铁素体不锈钢凝固组织的影响因素

 铁素体不锈钢凝固过程中形成的柱状晶会影响钢的成形性,减少甚至避免铸坯柱状晶的形成,促进等轴晶的形成,对铁素体不锈钢来说尤为重要。采用连铸和模铸的试验方法浇铸了铁素体不锈钢430,以分析影响其凝固结构的因素。结果表明,电磁搅拌对430不锈钢连铸坯等轴晶的形成作用显著。无论模铸试验还是连铸试验,冷却强度对430铸坯柱状晶的形成都有明显的影响。在模铸试验条件下,碳、氮含量越高,越有利于其凝固时等轴晶的形成;在连铸试验条件下,由于温度梯度大,碳、氮含量对凝固组织的影响被削弱,但如果对钢液进行搅拌,碳、氮含量的变化对凝固组织仍然有明显的影响。     

MgO-Al_2O_3-SiO_2复合夹杂物对430不锈钢凝固组织的影响

通过真空感应炉试验,研究不同Mg含量处理所获得的不同MgO-Al2O3-SiO2复合夹杂物对凝固组织的影响。试验结果表明,随着钢中Mg含量的增加,铸锭等轴晶率呈现先升高后下降的趋势,而等轴晶尺寸和柱状晶宽度呈现先降低后升高趋势,存在一个最佳的Mg的质量分数范围(5~13)×10-6,铸锭的等轴晶率在70%以上。夹杂物观测并结合热力学计算发现,随着钢中Mg含量的增加,MgO-Al2O3-SiO2复合夹杂物外层逐步析出MgO·Al2O3相;然而,Mg的质量分数高于13×10-6时,夹杂物外层开始析出2MgO·SiO2相。晶面错配度计算表明,MgO·Al2O3与δ-Fe的错配度为1.2%,2MgO·SiO2与δ-Fe的错配度为13%。可以判断,MgO·Al2O3相可促进等轴晶形成,抑制晶粒长大,2MgO·SiO2相则起不到促进形核作用。从而解释了铸锭等轴晶率、晶粒尺寸随Mg含量的变化规律。     

钢中铝对钛氧化物及针状铁素体形成的影响

通过热力学计算及实验,研究了Al含量对含Ti钢中的夹杂物和凝固组织的影响.研究发现:ω(Al)＞0.003%时,钢中形成的夹杂物为Al的氧化物,该类夹杂物不能促进针状铁素体的形成,组织由平行排列的侧板条铁素体组成.ω(AI)＜0.003%时,钢中形成大量的Ti、Al、Ca、Si、Mn复合氧化物夹杂,其颗粒小于3μm.复合Ti的氧化物具有促进针状铁素体形核的能力,组织由大量的针状铁素体组成.     

高级别管线钢镁处理研究

运用热力学计算了氧化镁及其复合夹杂物在X80管线钢液中的析出条件,即1873 K时以管线钢酸溶铝目标含量0.025%计算,当0.000 8%≤[Mg]≤0.005 9%,钢中生成MgO·Al₂O₃夹杂物,当[Mg]>0.0059%,钢中将有MgO生成。[Ti]为0.015%时,[Mg]=0.001 4%可生成2MgO·TiO₂复合夹杂,同时0.025%≤[Al]≤0.047%时生成A1₂O₃·TiO₂复合夹杂物。50kg真空感应炉熔炼的管线钢经SEM和EDS分析表明,镁处理钢中的夹杂物小于2μm占85%,2～5μm的占14.5%,5～10μm的夹杂物仅有0.5%。用微镁处理的管线钢的脱氧产物为2MgO·TiO₂、MgO·Al₂O₃等,这些脱氧产物还会和硫化物、氮化物形成复合夹杂物。     

