镁处理对低碳微合金钢中夹杂物和凝固组织的影响

以低碳微合金钢HR60为研究对象,探讨了镁处理对钢中夹杂物变性以及凝固组织的改善作用。研究得到如下结论:镁处理对车轮钢中Al_2O_3具有显著的变质作用,当钢中Mg质量分数为0.002 6%时,夹杂物变质充分,基准钢中Al_2O_3+Mn S夹杂物变质为Mg O·Al_2O_3+Mn S或Mg O·Al_2O_3+Mn S+(Ti,Nb)(C,N)夹杂物;镁处理后钢中夹杂物平均粒径减小,数量显著增多,尺寸小于2μm的夹杂物数量占60%以上,细小夹杂物在钢中呈弥散分布;试验钢经过镁处理后,铸态组织由"多边形铁素体+珠光体"演变为"多边形铁素体+珠光体+针状铁素体"混合组织,针状组织在一定程度上细化了凝固组织;理论计算表明,降低钢液与夹杂物之间的界面能,减小夹杂物与钢液之间的润湿角(θ),是镁处理钢中夹杂物细化的重要原因。     

含Mg夹杂物对低合金高强度钢CGHAZ韧性的影响

摘要：采用Ca、Mg处理工艺研究不同夹杂物粒子对200kJ/cm大线能量焊接低合金高强度钢CGHAZ冲击韧性的影响,对各个试样CGHAZ的显微组织,晶粒尺寸和冲击功进行观察和分析。试验结果表明,在低合金高强度钢CGHAZ中,Mg处理钢的冲击性能明显高于Ca处理钢,主要原因是含Mg夹杂物粒子析出能力比含Ca夹杂物粒子强,在焊接过程中,含Mg夹杂物粒子对CGHAZ组织的钉扎作用更加显著;同时提高针状铁素体的含量,延长裂纹扩展路径,提高断裂时吸收的能量,使样品韧性得到提升。     

Mg含量对焊接热影响区夹杂物及组织的影响

通过焊接热模拟试验研究了钢中Mg含量对焊接热影响区夹杂物及组织的影响。研究结果表明,随着钢中Mg质量分数由0增加至27×10-6再到37×10-6,氧硫化物复合夹杂类型变化为Al_2O_3-Mn S→MgO+Al_2O_3+Ti2O3-Mn S→MgO-Mn S;氧硫化物复合夹杂数量增加、尺寸减小。焊接热影响区组织变化为晶界铁素体+魏氏组织+侧板条铁素体→晶界铁素体+晶内针状铁素体→块状铁素体。利用Mg脱氧工艺生产的钢板经过400 k J/cm大线能量焊接后热影响区的-20℃冲击功都在100 J以上。     

GCr15轴承钢凝固过程组分变化对夹杂物析出的热力学研究

基于Fact Sage热力学软件的最小吉布斯自由能原理,研究了不同[Ca]、[Mg]、[Al]、[O]含量条件下GCr15轴承钢凝固过程中夹杂物的析出行为。结果表明:随着[Ca]含量由0.000 5%增加至0.004 5%,轴承钢中析出的夹杂物类型由Ca O·2Mg O·8Al_2O_3、Ca O·2Al_2O_3向2Ca O·Si O_2、Ca S转变,钢中夹杂物总质量分数由约0.004 5%增加到约0.009 4%。随着[Mg]含量从0.000 1%增加到0.000 9%,钢中析出的夹杂物由Ca O·Al_2O_3、2Ca O·Si O_2向Mg O·Al_2O_3和Ca S转变,钢中夹杂物总质量分数由约0.003 2%增加到约0.004 1%;[Al]含量由0.005%增加至0.05%时,钢中析出的夹杂物类型由2Ca O·Si O_2向Ca O·Al_2O_3、Ca O·2Al_2O_3转变,夹杂物总量由0.002 8%增加至0.003 3%,变化相对不明显;随着[O]含量由0.000 3%增加至0.002 1%,钢中析出的夹杂物类型由Ca S向Ca O·Al_2O_3、Ca O·2Al_2O_3转变,夹杂物析出量由0.002 4%增加到约0.005 1%。     

