碲处理控制Y15易切削钢中MnS夹杂物形貌

 为了研究碲对钢中MnS夹杂物形貌的影响,针对Y15高硫易切削钢,利用SEM-EDS扫面电镜,结合FactSage热力学计算,分析了不同碲质量分数对钢中MnS夹杂物形貌、尺寸、长宽比的影响,同时探讨了稀散金属碲对MnS夹杂物形貌控制的机理。研究结果表明,钢液中加碲后,在MnS夹杂物的外环形成了碲、锰、铁的复合相。钢中加碲后MnS夹杂物的形貌和分布大幅度改变,当碲硫比为0.05时,链状MnS夹杂物大幅度减少,球状MnS夹杂物数量增加;当碲硫比增加到0.2时,链状MnS夹杂物基本消失;当碲硫比增加到0.5时,MnS夹杂物形貌的变化不再明显。钢中加碲显著降低了MnS夹杂物的长宽比,控制MnS夹杂物长宽比最合适的碲硫比为0.2。FactSage计算结果表明,MnTe的生成温度为1 900 ℃,在MnS的析出温度下,MnTe是作为液态夹杂物存在的。在凝固过程中,MnTe和MnS发生固溶现象,由于MnTe为液态,两者形成的固溶体会趋于球形生长。     

碲处理含硫钢加热过程中MnS-MnTe夹杂物的演变

通过实验室加热试验和热力学计算研究了碲处理含硫钢加热过程中MnS-MnTe夹杂物的演变,得出含硫钢加热过程中MnS-MnTe类夹杂物变化的规律与机理。随着钢中碲含量和Te/S质量比的升高,MnS-MnTe类夹杂物的平均直径增大,平均长径比降低。加热处理后,钢中MnS和MnTe充分生长和析出,碲处理对MnS夹杂物的改性效果相比起热处理前更为明显。随着钢中Te/S质量比的增大,夹杂物的平均直径更大、数密度更低、面积分数更高。随着钢中Te/S质量比的升高,MnS-MnTe类夹杂物中树枝状的Ⅱ类比例降低,球形的I类和块状的Ⅲ类比例升高。在当前试验条件下,当钢中Te/S质量比达到0.33时,钢中MnS开始析出温度低于钢液开始凝固温度,有利于抑制共晶反应中在晶界处Ⅱ类MnS的生成。当Te/S质量比大于1.35后,钢中出现较多球形的纯MnTe夹杂物。     

碲处理含硫钢加热过程中MnS-MnTe夹杂物的演变

通过实验室加热试验和热力学计算研究了碲处理含硫钢加热过程中MnS-MnTe夹杂物的演变,得出含硫钢加热过程中MnS-MnTe类夹杂物变化的规律与机理。随着钢中碲含量和Te/S质量比的升高,MnS-MnTe类夹杂物的平均直径增大,平均长径比降低。加热处理后,钢中MnS和MnTe充分生长和析出,碲处理对MnS夹杂物的改性效果相比起热处理前更为明显。随着钢中Te/S质量比的增大,夹杂物的平均直径更大、数密度更低、面积分数更高。随着钢中Te/S质量比的升高,MnS-MnTe类夹杂物中树枝状的Ⅱ类比例降低,球形的I类和块状的Ⅲ类比例升高。在当前试验条件下,当钢中Te/S质量比达到0.33时,钢中MnS开始析出温度低于钢液开始凝固温度,有利于抑制共晶反应中在晶界处Ⅱ类MnS的生成。当Te/S质量比大于1.35后,钢中出现较多球形的纯MnTe夹杂物。     