2205双相不锈钢夹杂物水平改善

双相不锈钢中夹杂物含量高低是影响其热塑性的一个重要因素。用光学显微镜和扫描电镜对2205双相不锈钢同期生产的板坯、热轧卷夹杂物进行分析。结果表明,2205双相不锈钢板坯和热轧卷中存在大于20μm的夹杂物,夹杂物以CaO-SiO2-Al2O3-MgO为主,Al质量分数为30%左右,Mg质量分数为10%左右,夹杂物变形能力差。通过控制炼钢过程工艺,以及实施夹杂物变性处理、提高LF弱吹时间、控制浇铸等措施,有效改善了钢中夹杂物水平。改进后,板坯中夹杂物都小于15μm,热轧卷中脆性夹杂物减少,夹杂物都发生了明显变形,夹杂物中Al2O3和MgO含量下降,CaO含量增加。     

20MnCr5齿轮钢氧含量控制及其对钢的疲劳性能影响

提出了100 t EAF-LF-VD-CC-CR全流程控制齿轮钢氧含量的工艺措施;研究了0.00053%～0.00145%氧含量20MnCr5齿轮钢的旋转弯曲疲劳性能、断口和夹杂物尺寸。结果表明,钢中总氧含量越高,最大夹杂物尺寸也越大,疲劳强度越低,当[O]≤0.0010%时,随[O]降低,疲劳强度升高幅度较小;试验钢在表层不产生疲劳裂纹的临界夹杂物尺寸为21μm,距表面深度30～430μm的浅层区域为相对安全区域,其中的夹杂物很难引起疲劳开裂。     

超声波和电脉冲对钢液凝固组织的影响

采用自行设计的超声波设备开展了超声波处理45钢凝固组织试验;采用脉冲磁场装置开展了60Si2CrVA弹簧钢浇铸前和浇铸后40 s施加电脉冲试验。试验结果表明,超声波处理显著提高45钢铸锭的力学性能;60Si2CrVA弹簧钢浇铸前施加脉冲磁场,铸锭中等轴晶比例由未施加脉冲磁场的49%提高至施加5 Hz/200 V脉冲磁场的74%,等轴晶尺寸由1 mm细化至0.4 mm;60Si2CrVA弹簧钢浇注后40 s施加脉冲磁场,随脉冲磁场作用时间的增加,等轴晶比例升高,等轴晶尺寸减小。     

化学成分对430铁素体不锈钢凝固结构的影响

在430铁素体不锈钢成分体系基础上,研究了成分的变化对430铁素体不锈钢凝固结构的影响。经试验发现,含碳量的变化显著影响430铁素体不锈钢的凝固组织,含碳量越高,铸锭中的等轴晶比率越大;而Ti元素的加入,虽然有利于430铁素体不锈钢铸锭中等轴晶的形成,但需要保证TiN在钢的液相线附近析出,促进钢的异质形核,从而优化钢的凝固结构。     

Ti处理FeCrAl不锈钢的凝固组织和夹杂物

采用Thermo-calc软件对不同Ti含量的FeCrAl不锈钢铸锭Scheil凝固过程中TiN和AlN在凝固前沿液相的析出规律进行计算,结果表明铸锭中Ti含量应控制在0.08%附近。铸锭的凝固组织分析表明中心等轴晶率随着Ti含量的提高先升高后降低,Ti含量为0.088%时纵截面和横截面中心等轴晶率均达到最大值,分别为39.5%和16%。高温拉伸试验结果表明,Ti的加入对铸锭的高温力学性能没有明显改善作用。扫描电镜分析表明铸锭中主要有纯TiN、TiN-AlN复合夹杂、TiN-Al_2O_3复合夹杂、纯TiS夹杂以及TiS-氧化物复合夹杂这五种含Ti夹杂物,前三种夹杂物占据主要地位,后两种夹杂物则非常少。     

55SiMnVB连铸坯的凝固组织与质量

分析了５５ＳｉＭｎＶＢ弹簧钢铸坯的凝固组织，测定了树枝晶二次枝晶臂间距，同时对铸坯中的非金属夹杂物了金相形貌的观察与复写，结果表明，５５ＳｉＭｎＶＢ弹簧钢铸坯的凝固组织较疏轻，二次枝晶臂间距较一般合金结构钢小（１００～２５０μｍ）；激冷层较薄（６～８ｍｍ）；中心等轴晶率低（２０％～２６％），铸坯夹杂物含量偏高（０．７１％～１．２８％），降低钢液过热度和提高凝固末端电磁搅拌强度，对减轻偏析，提高中心     

