20MnCr5齿轮钢连铸坯中硫化物三维形貌的解析

20MnCr5齿轮钢具有良好的疲劳和易切削性能匹配,钢中硫化物形态与分布是影响材料性能的重要因素。为了探究20MnCr5齿轮钢连铸坯中硫化物的三维形貌及分布规律,采用金相显微镜、扫描电镜以及三维腐刻技术对连铸坯进行了分析。结果表明:20MnCr5连铸坯中硫化物主要类型为MnS、MnS+Al₂O₃复合夹杂物,铸坯中硫化物尺寸由边部激冷层到中心等轴晶区呈先增大后减小的趋势。激冷层中硫化物三维形态主要为椭球状和长条状,各占一半左右;在柱状晶区末端椭球状减小到不足10%,长条状和不规则状占比分别为55%和35%,并开始出现少量八面体状;中心等轴晶区硫化物不规则状占比增大到60%,长条状占比减小到约30%,八面体状约占10%,椭球状占比减小到不足5%。在连铸坯不同区域主要的硫化物三维形态不同,激冷层为椭球状和长条状,柱状晶区为长条状,等轴晶区为不规则状。     

46MnVS钢铸坯中硫偏析行为及硫化物分布的研究

摘要：46MnVS钢是一种典型的中硫非调质钢，钢中硫化物的类型、大小、分布和硫偏析对其产品使用性能有重大影响。依托国内某厂的46MnVS连铸坯开展硫偏析行为及硫化物分布的研究，采用了扫描电镜、夹杂物三维腐刻等实验方法，分析了铸坯中硫化物类型、大小、分布的变化规律，总结硫偏析行为规律。研究发现铸坯中心和铸坯1/4处出现严重的正偏析，最大正偏析指数分别为1.13、1.08。计算结果表明，MnS在固相率为0.80、温度为1425.0℃时开始从液相中析出，此时残余液相S含量为钢液初始含量的4.60倍。铸坯激冷层中硫化物的三维形貌多为不规则状；从柱状晶区边部到中心不规则状硫化物逐渐增加；中心等轴晶区从外部到中心硫化物主要为不规则状，八面体占比逐渐降低，板片状硫化物逐渐增大。     

1215MS高硫钢连铸坯中硫化物三维形貌的解析

摘要：1215MS是典型的高硫易切削钢，硫化锰的形貌及空间分布对钢的性能具有重要影响。借助OM、SEM、EDS、夹杂物三维腐刻技术对1215MS铸坯中硫化物夹杂进行解析，结果表明：1215MS铸坯激冷层中硫化物尺寸细小，等效直径不大于15μm；柱状晶区硫化物尺寸逐步增大，到距铸坯表面1/4位置处等效直径达到最大6μm左右；中心等轴晶区的硫化物尺寸向内逐渐减少，铸坯中心处等效直径约46μm，硫化物增加至每平方毫米1000个左右。从激冷层到铸坯中心硫化物的形貌主要包括椭球状、短棒状、长条状，硫化物由激冷层的晶内及晶界分布，逐步变为沿晶界分布。     

碲对46MnVS非调质钢中硫化物分布的改质规律

以工业生产的含碲46 MnVS非调质钢铸坯中的硫化物为研究对象，结合夹杂物三维腐刻和扫描电镜，观察并分析了铸坯中硫化物等效直径、数量密度和三维形貌的变化规律，总结了碲对硫偏析及硫化物分布的影响规律。研究发现碲改质后的铸坯激冷层到混晶区硫化物等效直径由2.6μm逐渐增大至5.8μm,中心等轴晶区硫化物等效直径先减小再增大，椭球型和八面体型硫化物从边部到中心占比由84.2%逐渐降低至25.7%。相对于未改质铸坯，碲改质后硫偏析指数减小，最大硫偏析指数由1.13降低到1.06;硫化物的等效直径有所降低，铸坯中椭球型和八面体型硫化物占比增加，激冷层中占比提升最大。     

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...     

