不锈轴承钢真空制备过程洁净度及碳化物变化

 为了提高G102Cr18Mo高碳不锈轴承钢的洁净度、细化碳化物组织,采用真空感应熔炼、两次真空自耗重熔、大锻压比锻造的工艺路线,研究了真空处理及大锻压比锻造对化学成分、气体含量、夹杂物分布、二次枝晶间距及碳化物颗粒度的影响。研究结果表明,真空感应熔炼过程(VIM)中,随着铝含量的增加,碳的脱氧能力大幅降低,即使铝质量分数为0.003%也对碳的脱氧能力有明显的阻碍作用;真空自耗重熔过程(VAR)由于高的真空度、高的重熔温度等热力学条件以及反应动力学条件的改善,氧含量显著降低,第一次自耗重熔后氧质量分数从0.001 49%降低至0.000 57%,降低了61.7%,第二次自耗重熔后氧质量分数降低至0.000 50%。真空感应熔炼、真空自耗重熔过程,夹杂物的成分变化不大,主要以Al-Si夹杂为主,其次为Al₂O₃夹杂,再次为MnS夹杂、Mg-Al-Ca、Mg/Ca-Al夹杂。双真空冶炼后,钢中夹杂物主要为0～5 μm的细小夹杂物,未发现大于20 μm的夹杂,含有少量10～20 μm的夹杂,钢的洁净度大幅度提高。在真空自耗锭横断面上,从边部向芯部二次枝晶的形貌变化不大,二次枝晶间距逐渐增大,但是变化趋势缓慢,二次枝晶间距为85～95 μm,这主要得益于低的自耗重熔速度。对真空自耗锭进行大变形处理,最终锻造成40 mm的圆棒,碳化物颗粒的最大尺寸不大于20 μm,平均尺寸为15 μm,且没有碳化物聚集的现象。低的自耗重熔速度和大锻压比锻造是碳化物细化的关键。     

17-7PH沉淀硬化不锈钢电渣重熔过程洁净度的变化

采用35 t电弧炉-AOD脱碳-LF精炼-模铸工艺制备了17-7PH沉淀硬化不锈钢自耗电极,并通过气体保护电渣炉重熔得到了2 t重的电渣锭。利用ASPEX扫描电镜分析了电渣重熔前后17-7PH钢中夹杂物数量、尺寸、成分的变化规律,并采用SEM-EDS进一步观察夹杂物的形貌及组成。研究结果发现,电渣重熔后,O含量由6.6×10^-6降至5.7×10^-6,N含量由200×10^-6降至180×10^-6。重熔前后夹杂物的类型没有变化,重熔后总的夹杂物数量大幅减少,特别是大颗粒夹杂物的数量明显减少、尺寸减小。电渣锭中总的夹杂物以AlN夹杂物为主,其尺寸较大、数量最多。为了提高17-7PH钢电渣锭的洁净度,应尽可能减少自耗电极中的N含量,以减少电渣重熔过程AlN夹杂物的生成量。     

不同冶炼工艺对硫化物夹杂形态特征的影响

利用扫描电镜和能谱分析等检测手段研究了"真空感应 真空自耗重熔"和"电弧炉 VOD 真空自耗重熔"两种工艺冶炼的G50超高强度钢中夹杂物形态和尺寸分布.研究结果表明:"真空感应 真空自耗重熔"冶炼的钢中硫化物夹杂物尺寸较小、平均间距较小,纵横比较大,尤其是细夹杂物较多,相应的细央杂物密集区域较多,而"电弧炉 VOD 真空自耗重熔"冶炼的钢中MnS夹杂物均匀弥散分布,复合夹杂物中Ca含量较高,MnS变形困难,纵横比较小,导致央杂物尺寸与平均间距较大.     