薄带连铸304不锈钢凝固过程中生成的氧化物夹杂

 采用透射电镜(TEM)对双辊薄带连铸AISI304不锈钢凝固过程中生成的非金属夹杂物进行了研究,发现在薄带的晶界存在许多球型的微细氧化物夹杂,其成分主要是MnO Al2O3 SiO2类复合夹杂物,直径均小于1 μm,并采用数学模型对薄带连铸304不锈钢凝固过程中析出的氧化物夹杂的大小进行了计算,预测值与实验中观察到的结果吻合较好。与传统连铸相比,双辊薄带连铸AISI304不锈钢凝固过程中生成的非金属夹杂物数量增多,尺寸明显减小。     

Solidification Structure Refining of 430 Ferrite Stainless Steel With TiN Nucleation

The thermodynamics of TiN precipitation in liquid steel of 430 ferrite stainless steel has been calculated to find out the condition of TiN precipitation during the initial solidification stage. The difference in the solidification structure of 430 ferrite stainless steel has been discussed through comparative tests of vacuum induction furnace melting with different contents of Ti. It has been found that the equiaxed grain proportion can be increased from 20% to 69% as the content of Ti from 0.1% up to 0. 4%. The size of the TiN particles precipitated is 1-3 μm and the number of TiN particles is about （200- 300）/μm^2. It is found that the effect of using TiN to refine the solidification structure has been confirmed under the strict process condition used for 430 ferrite stainless steel.     

E36船板钢板坯凝固组织模拟研究和应用

为改善钢厂E36钢板坯内部质量,通过ProCAST软件建立E36钢板坯凝固过程数学模型,并在此基础上采用CAFE模块对研究过热度(10~25℃)、拉速(0.70-0.85 m/min)和二冷比水量(0.30~0.39 L/kg)等不同连铸工艺参数以及加入电磁搅拌的300 mm ×2 070 mm铸坯凝固组织进行模拟。从模拟的结果可知,过热度每增加10℃,等轴晶区比例减少3%,随着过热度的增加,柱状晶区增大,等轴晶区减少。在二冷区安装电磁搅拌使等轴晶区增加,平均晶粒半径减小。根据模拟结果进行工艺优化,将过热度由15℃降到10℃。通过对比优化前后铸坯低倍组织,可以看出铸坯等轴晶区明显增大,中心偏析得到有效改善。     

Effects of Mg Addition on Inclusions Formation and Resultant Solidification Structure Changes of Ti-stabilized Ultra-pure Ferritic Stainless Steel

The effects of Mg addition on the formation of nonmetallic inclusions and solidification structure of Ti-stabilized ultra-pure ferritic stainless steels were investigated by experimentally casting ingots with different compositions.Thermodynamic analyses on the formation of complex inclusions after adding Mg into steels were carried out combined with the scanning electron microscopy-energy dispersive spectrometry(SEM-EDS)analysis.And the EDS analysis showed that in steel samples with Mg addition,a new spinel crystal phase combined with Al2O3-TiOx formed.It was also found that after Mg addition,the proportions of equiaxed grain zone of 409L,4003,439 and 443NT steels increased from 10.2%,21.8%,13.4% and 18.6% to 84.3%,92.3%,91.1% and 100.0%,respectively.Since the planar disregistry between spinel and TiN is 5.1%,spinel could promote the precipitation of TiN and increase the number density of TiN inclusions in steel melts.The mechanism of solidification structure refinement after adding Mg into steels supposed that the complex inclusions of spinel and TiN in high number density enhanced columnar-to-equiaxed transition,since the planer disregistry betweenδphase and spinel is 1.4%.     