连铸中加稀土改善方坯质量

在连铸中喂入稀土丝的试验结果表明：在２０号钢中，加入适量稀土能使铸坯的激冷层厚度增加２￣３倍，使柱状晶区的一次枝晶间距减小４０％，使中心区域由柱晶变为等轴晶，等轴晶区面积占铸坯横截面面积的２０％，并用数学方法分析了稀土元素在铸坯凝固过程中的作用。在本试验条件下，稀土加入量以０．０３０％为最佳。     

GCr15轴承钢大方坯微观组织数值模拟

以某钢厂GCr15钢大方坯为研究对象,采用ProCAST软件建立凝固数学模型,在此基础上采用CAFE模型对铸坯凝固组织进行模拟,研究了过热度、拉速和二冷强度对铸坯凝固组织的影响。结果表明:过热度对铸坯凝固组织影响较大。随着过热度的提高,同一位置柱状晶区平均晶粒半径增大,柱状晶区增大,中心等轴晶比例减小,柱状晶向等轴晶转变延后,过热度由40℃降低至10℃时,中心等轴晶率增加21.14%。拉速和二冷强度对铸坯凝固组织影响较小。随着拉速的提高或二冷强度的降低,柱状晶区减小,中心等轴晶比例增大,柱状晶向等轴晶转变提前,但其变化并不明显。在实际生产过程中可以通过降低过热度来细化铸坯凝固组织晶粒。     

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。     

DJ100锯片钢连铸坯断裂失效分析

锯片基体用钢DJ100由连铸坯成材,铸坯在堆垛缓冷过程中发生断裂,对此运用扫描电镜观察及金相检验等方法,从铸坯宏、微观断口形貌、显微组织、夹杂物成分、显微硬度等方面进行断裂失效原因分析.结果 表明:铸坯断裂起源于距离表面1/4厚度处柱状晶一次树枝晶间界形成的磷化物Fe3P.由于连铸二冷水冷却强度不足,降低了铸坯冷却速度,高温长时间缓慢冷却导致溶质元素在枝晶间界严重富集,形成不规则分布的MnS夹杂物和沿晶分布的磷化物Fe3P,弱化枝晶间界,成为裂纹快速扩展的通道.堆垛缓冷阶段,相变应力、热应力、铸坯自身重力共同作用,在裂纹处造成应力集中,裂纹进一步沿着被磷化物Fe3P、MnS夹杂物弱化的自由金属表面快速失稳扩展,导致铸坯发生断裂.     

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。     

SAE1144钢铸坯中硫化物分布及其偏析行为分析

SAE1144是典型的中碳高硫易切削钢,钢中硫化物的形貌、大小、空间分布、偏析是影响其产品性能的关键因素.对国内某厂生产的SAE114连铸坯取样,采用金相显微镜、扫描电镜、夹杂物三维腐刻技术等表征方法开展硫化物形貌的解析,分析了铸坯中硫化物类型、空间分布、三维形貌的变化规律,并总结了硫偏析的规律.研究发现,SAE114...     

Three dimensional morphology analysis of sulfide in 1215MS high sulfur steel billet

1215MS is a typical high sulfur free cutting steel. The morphology and spatial distribution of manganese sulfide have an important influence on the properties of the steel. The sulfide inclusions in the 1215MS cast slab were analyzed by OM, SEM, EDS, and three dimensional inclusion etching technology. The results show that the sulfide size in the chilled layer of 1215MS cast billet is small, with the mean equivalent diameter of less than 15μm. However, in the columnar grain zone the sulfide size gradually increases, and the number density of sulfides decreases. At the 1/4 of the surface of billet, the equivalent diameter of sulfide is maximum about 6μm. In the central equiaxed grain region, the sulfide sizes gradually decrease, while their number densities increase. The equivalent diameter at the center of the billet is reduced to about 46μm, while the number density of sulfide is increased to 1000mm-2. The sulfide morphology from the chilled layer to the center of the cast slab mainly includes ellipsoid, short rod, and long strips. The sulfide is uniformly distributed from the intragranular and grain boundaries of the chilled layer to gradually distributed along the grain boundary.     