优质GH4738合金棒材夹杂物研究

为了研究针对由三联工艺(真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔)冶炼,经镦拔工艺开坯生产出的镍基高温合金优质GH4738棒材中夹杂物的类型与分布情况,通过扫描电镜和能谱仪分别对棒材横向和纵向的边缘、1/2半径处和中心处的夹杂物进行了检测,分析了夹杂物的成分、尺寸和数量。结果表明,优质GH4738合金棒材中的夹杂物主要为Ti(C,N)-MoS复合夹杂物、Ti(C,N)夹杂物、SiC夹杂物以及非常少量的Al2O3、MgO氧化物夹杂物,数量百分比分别为70%、20%、8%和2%。经镦拔开坯后,从中心到边缘处夹杂物总数递增,棒材横向上夹杂物尺寸呈降低趋势,但不同位置处夹杂物的平均尺寸差别不明显。     

电渣重熔高氮钢的洁净度研究

对高氮钢电渣重熔前后夹杂物进行对比研究,分析不同渣系和自耗电极氧含量对重熔后夹杂物的影响。研究发现,不同渣系对电渣钢的洁净度影响很大,适当提高w(CaO)/w(Al2O3)可有效降低电渣锭中的夹杂物和全氧量。不同氧含量的自耗电极进行重熔后,电渣锭全氧量及夹杂物种类和组成成分差别不大,夹杂物成分中w(MnO)/w(MnO+Al2O3)≈0.23~0.32,自耗电极中的氧含量与电渣重熔的洁净度没有直接关系,采用氧质量分数为(40~100)×10-6的不同自耗电极,电渣重熔后氧质量分数始终保持在(20~30)×10-6。     

不同冶炼工艺对硫化物形态及尺寸分布的影响

利用扫描电镜和能谱分析等检测手段研究了"真空感应 真空自耗重熔"和"电弧炉 VOD 真空自耗重熔"两种工艺冶炼的G50超高强度钢中夹杂物形态和尺寸分布,结果表明 "真空感应 真空自耗重熔"冶炼的钢中硫化物夹杂物尺寸较小、平均间距较小,纵横比较大,尤其是细夹杂物较多,相应的细夹杂物密集区域较多,而"电弧炉 VOD 真空自耗重熔"冶炼的钢中MnS夹杂物均匀弥散分布,复合夹杂物中Ca含量较高,MnS变形困难,纵横比较小,导致夹杂物尺寸与平均间距较大.     

电渣重熔马氏体时效钢中的非金属夹杂物研究

应用电子扫描法（SEM＋EDS）和金相法,对真空感应熔炼（VIM）及随后进行电渣重熔（ESR）的改进型18NiNb马氏体时效钢中的非金属夹杂物进行了定性和评级分析。结果表明,电渣重熔对去除钢中的硫化物和尺寸较大的单颗粒夹杂效果明显,电渣重熔后钢中的夹杂物主要为细小的氧化物夹杂,数量明显减少、且呈弥散分布,进一步提高了18NiNb合金钢的钢锭质量。     

8Cr13MoV钢电渣重熔过程中夹杂物行为

 研究了电渣过程在不同电流强度和冷却强度条件下,刀剪用8Cr13MoV马氏体不锈钢中夹杂物的行为和组织变化。研究表明,经过电渣重熔,8Cr13MoV钢中的主要夹杂物是以MnS、TiN、Al2O3以及以Al2O3为核心,（V,Ti）N为外围的复合夹杂物;电渣过程电流强度和冷却强度的变化对夹杂物类型没有影响;随电渣重熔电流强度增加,电渣锭中夹杂物的个数比和面积比减小,夹杂物粒径分布中较小尺寸的夹杂物数量增加;随电渣重熔冷却强度增加,夹杂物个数比基本不变,面积比减小,夹杂物粒径分布中较小尺寸的夹杂物数量增加,夹杂物得到细化。     

