高强度船板钢中针状铁素体的原位观察

采用高温共聚焦显微镜对高强度船板钢中针状铁素体进行原位观察,并利用金相显微镜分析原位观察后其组织形态。结果表明,随着保温时间的增加,平均奥氏体晶粒尺寸增大。保温时间为900 s时获得的奥氏体尺寸更有利于针状铁素体的形核。随着保温时间的延长,铁素体开始相变的温度先减小后增加,而铁素体的相变结束温度逐渐减小。     

奥氏体化温度对Ti–Zr处理钢中针状铁素体转变的影响

Ti、Zr的复合氧化物可以有效诱导针状铁素体形核,从而细化晶粒。为了研究Ti–Zr处理钢中针状铁素体转变机理,使用25 kg真空感应炉中熔炼试验所需钢种,向低合金钢中添加了质量分数为0.038%钛和0.008%锆。利用高温激光共聚焦显微镜原位观察了奥氏体化温度对针状铁素体转变行为的变化,使用扫描电镜观察了Ti–Zr处理钢种的夹杂物成分和针状铁素体在夹杂物表面形核,使用光学显微镜观察不同奥氏体化温度下的微观组织变化差异。结果表明,随着奥氏体化温度从1250 ℃增加至1400 ℃,奥氏体晶粒尺寸从125.6 μm 增加至279.8 μm,针状铁素体开始转变温度和侧板条铁素体开始转变温度先增加,在1350 ℃条件下达到最大值,后又降低,针状铁素体的体积分数由39.6%增加至83.6%;Ti–Zr处理钢中核心为Zr–Ti–O,外部为Al–Ti–Zr–O的氧化物为核心表面析出MnS的复合氧化物主要集中在1.5～3 μm,可以有效促进针状铁素体形核,贫Mn区和夹杂物与铁素体之间的良好晶格关系为该型夹杂物能够促进针状铁素体形核机理。奥氏体晶粒尺寸的增加导致多边形铁素形核位点的减少和针状铁素体的形核空间的增加,钛锆复合处理形成大量的有效诱发针状铁素体形核的夹杂物,这共同导致了针状铁素体体积分数增加。      

钛脱氧钢中针状铁素体的形成

通过实验研究了钢中加钛脱氧后针状铁素体的形成及夹杂物的变化。对实验钢的化学成分、组织变化、析出相成分、钢中氧含量及夹杂物尺寸进行了分析。实验证明,在钢中加钛处理后,钢中产生了大量的以钛氧化物或钛铝等复合氧化物为核心的针状铁素体,钢的组织明显细化,随着钛加入后孕育时间的延长,钢中夹杂物的尺寸变小,孕育时间存在最佳值。     

20MnSi中夹杂物对针状铁素体形成的影响

 通过热模拟试验对20MnSi连续冷却过程中的相变规律进行了测定,通过电石、硅钙线脱氧及热处理得到了含有晶内针状铁素体试样,利用显微硬度仪对针状铁素体聚集区进行了显微硬度的测定,利用光学显微镜对晶内针状铁素体进行了形貌观察,利用扫描电镜和能谱仪对诱导针状铁素体生成的夹杂物的性质进行了分析。结果表明,20MnSi中可以形成晶内针状铁素体的冷却速度范围为5～20 ℃/s;能够诱发针状铁素体组织形核的夹杂物主要为MnS夹杂,其次为MnO·SiO2和MnS·SiO2夹杂,并且3类夹杂物的尺寸主要在小于3 μm的区间内;MnS夹杂促进针状铁素体形核是由应力-应变能和惰性界面能等原因共同造成的;高温加热和等温保温有利于使贫锰区减弱或消失,不利于针状铁素体的形成;高熔点夹杂物有利于诱导针状铁素体的形核,复合夹杂物和镶嵌存在的夹杂物可以为针状铁素体的形核提供多个合适的形核区,有利于促进多个针状铁素体的同时形核、长大。     

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%.     

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.     

冷却速度对Ti脱氧钢中针状铁素体形成的影响

观察了不同冷速下获得的Ti脱氧钢的显微组织,并用能谱仪分析了夹杂物的化学成分.结果表明,在500～800 ℃,以8～15 ℃/s的速度冷却,钢中会有针状铁素体析出.氧化物冶金钢中的Ti-Al复合夹杂物诱导针状铁素体形核并促进感生形核,针状铁素体互相交织,从而产生细化组织的效果.     