铝含量对TWIP钢中夹杂物特征及AlN析出行为的影响

采用扫描电镜、X射线能谱仪以及扫描电镜配置的夹杂物自动扫描统计软件(INCAFeature)表征了Fe-Mn-C(-Al)系TWIP钢中夹杂物的成分、形貌和数量,考察了Al质量分数在0.002%~1.590%的四种TWIP钢中夹杂物的特征和Al含量对AlN析出行为的影响.并在此基础上,采用了适合TWIP钢中高锰高铝特点的热力学参数对AlN夹杂物进行了系统的热力学分析.研究表明,在含有相似N质量分数(0.0078%~0.0100%)的TWIP钢中,当钢中Al质量分数升高至0.75%时,AlN夹杂物开始在钢中析出,并在MnS(Se)-Al₂ O₃上局部析出形成MnS(Se)-Al₂ O₃-AlN复合夹杂;当Al质量分数升高至1.07%时,热力学计算表明AlN已经可以在TWIP钢液相中形成,经不断长大后在MnS(Se)夹杂物表面局部析出形成MnS(Se)-AlN复合夹杂物;在Al质量分数为1.59%的TWIP钢中,AlN的平衡析出温度比其液相线温度高出42℃,在液相中形成的AlN可以作为异质核心,MnS(Se)夹杂在其表面包裹形成MnS(Se)-AlN复合夹杂物.另外,在Fe-18.21% Mn-0.64% C-1.59% Al体系的TWIP钢中,AlN在液相中析出所需的最低氮的质量分数仅为0.0043%.因此,在TWIP钢的冶炼过程中,应尽可能的降低钢中的氮含量,避免生成过量的AlN夹杂.      

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。     

钢液钙处理过程有效钙硫比对303 t超大钢锭中硫化物形貌的影响

通过工业实验研究了钙处理对303 t的16Mn重型管板铸锭中硫化物形貌的控制.未钙处理的锻件缺陷主要分布在轴向上靠近顶部、径向上在距中心1/2以内位置,缺陷主要为大尺寸Ⅱ类MnS夹杂物.采用Micro-CT检测了铸锭顶部中心位置MnS夹杂物三维分布,夹杂物为长条状和片状,数密度为0.77 mm^-3,最大直径为1370μm.在真空脱气后对钢液进行钙处理,钙处理不仅将钢液中原生Al₂O₃夹杂物改性为液态钙铝酸盐,并且钙会在钢液凝固和冷却过程中优于锰先与硫结合生成CaS.通过FactSage热力学计算得到,钙处理将MnS夹杂物的析出温度由1244.7℃降低至1227.9℃,同时减少了MnS夹杂物析出量.钙在改性硫化物之前先改性了钢中氧化物,因此提出了有效钙硫比Ca/Seff.用来表征钙处理对硫化物形貌的影响,Ca/Seff.的含义为改性硫化物的有效钙和钢中硫的原子浓度比,可以直接根据钢液的总氧T.O含量、总硫T.S含量和总钙T.Ca含量计算得到,此公式适用于硫质量分数小于30×10^-6的低硫钢.随着钢中C...     

微量碲对38MnVS6钢中MnS夹杂物塑性变形的影响

摘要：为探究微量碲改质对钢中硫化物塑性变形的影响机制,对38MnVS6非调质钢中MnS夹杂物进行了微量碲改质工业试验,并探讨了碲对钢中MnS夹杂物的改质机制和塑性变形行为的影响。结果表明,微量碲改质能明显降低试验钢铸坯中硫化物的长宽比,碲改质后不同变形量的轧材中硫化物评级亦有所改善;钢中碲主要固溶于MnS,形成Mn(S,Te)固溶夹杂物,当碲浓度达到析出过饱和度时,以MnTe形式析出于MnS表面并形成MnS MnTe夹杂物;碲良好的硫化物形态调控效果是由于形成显微硬度更高、相对塑性更低的Mn(S,Te)夹杂物;而夹杂物在大变形量轧制条件下的真应变增幅减小导致碲改质后试样中夹杂物的相对塑性反而有所增加;长条状硫化物夹杂在轧制时可能发生先碎化再经历Ostwald熟化的过程。     

硫系、碲系、铅系易切削钢组织及硫化物对比分析

易切削钢中的夹杂物和组织是影响其切削性能的重要因素,为开发环保型无铅易切削钢,并探究其与含铅易切削钢中组织及硫化物的差异,采用光学显微镜和电子显微镜对1215MS(硫系)、1215Te(碲系)及12L14(铅系)易切削钢中基体组织和硫化物夹杂进行了对比观察与统计分析,结合非水溶液电解法分析了Pb、Te两种元素对钢中夹杂物形貌的影响。结果表明:3种易切削钢基体中组织均为铁素体、珠光体;碲能降低MnS夹杂物长宽比,其长宽比在1~3之间的比例为57%,高于硫系易切削钢1215MS的40%以及铅系易切削钢12L14的33%;碲在易切削钢中生成MnTe,使轧制后的MnS的形貌趋于球状、椭球状、纺锤状,改质作用显著,而铅在易切削钢中以铅单质存在,对硫化物的改质效果有限。     