GH4169电渣重熔铸锭表层夹杂物分布规律

 电渣重熔是GH4169高温合金“三联”冶炼工艺的中间环节,电渣锭表面质量对自耗锭洁净度的提升具有重要意义。通过采用合适的车削量,可以改进其表面质量。因此,结合SEM-EDS设备、Image Pro plus及JMatPro软件等方法对实际生产的电渣锭表面区域内夹杂物分布情况展开系统性探究,并制定较为适宜的车削范围。结果表明,电渣锭内主要形成以Ti(C,N)和MgAl₂O₄为核心的复合夹杂物;随着位置逐渐远离电渣锭边缘,夹杂物数量密度首先由5 233降低至3 684 个/mm2,最后稳定在(3 650±30) 个/mm2范围;其平均尺寸先由7.7减少到4.9 μm,然后在(4.3±0.1) μm范围内稳定波动。根据表面区域夹杂物的分布确定电渣锭较为合适的车削范围为18~24 mm,并通过工业试验结果验证了新的切削范围能够提高加工后电渣锭的表面质量。     

碲处理控制钢中硫化锰夹杂物综述

随着钢铁工业向高速化、精密化方向发展，通常在钢中加入硫元素以提高钢的可加工性。钢中硫化锰夹杂物的形貌及分布对钢材性能有重要影响，硫化锰夹杂物控制的目标是避免大尺寸硫化锰的产生，得到尽可能细小、均匀分布的纺锤状硫化锰。易切削钢通过添加适当的硫元素并控制硫化锰夹杂物的大小和形态，在保证强度和韧性的基础上，可以获得优良的可加工性。碲的加入可以调节钢中硫化物的尺寸和形貌，在凝固过程中硫化锰夹杂物被改性为碲化锰与硫化锰的复合夹杂物，这类夹杂物通常为球形或近球形，降低了大尺寸枝晶型硫化锰所占比例，改善钢的力学性能和切削性能。当钢中碲硫质量比高于0.2时，钢中硫化物的长径比会显著降低，钢的可加工性和切削性能会得到提高。总结和阐述了碲处理对钢中硫化锰夹杂物的改性机理以及碲对钢材切削性能的影响规律和机理，可为碲在钢铁工业应用中的进一步研究和开发提供参考。     

电渣重熔对FeCrAl不锈钢中夹杂物的影响

应用扫描电镜(SEM)及X射线能谱分析仪(EDS)对真空感应炉熔炼(VIM)和电渣重熔炉熔炼(ESR)的FeCrAl不锈钢中夹杂物的成分、形貌、数量、大小进行统计分析。结果表明,AlN是2个钢锭的主要夹杂物,电渣重熔过程中产生的高熔点稀土化合物可作为AlN析出的异质核心。电渣重熔使自耗电极中尺寸大于10μm的夹杂物基本消失,ESR锭中尺寸小于5μm的夹杂物达到86.7%。电渣重熔减小了AlN的平均尺寸,去除了大尺寸的AlN,使AlN的总面积明显减小。热力学计算结果表明,VIM锭中AlN可以直接在液相中析出;ESR锭中氮含量的降低造成AlN不能直接在液相中析出,随着凝固的进行,[Al]和[N]在残余液相中富集,当凝固分率大于0.615后,AlN才能在凝固前沿的残余液相中析出。     

Ti-IF钢非金属夹杂物形核热力学和演变机理

通过热力学计算与SEM-EDS检测对酒钢BOFLFRHCSP工艺Ti-IF钢夹杂物形核的热力学进行了研究。结果表明,在Ti-IF钢中夹杂物形核主要是非均匀形核,最易形成TiN,其次为CaO,然后为Al_2O_3。温度升高有利于Al_2O_3、CaO的形成;TiN的形成受温度影响较小。Ti-IF钢中w([Als])控制为0.027%~0.055%时,w([Mg])只需大于0.000 015%,就会有镁铝尖晶石MgO·Al_2O_3(MA)析出。Ti-IF钢中夹杂物演变主要有3种途径,分别为尖晶石与硅酸钙的复合夹杂Al_2O_3→MA→MgAlCaSi、低熔点的铝酸钙夹杂Al_2O_3→CaO·6Al_2O_3(CA_6)→CaO·2Al_2O_3(CA_2)→CaO·Al_2O_3(CA)→3CaO·Al_2O_3(C_3A)/12CaO·7Al_2O_3(C_(12)A_7)以及钛的复合物或钛的化合物Al_2O_3→TiOx→Al_2O_3·TiOx和Ti→TiN/Ti(C,N)。     