低合金高强钢针状铁素体组织特征和形成机理

针状铁素体是一种具有大角度晶界、高位错密度的板条状中温转变组织,该组织能有效细化晶粒并具有良好的强韧性匹配.因此,通常在低合金高强度钢焊缝和粗晶区中,利用细小的夹杂物来诱导针状铁素体形成,形成有效晶粒尺寸细小的针状铁素体联锁组织或者针状铁素体和贝氏体的复合组织,使其具有良好的韧性.然而,相关研究对针状铁素体组织的形成机理和控制原理的解释并不十分清楚,对于针状铁素体的定义和理解也存在差异.总结了针状铁素体的本质、相变、形核、形态、晶体学取向关系、长大行为、细化机理和力学性能等方面的特征,归纳了奥氏体晶粒尺寸、转变温度、冷却速度、夹杂物类型和尺寸等对针状铁素体形成的影响,提出了针状铁素体组织形态和转变机理方面几个仍需深入研究的问题和方向.     

Ce/Ce-Zr夹杂物诱导高强船板钢中针状铁素体形核行为的研究

研究了FH40高强船板钢经稀土合金化处理后夹杂物诱发铁素体的变化行为,利用扫描电子显微镜（SEM）和能量衍射谱（EDS）等手段观察分析了钢中稀土夹杂物的形貌特征以及诱发形成IAF的行为机制。研究结果表明：经Ce或Ce-Zr复合处理后,稀土复合夹杂物形状得到球化,且均能诱发针状铁素体形成;单独Ce处理形成的Al-Ce-O+MnS夹杂物诱导针状铁素体行为可用贫Mn区机制和惰性基底机理解释,而Ce-Zr复合处理形成的CeZr-O+MnS夹杂物诱导针状铁素体行为只能用贫锰区机制解释。     

Ti-Al复合脱氧钢中夹杂物的析出行为及对钢的组织的影响

利用光学显微镜和扫描电镜、透射电镜对Ti-Al复合脱氧钢中夹杂物的析出行为进行了研究。结果表明：在Ti-Al复合脱氧钢熔炼试验中,通过采取钢熔化后先加碳、硅、锰、铌进行预脱氧,再加铝进行脱氧,最后再加钛进行终脱氧的脱氧合金化处理方式,钢中产生的夹杂物主要为Ti-Al复合夹杂物或Ti-Al-Mn等复合夹杂物,夹杂物尺寸为1-3μm,分布比较均匀。这些分布较均匀的细小夹杂物引起了周围钢组织的高密度位错,诱导了大量晶内针状铁素体的形成,细化了钢的组织,提高了性能。     

Ti对低合金高强度钢焊接粗晶热影响区组织及韧性的影响

对Ti微合金化高强度钢模拟粗晶区组织及韧性的研究结果表明,焊接热循环过程中,钢中弥散的TiN粒子可有效地阻止奥氏体晶粒的长大,促进针状铁素体析出,从而显著改善低合金高强度钢粗晶热影响区的韧性,t8／5（800－500℃冷却时间）越大,这种改善作用越明显。     

低合金高强度钢焊缝金属夹杂物与针状铁素体形核的研究

针对５００～６００ＭＰａ级低合金高强度钢的韧性问题，研究了针对状铁素体的形成的机理，并对夹杂物的类型，成分对针状铁素体形成的影响进行了分析，探讨，指出Ｔｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ等的复合氧化物夹杂可有效地促进针状铁素体形核，而ＭｎＯ．ＳｉＯ２夹杂和ＭｎＳ夹杂不能促进针状铁素体形核。     

Al-Ti-Mg复合脱氧对钢中夹杂物及组织的影响

通过采用Fe-50%Ti、Ni-16.7%Mg和Fe-70.74%Si等合金对工业纯铁脱氧,研究了Al-Ti-Mg复合脱氧低碳钢中夹杂物的类型和尺寸分布规律以及钢的铸态组织.实验结果表明:Ti处理比未加Ti处理试样夹杂物总量增加400mm^-2,而且夹杂物明显细化;Ti-Mg复合脱氧,钢中夹杂物的总量相对于Mg单独处理增加200 mm^-2;Ti处理后,奥氏体晶粒内出现大量针状铁素体.对比而言,Al-Ti-Mg复合处理钢中针状铁素体分布最为均匀,无块状铁素体出现.     