中碳高硫易切削钢中Zr添加对MnS夹杂物形貌特征的影响

摘要：为改善中碳高硫易切削钢中MnS夹杂物形貌特征,在2kg真空感应炉开展了钢中添加Zr金属的试验。利用SEM-EDS研究了不同Zr含量下钢中氧化物和硫化物的形貌特征,并利用Thermo-Calc软件分析了中碳高硫易切削钢中不同种类MnS的形成过程和机制。结果表明：不添加Zr元素的试验钢中,硫化物主要为簇状形貌的II类,以及少量大尺寸的I类,尺寸和空间分布都很不均匀。加了质量分数为0.0015%的Zr元素后,钢中硫化物基本上是以沿晶界分布的簇状形貌存在,复合硫化物占比只有0.1%。随着Zr质量分数进一步增加至0.0051%,钢中主要生成细小的、纯ZrO2氧化物粒子,为硫化物提供了大量形核核心,减弱了硫化物在晶界聚集的分布行为,提高了硫化物的分布均匀性。试验结果表明,高硫氧比条件下,同样可以利用钢中氧化物粒子改善MnS形貌,关键是得到细小尺寸、高效形核效果的第二相粒子。     

含钇E36船板钢夹杂物改性

为了研究钇对E36船板钢中夹杂物成分和形貌的影响,对钇处理后E36船板钢中典型夹杂物进行热力学计算,并通过扫描电镜及能谱仪对钇处理前后E36船板钢中夹杂物进行检测分析,观察典型夹杂物形态和尺寸。结果表明,未添加稀土钇的E36船板钢主要为长条状MnS夹杂物;添加稀土钇后,钢中夹杂物主要为球状或类球状的含钇复合夹杂物。当钢中钇质量分数为0.007 8%时,夹杂物主要为球状或类球状的Y₂O₂S夹杂物和Y₂O₃夹杂物;当钢中钇质量分数增加至0.037 7%时,夹杂物改性为球状或类球状Y₂O₂S夹杂物、YS夹杂物和Y₂O₃夹杂物。     

Metallography of telluride on free cutting steel

The results of investigation and analysis of telluride and sulfides in free cutting steel containing tellurium and sulfur can be summerized as follows. No tellurium is found in steel matrix. All the tellurium exists in solid solution in manganese sulfide. The extra amount of tellurium in excess of the solubility in manganese sulfide exists as MnTe in steel. The tellurium content in manganese sulfide is 2.5 wt% on average, and the sulfur content in MnTe is about 3 wt %. In annealed steel, the content of iron solutionized in MnS (steel containing 1–2 % Mn) and in MnTe are both about 2 wt %. MnTe usually forms complex inclusions with MnS. The greater the Te/S, the higher the MnTe content in the complex inclusions. There is no single phase MnTe in steel with Te/S as high as 0.84. When steel is hot worked, MnTe deforms more easily than MnS. MnTe appears light grey in a bright field, and opaque in a dark field. In cast steel it is anisotropic and in forged steel it is isotropic under polarized light. In cold drawn steel, most of the MnS is anisotropic and remained so after annealing at 1100°C. If Te/S in steel is too high, the MnTe formed is prone to stretch in the working direction during press work. Hence, in so far as controlling the shape of the sulfide with the aid of tellurium is concerned, a Te/S of about 0.1 is appropriate. When the MnTe and MnS in steel are separated electrolytely in the four different solutions used in this work, the equilibrium potential of MnS is relatively positive, and that of MnTe is relatively negative in comparison with iron. When an organic solution (No. 3) is used, the MnS in steel can be almost completely and MnTe partly separated.     

碲处理对15-5PH钢中硫化物夹杂改性的作用

155PH沉淀硬化不锈钢具有优良的机械加工性能,而钢中夹杂物可以对其性能造成显著影响.在加工时,长条状的硫化物夹杂往往会导致含硫钢的横向性能下降,呈现出明显的各向异性,进而导致材料因断裂而失效.为了研究碲处理对钢中硫化物形貌的影响,利用高温试验、扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)及统计方法,研究了碲处理对15-5PH钢...     