电渣重熔过程电源频率对电渣锭洁净度的影响

 电渣重熔采用低频供电可以提高功率因数、降低电耗,并实现电力系统的三相平衡。然而,其对电渣锭冶金质量特别是洁净度的影响还缺乏足够的数据支撑。为了研究电源频率特别是低频操作对电渣重熔锭洁净度的影响,采用实验室小型低频电渣重熔炉,以304奥氏体不锈钢、GCr15轴承钢为研究对象,详细分析了不同的电源频率对电渣锭化学成分、气体含量、夹杂物分布的影响规律。研究结果发现,与工频电渣重熔相比,不论是不锈钢还是轴承钢,当采用低频电源(2、1、0.4、0.1 Hz)电渣重熔后(在其他工艺参数如渣系、渣量、电流、电压、气氛等完全相同的情况下), 电渣锭中的氧质量分数(0.010%～0.013%)大幅增加,对氮含量影响很小。电渣锭中的铝含量明显增加,而其他化学成分变化很小。与此相对应,低频电渣重熔锭的夹杂物数量也明显增加,且增加的夹杂物主要以氧化铝为主,但是夹杂物主要以小于10 μm的细小夹杂为主,大颗粒夹杂物略有增加,但是数量较少。氧含量增加的主要原因是低频电源的直流倾向增大,使重熔渣池中的氧化铝发生了电解(30%Al₂O₃+70%CaF₂渣系),在钢中氧含量增大的同时,铝含量也明显增加;氧化铝电解形成的铝和氧进入金属熔池造成电渣锭全氧含量增加。氧和铝随着金属熔池的降温及凝固形成氧化铝夹杂残留在电渣锭中。工业生产过程中低频电源的直流电解效应还有待进一步分析。     

Effect of initial large-sized inclusion content on inclusion removal during electroslag remelting of H13 die steel

The current paper focuses on the influence of initial large-sized inclusion content in the consumable electrode on inclusion removal during electroslag remelting (ESR) of H13 die steel. Considering the relationship between the inclusion size and the interfacial energy change of the slag/inclusion/steel system during the inclusion transfer across the steel/slag interface, the thermodynamic conditions for inclusion removal from steel to the slag were put forward. The results showed that the content of large-sized inclusions in final ESR ingot was decreased by approximately 13.66% with the increase in large-sized inclusion content in the consumable electrode from 11.36?mg/10?kg to 16.50?mg/10?kg. The interfacial energy change of the slag/inclusion/steel system decreases with the increase in inclusion radius during the absorption process of inclusions by slag, which is beneficial for inclusion removal.     

Evolution of CaO–MgO–Al2O3–CaS–(SiO2) inclusions in H13 die steel during electroslag remelting process

The effect of Al–Mg alloy addition on the cleanliness and CaO–MgO–Al₂O₃–CaS–(SiO₂) inclusions during electroslag remelting of H13 die steel with low oxygen content was investigated by experimental study and thermodynamic calculation. The results show that the oxygen content of consumable electrode (15?×?10^?6) was invalid to be reduced after Al–Mg alloy addition during protective gas electroslag remelting (P-ESR) process. In the case of Al–Mg alloy addition during P-ESR process, the oxygen content pick-up and silicon loss of remelted ingot were avoided, and sulphur content was further decreased. CaS content of complex inclusions were decreased significantly after P-ESR process. The type of inclusions was not changed during P-ESR process with Al–Mg alloy addition, except the increase in the concentrations of CaS in individual inclusion. The original oxide inclusions inconsumable electrode transformed to liquid state during P-ESR, and original CaS inclusions were eliminated. The CaS portion in CaS-bearing complex inclusions is the inclusion that formed on the surface of oxide inclusion during the cooling of liquid steel process in liquid metal pool.     