钙处理车轮钢洁净度

为了解钙处理对车轮钢洁净度的影响,对BOF-LF精炼-RH精炼-钙处理-CC工艺生产车轮钢系统取样,采用扫描电镜对试样中夹杂物的形貌、尺寸及组成进行了分析。研究表明,钙处理前夹杂物主要为Al_2O_3-CaO及少量的Mg O和Si O2,尺寸在5μm以内,钙处理后夹杂物主要为Al_2O_3-CaO-Ca S,在板卷中呈不连续簇条状,部分尺寸为10μm以上;RH-中间包-热轧过程1~5μm夹杂数量密度呈降低趋势,由10降至3.1个/mm2,5~10μm夹杂数量密度控制在1个/mm2以内,10μm以上夹杂数量密度控制在0.2个/mm2以内;铸坯w(T[O])控制在0.001 0%以内;对夹杂物进行面扫,板卷中主要夹杂物为Ca S-CaO-Al_2O_3夹杂以及CaO-Al_2O_3-Mg O;对夹杂物轧制过程变形分析得出,轧制过程变形的长条状夹杂成分为CaO-Al_2O_3,而未变形的夹杂成分CaO-Al_2O_3外包裹Ca S。     

合金弹簧钢51CrV4中镁铝尖晶石夹杂行为研究

针对冶炼合金弹簧钢51CrV4过程存在大量MgO·Al_2O_3类夹杂的问题,采用现场取样及扫描电镜和能谱分析等手段,对51CrV4钢冶炼过程中夹杂物的转变过程进行研究,分析了冶炼过程中MgO·Al_2O_3夹杂的来源和生成过程,并对采用钙处理对钢中镁铝尖晶石改性行为的可行性进行了探讨。研究结果表明:51CrV4冶炼过程中,当钢中w(Mg)=(0.55~30.6)×10-6时均能生成MgO·Al_2O_3夹杂。而当钢中w(Ca)达到6×10-6时,MgO·Al_2O_3夹杂出现液态复合夹杂物,并随着钢中[Ca]含量的提高液态复合夹杂物含量快速增加,而尖晶石夹杂含量减小。当钢中w(Ca)达到35×10-6左右时,MgO·Al_2O_3夹杂完全转变为液态。     

EH460钢中IAF形核及其细化晶粒行为分析

对实验室冶炼合金元素种类、含量不同的船板钢铸态组织及其中显微夹杂物的成分、粒径进行分析。结果表明:试验钢中部分显微夹杂物可诱发IAF形核,且在IAF长大过程中其针状尖端可穿插到其他铁素体晶粒或珠光体内,将其拆分成多个更加细小的单元,能够明显地细化组织;钢中诱导IAF形核的显微夹杂物成分主要为Al_2O_3-Ti_2O_3、Al_2O_3-Ti_2O_3-MnO/MnS、Al_2O_3-Ti_2O_3-MnO/MnS-Si O_2类复合脱氧夹杂,粒径在1.0~10μm,其中大部分夹杂物粒径在1.0~6.0μm,约占89.3%,少部分夹杂物粒径在6.0~10.0μm,约占10.7%。通过控制合金种类、含量以及加入顺序促使钢中生成大量细小、弥散的有益夹杂诱导大量IAF形核,从而细化晶粒。     