超低碳汽车外板BH钢炼钢过程中夹杂物的演变

 为了研究超低碳钢炼钢过程中夹杂物的具体演变规律,利用夹杂物自动分析系统研究了硫质量分数分别为0.010%和0.015%的两炉次(S100炉次和S150炉次)超低碳汽车外板烘烤硬化钢(bake hardening steel,简称BH钢)从RH终点到铸坯过程中夹杂物形貌、成分、数量、尺寸的演变,并利用X射线荧光光谱仪和X射线衍射仪结合RH精炼渣和中间包覆盖剂熔渣的成分进行对比分析。结果表明,BH钢中夹杂物的主要类型为Al2O3、MnS、Al2O3+MnS和含硅类夹杂物(其中含硅类夹杂物主要是Al Si O夹杂,不包括纯硅、SiC、SiO2)。由于BH钢中锰和硫质量分数较高,凝固过程中MnS大量析出,使得铸坯中MnS夹杂物数量密度和夹杂物总数量密度显著增加。硫质量分数为0.010%和0.015%的两炉次钢在RH和中间包中MnS夹杂物数量密度无明显差异,由于MnS主要在凝固过程中析出,S150炉次在铸坯中的MnS明显多于S100炉次。精炼渣中w(（FeO+MnO）)较高,w(（CaO）)/w(（Al2O3）)比低,会导致RH终点Al2O3夹杂物较多。在浇注过程中,引流砂的流入会导致中间包覆盖剂熔渣中SiO2质量分数增高,造成钢液中Si Al O等夹杂物的数量密度明显增加。结晶器过程中Al2O3夹杂不断聚集长大、上浮去除,使铸坯中Al2O3和Al2O3+MnS夹杂物数量密度减少,尺寸增大。     

A Coupled Thermodynamic Model for Prediction of Inclusions Precipitation during Solidification of Heat-resistant Steel Containing Cerium

A coupled thermodynamic model of inclusions precipitation both in liquid and solid phase and microsegregation of solute elements during solidification of heat-resistant steel containing cerium was established.Then the model was validated by the SEM analysis of the industrial products.The type and amount of inclusions in solidification structure of 253 MA heat-resistant steel were predicted by the model,and the valuable results for the inclusions controlling in 253 MA steel were obtained.When the cerium addition increases,the types of inclusions transform from SiO2 and MnS to Ce2O3 and Ce2O2S in 253 MA steel and the precipitation temperature of SiO2 and MnS decreases.The inclusions CeS and CeN convert to Ce2O3 and Ce2O2S as the oxygen content increases and Ce2O3 and CeN convert to Ce2O2 S,Ce3S4,and MnS as the sulfur content increases.The formation temperature of SiO2 increases when the oxygen content increases and the MnS precipitation temperature increases when the sulfur content increases.There is only a small quantity of inclusions containing cerium in 253 MA steel with high cleanliness,i.e.,low oxygen and sulfur contents.By contrast,a mass of SiO2,MnS and Ce2O2 S are formed in steel when the oxygen and sulfur contents are high enough.The condition that MnS precipitates in 253 MA steel is 1.2 w[O]+w[S]0.01%and SiO2 precipitates when 2 w[O]+w[S]0.017%(w[S]0.005%)and w[O]0.006%(w[S]0.005%).     

镁改质对Y1Cr13易切削不锈钢中硫化物的影响

 为了研究镁对Y1Cr13易切削不锈钢中硫化物的改质作用,采用金相显微镜、Image-Pro Plus图像分析软件、扫描电子显微镜、FactSage热力学软件分析了添加镁前后钢中硫化物的分布规律、整体形貌以及析出条件。结果表明,向Y1Cr13易切削不锈钢中加入一定量的镁可将Al₂O₃改质成细小弥散的Al₂O₃·MgO,钢中典型硫化物MnS在钢液凝固末期会以其为形核质点析出,析出温度为1 448 ℃,形成的MnS-Al₂O₃·MgO复合夹杂物具有外软内硬的结构,这种结构使得MnS在轧制过程中不易变形,在轧材中仍然保持球状或椭球状,并且随着镁质量分数的提高,Al₂O₃·MgO的析出温度区间越大,其析出量越多,对MnS形态的改善也越明显;硫化物评级由未改质前的细系5.5、粗系4.5下降到改质后的细系3.5、粗系1.0,并且随着其质量分数的提高,评级进一步下降至细系2.5、粗系0.5,轧材成材率由原来的70%提升至90%。因此,适当提高镁的添加量有利于提高其改质效果。