硬线钢中夹杂物热力学分析及控制

对82B硬线钢中夹杂物的形成条件进行了热力学理论计算,结果表明:采用低碱度渣时,钢液中[Al]S随着夹杂物中wCaO/wSiO2比值和Al_2O_3含量增大而增加,为把CaO-SiO2-Al_2O_3夹杂物控制在塑性区,钢液中[Al]S应小于6×10~(-6)。实际控制结果表明,按照热力学计算结果控制精炼炉渣成分(控制顶渣中的Al_2O_3含量低于10%),同时保证充足的软吹条件(合适的氩气流量和大于15 min的软吹时间),可以达到夹杂物控制目标。     

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...     

超细夹杂物析出研究

非金属夹杂物往往是钢材表面和内部缺陷的成因.但是,当夹杂物的分布适当和颗粒小到一定尺寸时,就能对钢的性能有利.本文研究了氧化物在凝固过程中的析出,采用定向凝固工艺,精确控制了凝固速率,研究了钛、锰、硅及硅-锰复合元素的加入以及冷却速率对夹杂物析出的影响规律.     

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...     

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。     

MnS夹杂对钢中氢扩散行为的影响

通过实验和有限元计算研究了MnS夹杂对钢中氢扩散行为的影响.结果表明:当MnS夹杂长度取向与氢渗透方向平行时,氢在钢中的表观扩散系数随MnS含量的增加而增加;当MnS夹杂长度取向与氢渗透方向垂直时,氢在钢中的表观扩散系数随MnS含量的增加而降低.对于具有扩散通道效应和陷阱效应的第二相,它对氢扩散的影响取决于扩散通道效应和陷阱效应的强弱以及第二相的形状、数量和取向.     

Calculation of AlN and MnS Precipitation in Non-Oriented Electrical Steel Produced by CSP Process

Combining with the study of analogue experiments and test analysis, the kinetics of precipitation and growth of AlN and MnS in non-oriented electrical steel produced by the CSP process is calculated. The results show that the precipitate phase particles of AlN and MnS in typical non-oriented electrical steel grades produced by the CSP process have grown to some extent in the soaking stage, but the precipitation contents are less than 20% of the total contents of nitride and sulfide. The precipitate phase particles of AlN and MnS have precipitated almost after the hot rolling process. The precipitation contents are more than 80% of the total contents of nitride and sulfide, but it is very late for the precipitate phase particles to grow at the end of the hot rolling process.     

Calculation of AIN and MnS Precipitation in Non-Oriented Electrical Steel Produced by CSP Process

Combining with the study of analogue experiments and test analysis,the kinetics of precipitation and growth of AIN and MnS in non-oriented electrical steel produced by the CSP process is calculated.The results show that the precipitate phase particles of AIN and MnS in typical non-oriented electrical steel grades produced by the CSP process have grown to some extent in the soaking stage,but the precipitation contents are less than 20% of the total contents of nitride and sulfide.The precipitate phase particles of AIN and MnS have precipitated almost after the hot roiling process.The precipitation contents are more than 80% of the total contents of nitride and sulfide,but it is very late for the precipitate phase particles to grow at the end of the hot rolling process.     

MnS夹杂物诱发钢材点蚀综述

MnS夹杂物诱发钢材点蚀,对钢材服役寿命、工作生产安全和社会经济发展产生巨大危害。首先,分析了MnS夹杂物诱发钢材点蚀的机理,包括电偶腐蚀机理、S和Cl-协同作用机理、封闭区域加速点蚀机理、贫铬区机理和微缝隙机理;其次,汇总了MnS夹杂物大小、形貌、分布,Cl-浓度、温度和应力对MnS夹杂物诱发钢材点蚀的影响;然后,总结了钢材防腐蚀的常用措施;最后,展望了防止MnS夹杂物诱发钢材点蚀的未来研究方向。     

车轴钢铸锭中MnS的生成、长大、熟化规律分析

 为降低大尺寸MnS夹杂物引起的车轴磁粉探伤不合格率,利用第二相析出理论以及铸锭凝固数值模拟计算相结合,计算分析了车轴钢铸锭中MnS生成、长大、熟化规律。计算结果显示,MnS形核核心尺寸与熟化过程尺寸增加均为纳米级,凝固过程MnS的长大决定凝固完成时MnS粒子直径,理论计算得到车轴钢铸锭竖直中心线上冒口、中心、底部位置对应的MnS长大后尺寸分别为156.35、107.37和94.96 μm,中心处MnS尺寸为连铸工艺条件下的2倍,与实际检测结果相符。钢锭凝固过程缓慢是MnS易于长大的直接原因,显著区别于连铸过程。在现有工艺条件下,为控制车轴钢模铸钢MnS尺寸,关键在于降低钢液硫质量分数以及控制硫偏析。控制车轴成品中MnS夹杂物不超过1.5级,需降低钢液中w([S])至0.004 3%以下。     

H13钢中Mg-Al-O系夹杂物的形成机理及控制

 通过对保护气氛电渣重熔工艺和普通电渣重熔工艺H13钢的锻材成分、氧化物夹杂的组成分析,研究了电渣重熔工艺H13钢中Mg-Al-O系夹杂物的形成机理及控制问题,并通过Factsage软件对Mg-Al-O系夹杂物的各优势区进行了理论计算。结果表明,保护气氛电渣重熔工艺中氧质量分数较低,仅为0.001 5%,氧化物夹杂主要是MgO·Al2O3,1～3 μm的小尺寸占比达到了62.5%;普通电渣重熔工艺中氧质量分数较高,达到了0.002 4%,Mg-Al-O系夹杂物以72.5%Al2O3＋27.5%MgO·Al2O3为主,含有4%的5～8 μm大尺寸夹杂物,1～3 μm小尺寸占比仅为37.8%,尺寸偏大。钢液中镁、氧质量分数的变化对MgO·Al2O3的优势区域影响较大,高镁、低氧有利于MgO·Al2O3生成,减小H13钢中氧化物夹杂尺寸。但MgO·Al2O3会作为大尺寸碳氮化物(Ti,Nb,V)(C,N)异质形核核心,后期对此问题还要做进一步研究。