高性能GCr15轴承钢中夹杂物控制与疲劳性能

GCr15轴承钢的冶炼工艺对钢的疲劳性能具有显著影响。研究了LF+VD、电渣重熔(ESR)和真空感应+真空自耗(VIM+VAR)冶炼工艺对钢中氧、氮、硫的质量分数和非金属夹杂物的分布特征以及疲劳性能的影响规律。结果表明,VIM+VAR冶炼钢中氧和氮的质量分数分别为0.000 5%和0.001 6%,夹杂物总数量仅为1.54个/mm~2。ESR冶炼钢中氧和氮的质量分数分别为0.001 8%和0.011 0%,夹杂总数量为17.78个/mm~2,夹杂物尺寸均小于13μm。LF+VD冶炼钢中硫的质量分数为0.002 6%,钢中硫和氧的质量比为3.7,夹杂总数量最多为20.73个/mm~2,大于13μm的夹杂物中CaS和CaS与Oxide复合夹杂比例较高。旋转弯曲疲劳试验结果表明,LF+VD、ESR和VIM+VAR冶炼钢的安全疲劳极限分别为980、1 164和1 158 MPa,引起疲劳破坏的夹杂物类型与制备工艺有关,LF+VD冶炼钢的夹杂物有CaS、CaS(Oxide)和CaO·Al_2O_3,ESR冶炼钢的夹杂物有Al_2O_3和CaO·Al_2O_3,VIM+VAR冶炼钢的夹杂物有TiN、MgO·Al_2O_3和CaS(Oxide)。依据真实应力因素和疲劳寿命,钢中夹杂物的危害程度由大到小依次为TiN、CaO·Al_2O_3、MgO·Al_2O_3、Al_2O_3、CaS(Oxide)和CaS,夹杂物类型和尺寸的不同导致了GCr15轴承钢安全疲劳极限的差异。     

GCr15轴承钢脱氧过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

通过热力学软件FactSage 7.0和工业实践,对1 873 K下GCr15轴承钢脱氧过程中非金属夹杂物生成热力学进行研究。计算结果表明,当轴承钢中的w(Mg)0.4×10~(-6)时,钢中夹杂物由Al_2O_3转变为MgO·Al_2O_3;当钢中的w(Mg)10×10~(-6)时,钢中夹杂物主要为MgO。当轴承钢中w(Al)100×10~(-6)、w(Ca)0.1×10~(-6)时,钢中开始生成固态CaO·6Al_2O_3和CaO·2Al_2O_3夹杂物;当钢中w(Ca)2×10~(-6)时,钢中生成的夹杂物为液态钙铝酸盐;当钢中w(Ca)13×10~(-6)时,钢中开始生成固态CaO夹杂物。工业实践检测和热力学计算结果基本吻合,此外,研究发现纯铁液的脱氧热力学与轴承钢差异较大,因此,不能采用纯铁液的脱氧热力学指导轴承钢生产实践。     

钛微合金高强钢控轧控冷工艺研究

采用金相显微镜、电子显微镜等手段研究控轧控冷工艺对Ti微合金化高强钢的组织和性能的影响。结果表明:在低温终轧(800℃)、600℃保温1 h的试验钢的屈服强度和抗拉强度最高,分别为670.7 MPa和752 MPa。高温终轧(1 030℃)的试验钢组织主要为准多边形铁素体、针状铁素体和粒状贝氏体,组织粗大;低温终轧(800℃)的组织主要为多边形铁素体,晶粒较细小。在600℃保温1 h的试验钢中存在大量的纳米尺寸TiC粒子,沉淀强化效果明显,未在600℃保温1 h的试验钢中,TiC的析出受到限制,沉淀强化效果明显减弱。     

稀土处理钢中夹杂物对晶内针状铁素体形成的影响

分析了稀土处理钢中夹杂物的特征(夹杂物种类、尺寸分布和体积分数)对微观组织中针状铁素体形成的影响.结果表明,钢中夹杂物种类和体积分数对针状铁素体组织的形成非常重要.稀土氧化物(包含稀土氧硫化物)与铁素体具有低至1.9%的错配度降低针状铁素体在夹杂物表面的形核能垒,从而促使它在稀土氧化物上形核.反之,稀土硫化物与铁素体具有高达42.5%的错配度不能诱导生成针状铁素体组织.此外,微观组织中针状铁素体的体积分数随着夹杂物体积分数的增加而增大,当钢中夹杂物体积分数是9.5×10-4时其体积分数达到53%.      