某低温风洞用高强不锈钢弯刀小试件生产实践

某低温风洞弯刀采用00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢制造(代号:S03)。分别采用构筑成形和三联特冶(真空感应熔炼+真空自耗电弧熔炼+电渣重熔)工艺路线研究了10 t级S03钢小试件钢锭制备工艺。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和拉伸、冲击等评价方法,分别研究了冶炼和热处理工艺对S03钢组织及力学性能的影响。研究结果表明,构筑成形和三联特冶工艺均可实现10 t级S03钢锭的制备,两步750 ℃固溶和500 ℃时效工艺可实现S03钢较好的综合力学性能,工艺研究结果为某低温风洞百吨级弯刀钢锭制备提供了技术支撑。     

Q355B铝镇静钢夹杂物演变及钙处理工艺优化

 基于某钢厂Q355B铝镇静钢冶炼过程生成高熔点夹杂物,出现探伤不合格的问题,通过全流程取样分析钢中夹杂物的演变规律,发现原工艺LF精炼过程钙处理前夹杂物主要为低CaO含量的CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物,Al₂O₃质量分数约为77%。钙处理后,钢液中CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物向液相区左侧CaO含量高的区域靠近,Al₂O₃质量分数减少至32%;同时,CaS在钙铝酸盐表面异质形核,出现CaS-CaO-Al₂O₃系夹杂物,夹杂物中CaS质量分数增加至23%。应用热力学平衡模型计算钙处理钢液中S-Ca、Al-Ca及Al-S反应平衡曲线。结果表明,在1 873 K下生成C₃A、C₁₂A₇、CA_L等低熔点钙铝酸盐类夹杂物,钢液内w([Al])和w([Ca])的关系应分别满足 w([Al])2/w([Ca])3≤7.83×103、2.36×105、1.18×107,w([Al])和w([S])的关系应分别满足 w([S])3×w([Al])2≤7.79×10-12、8.36×10-11、8.14×10-10;当钢液中w([Al])为0.007 5%时,w([Ca])和w([S])分别控制在0.000 62%～0.001 9%、0.001 6%～0.005 1%范围内有利于生成理想液态产物C₁₂A₇。结合夹杂物分析及热力学计算,优化调整了脱氧、喂线等生产工艺,将铝块加入量由0.8 kg/t降低至0.7 kg/t,喂硅钙线量由300 m/炉降低至200 m/炉,并进行全流程取样分析夹杂物变化。发现钙处理后,CaS-CaO-Al₂O₃系夹杂物中,CaS质量分数降低至约5%,夹杂物分布在低熔点液相区域附近,铸坯中钢液w([Ca])由0.003 1%降低至0.001 5%～0.002 2%;最终夹杂物体系为(CaS)-CaO-(MgO)-Al₂O₃低熔点复合相夹杂物,防止了高熔点钙铝酸盐类夹杂物及CaS类夹杂物的产生,提高了铸坯质量。     

Effect of smelting process on inclusions in C- Cr- Ni- Mo stainless steel and its mechanical properties

The effect of two smelting processes (process 1: vacuum induction melting + electroslag remelting and process 2??vacuum induction melting + vacuum arc remelting) on the inclusions in C- Cr- Ni- Mo stainless steel ingot and its mechanical properties were comparatively investigated by means of Aspex Explorer, scanning electron microscopy and EDAX spectrometer. The results show that the mass fraction of gas in the steel ingot casted through process 2 is less than 25??10-6 with irregular shaped Al2O3 inclusions. On the other hand, the mass fraction of gas in the steel ingot casted through process 1 is approximate to 100??10-6 with evenly distributed Cr2O3, Al2O3 inclusions in the size around 5??m. It is obvious that the number of oxide inclusions in ingot casted through process 1 is larger than that in ingot casted through process 2, due to the higher mass fraction of oxygen. Meanwhile, the impact toughness and ductility of specimens sampling from ingot casted through process 1 are clearly lower than those sampling from ingot casted through process 2. Thus, the conclusion could be carefully drawn that taking process 2 could significantly contribute to reducing the mass fraction of gas in steel and improving the cleanliness of steel. Therefore, the higher toughness and ductility of the steel could be obtained.