冷却强度对超高硫中碳钢方坯凝固过程MnS生长的影响

 中碳超高硫易切削钢SAE144是兼具力学性能与切削性能的结构钢,用于制造汽车发动机密封阀件等,产品多采用转炉/电炉→LF精炼→连铸小方坯→线棒材热轧→冷拉及机加工成型流程生产,近年来市场热度稳步提升。若钢中MnS尺寸过大,零件加工使用过程易发生探伤不合、切削性能差、带状组织严重、力学性能各相异性显著,甚至拉拔加工断裂等问题。MnS夹杂物多在铸坯凝固后期形成,随着轧制与钢基体同步变形,控制该类钢种铸坯内MnS原始尺寸成为控制热轧材中MnS夹杂物形态及尺寸的最关键环节。为控制热轧超高硫中碳钢盘条中MnS夹杂物,利用钢坯凝固数值模拟、第二相析出理论、Ostwald熟化理论计算分析了160 mm2钢坯中硫元素偏析及MnS的生成、长大和熟化过程。计算结果表明,当固相分数f_s为0.446、硫微观偏析比达到2.19时,铸坯在凝固末期生成MnS。凝固过程中MnS的生长过程决定了钢坯中MnS颗粒的直径。理论计算表明,当连铸二次冷却水量固定为0.6L/kg时,拉速为1.6、2.1和2.6 m/min时,160 mm2方坯中心的MnS分别增长到30.6、32.2和34.6 μm,与实际测试结果一致。控制该类钢种线材中MnS尺寸的关键是提高二冷区的冷却强度,降低连铸拉速。基于该系列计算方法,提出了160 mm2钢坯中与MnS直径控制目标相匹配的连铸工艺参数控制范围。     

镁对20MnCr5齿轮钢中夹杂物的改质研究

摘要：20MnCr5齿轮钢通常有较好的疲劳性能及切削性能,而钢中夹杂物是影响这些性能的重要因素。为了研究镁对20MnCr5齿轮钢中夹杂物的改质行为和规律,开展了相应的工业实验,采用金相显微镜、扫描电镜以及非水溶液电解腐蚀技术对铸坯和轧材进行了分析。结果表明：镁处理后,钢液更加洁净,夹杂物数量变少,尺寸也变小;以Al2O3为核心外围包裹着MnS的复合夹杂,转变为以MgO·Al2O3为核心外围包裹着MnS的复合夹杂物,且复合夹杂物的占比从4.2%提高到8.3%。对轧材进行分析,发现镁的加入使20MnCr5轧材中长条状的硫化物更加短小弥散,硫化物的细系评级从2.5级显著降低到1.5级;由于复合夹杂物内部硬质MgO·Al2O3核心抑制了轧制过程中夹杂物的变形,使夹杂物保持球形或椭球形。     

奥氏体不锈钢凝固组织中残留铁素体特征研究

 采用化学侵蚀、彩色金相和电子探针（EPMA）等方法对AISI304奥氏体不锈钢连铸方坯凝固组织及其残留铁素体的形貌、化学组成等特征进行了分析,并采用DICTRA软件对铁素体向奥氏体的扩散转变进行了模拟研究,结果表明AISI304不锈钢铸坯表层树枝晶区的二次枝晶间距为12~20μm,富Cr贫Ni的残留铁素体呈骨骼状分布;铸坯中心等轴晶区的残留铁素体为蠕虫状分布,中心等轴晶区的残留铁素体富Cr贫Ni的同时富Si贫Mn,且其富Cr贫Ni的程度比柱状晶区的残留铁素体轻。钢液成分和先析铁素体向奥氏体扩散转变时间、距离是影响残留铁素体化学组成的主要因素。     

Morphology and Precipitation Kinetics of MnS in Low-Carbon Steel During Thin Slab Continuous Casting Process

The morphology of manganese sulfide formed during thin slab continuous casting process in low-carbon steel produced by compact strip production （CSP） technique was investigated. Using transmission electron microscopy analysis, it was seen that a majority of manganese sulfides precipitated at austenite grain boundaries, the morphologies of which were spherical or close to the spherical shape and the size of MnS precipitates ranged from 30 nm to 100 nm. A mathematical model of the manganese sulfide precipitation in this process was developed based on classical nucleation theory. Under the given conditions, the starting and finishing precipitation temperatures of MnS in the continuous casting thin slab of the studied low-carbon steel are 1 189 ℃ and 1 171 ℃, respectively, and the average diameter of MnS precipitates is about 48 nm within this precipitation temperature range. The influences of chemical components and thermo-mechanical processing conditions on the precipitation behavior of MnS in the same process were also discussed.