TMCP型Q500qENH特厚耐候桥梁钢板的工业试制

 提出一种低碳微合金MnCuNiCrMo钢,测试了其过冷奥氏体连续冷却相变（CCT）曲线,分别研究未再结晶区变形量、冷却速率对其相变行为的影响。使用厚板坯连铸(CC)—钢板控轧控冷(TMCP)工艺流程,在5m宽厚板工业生产线上成功开发出60mm特厚Q500qENH桥梁钢板。开发钢板的显微组织为细密粒状贝氏体(GB)+针状铁素体(AF)+多边形铁素体(PF);横向室温屈服强度大于560MPa,抗拉强度大于660MPa, 伸长率大于20%;Z向面缩率大于76%;-40℃下纵向Charpy冲击吸收能量(KV2)大于170J;零塑性温度为-85℃。     

DP590钢夹杂物在精炼及浇铸过程中的演变行为

围绕某钢铁企业生产的DP590钢中非金属夹杂物在精炼及浇铸过程中的演变行为,采用氧氮分析、显微夹杂统计及SEM-EDS能谱分析等手段进行了系统深入的研究。利用Fact-Sage软件计算并绘制了1 600℃时CaS-CaO-Al_2O_3三元相图,分析了精炼和连铸过程中夹杂物在CaS-CaO-Al_2O_3三元相图中的演变行为。研究发现,在该厂现行工艺条件下,LF喂钙处理可降低钢中的全氧含量和非金属显微夹杂含量。转炉炉后出钢至精炼出站全氧含量降低了27×10~(-6),非金属显微夹杂物含量减少了54.5%。稳态连铸坯中的氧、氮含量和显微夹杂含量较低。LF精炼喂钙线之前显微夹杂的主要成分为Al_2O_3。在LF精炼钙处理后,中间包及连铸坯中发现了大量的球形Ca O-Al_2O_3类夹杂,这表明钙处理效果良好,实现了将Al_2O_3夹杂物变性的目的。热力学计算结果表明钙处理过程中夹杂物的演变行为为Al_2O_3→Al_2O_3+CaO·6Al_2O_3+CaS→Al_2O_3+CaO·2Al_2O_3+Ca S(Ca S较多,Ca O较少)→Al_2O_3+CaO·2Al_2O_3+CaS(CaS较少,CaO较多)。     

低合金高强钢微观组织转变机制

摘要：通过高温激光共聚焦显微镜原位观察低合金高强钢（Q345R）在热循环过程中微观组织演变规律，并结合扫描电镜和纳米压痕，研究不同类型铁素体形核、长大机制及硬度。结果表明，铁素体可在晶界、亚晶界及夹杂物上形核，多边形铁素体及链状晶界铁素体主要在晶界上形核，而侧板条铁素体可在晶界及亚晶界上形核，而针状铁素体则主要在夹杂物及已形成的铁素体上形核，且奥氏体晶界及晶内亚结构尺寸控制了铁素体尺寸；讨论了夹杂物特征参数对针状铁素体形核的影响规律，Al、Mg、Ca、S等元素的含量达到一定比值且尺寸在5μm以下的复合夹杂物更容易成为针状铁素体的诱导核心；硬度实验结果表明，不同类型铁素体组织硬度存在差别，针状铁素体硬度最大可达到4GPa。     

钙处理对430不锈钢板坯夹杂物的影响

通过热力学计算分析了430铁素体不锈钢钙处理后在生成液态夹杂物区间内钢中钙质量分数和铝质量分数的关系,并对430铁素体不锈钢未采用钙处理和采用钙处理板坯中夹杂物类型、数量进行了对比,分析了钙处理夹杂物变性过程。结果表明,精炼过程喂入硅钙线可以得到理想的钙处理效果。钙处理后430钢水中高熔点的Al_2O_3和低变性的CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO夹杂物得到良好变性,夹杂物数量比未采用钙处理时明显减少,夹杂物尺寸都小于15μm。CaO和Al_2O_3两者通过发生化学反应变性为低熔点的液态夹杂物。     

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.     