连铸工艺参数对20CrMnTi齿轮钢150 mm x 150 mm铸坯凝固组织影响数值模拟和生产应用

为改善20CrMnTi钢小方坯凝固组织,基于ProCAST软件中的CAFE模型,对其凝固组织进行数值模拟,研究了不同钢水过热度、铸坯拉速、二冷比水量对凝固组织的影响。模拟结果表明,降低钢水过热度、提高铸坯拉速、降低二冷比水量均可达到增大铸坯等轴晶率和细化晶粒的目的,其中过热度对其影响最大。过热度每降低10℃,等轴晶率平均增加3.7%;拉速每增加0.1 m/min,铸坯等轴晶率平均增加1.8%;比水量每降低0.1 L/kg,铸坯等轴晶率平均增加1.65%。生产应用表明,钢水过热度30℃时,当拉速由原2.2 m/min降低至2.1 m/min,二冷比水量由0.6 L/kg提高至0.7 L/kg,铸坯中心疏松明显减少。     

石油钻杆钢冶炼过程中夹杂物的析出和衍变

系统分析了国内某钢厂复合脱氧工艺下Cr Mo石油钻杆钢夹杂物在EAF-LF-VD-CC流程中的析晶和衍变规律.由于铝酸盐的上浮,LF冶炼前钢中T[O]含量较低,冶炼过程中氮含量逐渐升高.电镜下钢中大尺寸夹杂物（50μm左右）只出现在LF-VD阶段,主要为低熔点的硅锰酸盐、包含Na₂O的混合物和含有少量CaO的镁铝尖晶石,中间包阶段大尺寸夹杂物完全消失.小尺寸夹杂物（<10μm）出现在精炼全过程中,主要成分是Mg、Al、Si和Ca的复合氧化物、CaS以及二者的复合物,LF冶炼前到中间包阶段小尺寸夹杂物粒径相似,铸坯中其粒径稍微增加.随着精炼过程的进行,钢中小尺寸夹杂物的成分逐渐向复合氧化物的低熔点区域转移,夹杂物中CaO和MgO含量存在竞争关系.铸坯中大型夹杂物（>100μm）包括卷渣引起的复合夹杂,耐材剥落产生的MgO-CaO夹杂和钢液内生的铝酸盐夹杂.内生铝酸盐与精炼过程中小尺寸夹杂物成分相似,外层包覆Ca S,轧制过程中容易破碎成链状引发钻杆钢裂纹.建议适当延长VD处理后钢液的镇静时间,以去除钢中大型铝酸盐夹杂,提高钻杆钢质量.      

镁处理高碳硬线钢中夹杂物

 为了研究镁处理对高碳硬线钢中夹杂物影响规律,采用扫描电镜-能谱仪、FactSage热力学软件研究了不同镁添加量下钢中夹杂物的成分、形貌、尺寸、数量和分布,计算了高碳硬线钢中夹杂物平衡成分和生成质量随镁添加量的变化,分析了镁处理对夹杂物熟化生长的影响规律。结果表明,高碳硬线钢中镁质量分数由0.001 0%增加到0.001 8%,夹杂物的转变路线为Al₂O₃→Spinel→MgO,夹杂物平均尺寸由1.68 降到1.39 μm,且夹杂物分布更加均匀。随着溶解氧含量的增加,夹杂物的粗化率增加。当钢中溶解氧含量相同时,镁铝尖晶石的粗化率最大,其次是氧化镁,氧化铝夹杂物的粗化率最小。高碳硬线钢中镁添加量为0～0.004%,夹杂物的粗化率先增加后减小,镁添加量为0.001%时,夹杂物的粗化率最大。     

430不锈钢连续浇铸过程连铸坯等轴晶率的变化规律

430不锈钢是铁素体不锈钢中应用最广泛的钢种之一。在工业试验条件下,为了提高430不锈钢连铸坯等轴晶率,以430不锈钢在连续浇铸过程中连铸坯等轴晶率变化为研究对象,通过测定不同浇铸长度的连铸坯等轴晶率,找出其变化规律,并对炉次之间仅有的化学成分和过热度的变化对连铸坯等轴晶率的影响进行了分析。试验结果表明:在相同连铸工艺下,430不锈钢在连浇过程中不同炉次之间连铸坯等轴晶率的变化不显著,但浇次头坯和尾坯等轴晶率纵向却呈现出不均匀特性,另外提高钢中[C]+[N]%含量和降低浇铸过程中的过热度对430铁素体不锈钢连铸坯等轴晶区域的扩展是有益的。