钢中带状组织及其研究现状

带状组织是铸坯热轧过程中形成的常见组织缺陷,严重影响钢材后续加工性能和使用性能。对常见亚共析钢带状组织的形成机制、危害、控制措施和评级方法等研究现状与认识进行系统评述。分析认为,合金元素微观偏析是形成带状组织的根本原因,合理地控制合金成分、枝晶形态和热加工工艺也是抑制带状组织的重要途径。由微观偏析导致的枝晶内和枝晶间Ar3转变温度差异越大,带状组织越易形成。奥氏体分解过程中的冷却速率和奥氏体晶粒尺寸是形成带状组织的主要影响因素。较高的冷却速率、较大的奥氏体晶粒尺寸均会抑制带状组织发生。还分别阐述一次、二次碳化物对过共析钢带状组织形成的主要作用。同时,提出促进合金元素均匀扩散、减少连铸坯凝固组织微观偏析是减轻或消除带状组织的主要途径。带状组织中可能存在长条状夹杂物,然而,钢中夹杂物的大小、形貌和分布对带状组织的影响程度至今还不清晰。精细地表征与定量评价带状组织及其危害程度是亟待开展的重要工作。此外,铸坯加热制度对消除带状组织和控制组织晶粒度的综合影响也有待深入认识。     

火花源光发射光谱法分析钢中夹杂物的研究进展

为更好了解与试样电火花烧蚀有关的实验现象,我们设计了一种新算法,并报道了其用于测定夹杂物尺寸的结果。在此算法中,用元素氧化物、硫化物和氮化物测量通道的单火花强度分析技术测定了某一特定类型夹杂物中各元素的浓度,包括铝、钙、镁、锰、钛以及硅等。对每个相关通道,计算了指定类型夹杂物有关的强度峰值对应的强度值之和与所有强度值和之间的比值。在光谱化学分析中,此比值与测试浓度相乘,所得结果为指定类型夹杂物中元素的平均浓度。结合单火花烧蚀质量与夹杂物成分的化学计量学分析,可以估算夹杂物的尺寸。通过进一步的分析可以实现夹杂物尺寸（小、中和大级别）的辨别。本方法的创新性在于,单火花源强度既不需要漂移修正也不需要校正。本算法可以直接用于计算钢中大部分常见夹杂物的平均浓度和尺寸的分析,例如氧化物、硫化物和尖晶石。测定结果显示夹杂物的平均直径在1~10 μm之间。     

V析出对针状铁素体转变的影响

本文研究N与V结合成V（C，N）析出时对奥氏体分解成针状铁素体的影响。通过2种不同N含量的C—Mn—V钢，在2种不同奥氏体化温度，即不同奥氏体晶粒尺寸下的连续冷却转变图（CCT），分析了V（C，N）在晶内析出的形核能。结果表明，奥氏体分解成针状铁素体，必须具备2个条件：首先，奥氏体内须有一定量的V（C，N）析出；第二，用先共析铁素体在奥氏体晶界形成而不形成贝氏体。第二部分研究奥氏体等温分解时，析出物对针状铁素体形成动力学的影响。     

奥氏体未再结晶区变形对铁素体晶粒尺寸影响的数值计算

以软件Thermo-Calc所得到的热力学参数为基础，并考虑变形存储能的影响，编制了一个奥氏体连续冷却却相变分析程序，它可用于预制奥氏体非体结晶区变形和以不同冷却速度冷却时的转变过程中及最终组织，利用这一程序的计算结果与实验数据比较吻合。     

超纯铁素体不锈钢夹杂物控制的研究进展

论述了超纯铁素体不锈钢夹杂物控制的热力学,着重于脱氧、TiN析出、尖晶石夹杂物形成及钙处理的热力学研究。介绍了VOD炉内夹杂物行为的数学模拟研究,分析了超纯铁素体不锈钢中夹杂物引起的产品缺陷、夹杂物形成规律及特征,指出TiN或Ti(CN)容易在MgO、Al2O3-MgO、Ti2O3基体上析出,形成包裹型复合夹杂物。最后提出了今后开展超纯铁素体不锈钢夹杂物研究的几点建议。