碱土钡元素对重轨钢夹杂和性能影响的研究

用Fe-Ba-Al-Si合金处理U_(71)Mn钢液,可以减少钢中夹杂物总量。钡能改变夹杂物的形态,并能获得细小的、均匀分布的球状夹杂;夹杂物主要是Al_2O_3与变态的(Ca、Mn)S结合成的复相夹杂,减少了单相存在的Al_2O_3;钡能缩减或消失夹杂物的长度,特别是对Al_2O_3簇状夹杂物的长度;钡在钢中溶解度极小,对钢的机械性能未见不良影响而能改善钢的冲击韧性。     

超大型液化石油气船用低温钢组织性能

 为了满足超大型液化石油气船的建造需要,介绍了采用铌、钛复合微合金化及控制轧制与控制冷却技术研制超大型液化石油气船用LT-FH32低温钢,并对其显微组织演变及力学性能进行系统研究。CCT曲线研究表明,当冷却速度小于3 ℃/s时,LT-FH32低温钢主要获得多边形铁素体和少量珠光体组织;冷却速度为5~15 ℃/s时,主要为多边形铁素体、针状铁素体和贝氏体的多相组织;当冷却速度大于20 ℃/s时,主要为板条贝氏体组织。经控制轧制和控制冷却获得的10和34 mm板厚的低温钢,其显微组织均为多边形铁素体和板条贝氏体多相组织。两种板厚的多相组织低温钢横、纵向性能差异不大,屈服强度为390~413 MPa,抗拉强度为485~521 MPa,-80 ℃夏比冲击功高于200 J,韧脆性转变温度为-100 ℃以下。     

30Cr3WVE轴承钢疲劳裂纹形成与扩展行为

通过力学性能测试以及微观组织和疲劳断口形貌分析等系统研究了一种采用双真空冶炼的高洁净度轴承钢30Cr3WVE的高周旋转弯曲疲劳破坏特性及非金属夹杂物对其疲劳性能的影响。结果表明:30Cr3WVE轴承钢经870℃淬火和550℃回火后具有优异的综合力学性能,旋转弯曲疲劳极限强度达到732MPa;通过疲劳断口的SEM观察,疲劳裂纹起源于试样的表面缺陷和内部的非金属夹杂物。表面缺陷为非金属夹杂物脱落形成的凹坑和机加工留下的刀痕,内部非金属夹杂物主要为Al、Mg、Si和Ca的氧化物。夹杂物对30Cr3WVE轴承钢旋转弯曲疲劳极限强度的影响与其尺寸和至表面的距离密切相关。构建了夹杂物尺寸和分布对30Cr3WVE轴承钢旋转弯曲疲劳极限强度影响的模型,通过控制夹杂物尺寸和数量可显著提高该钢的旋转弯曲疲劳极限强度。     

汽车用高强车轮钢LQ540的研制

以汽车用高强车轮钢LQ540为研究对象,选择Gleeble-3800热模拟试验机测定了LQ540动态CCT曲线,采用金相组织观察、TEM及力学性能测试等手段分析了实验室条件下所试制的试验钢组织和性能。根据优化的试验结果,进行了高强车轮钢LQ540的工业试制。结果表明,试制样品的显微组织为铁素体加珠光体及少量的贝氏体,屈服强度大于450 MPa,抗拉强度大于540 MPa,延伸率在23%以上。产品应用于实际车轮冲压效果良好,疲劳性能达到62万次以上。