La-Ce稀土对Q345D钢夹杂物和冲击性能的影响

通过现场试验,分析了La-Ce稀土处理对Q345D结构钢夹杂物、连铸可浇性和钢种性能的影响。结果表明,RE在Q345D结构钢中的合金收得率为21.5%;与未添加RE的炉次相比,脱硫率提高了37.5%,单位夹杂物密度从80.16个/mm^(2),降低至60.78个/mm^(2);La-Ce稀土处理前钢液中夹杂物主要是MgO-Al_(2)O_(3)-CaO复合夹杂,La-Ce稀土处理对小尺寸(D≤5μm)夹杂物的改性作用较为明显,小尺寸夹杂物改性为(La-Ce-S)和(La-Ce-Al-S-O)稀土类夹杂物;La-Ce稀土处理可以明显降低钢中MnS类夹杂物的纵横比,使MnS类夹杂物在轧制后的形貌更接近椭圆形,而没有长线形,这是Q345D结构钢横向冲击功提高20%的主要原因。

多夹杂物对重载铁路钢轨疲劳寿命的影响

非金属夹杂物容易引起钢轨疲劳损伤,为了探究非金属夹杂物特征参数对重载钢轨疲劳性能的影响规律,文中采用ABAQUS有限元软件建立重载钢轨分析模型,对外载荷作用下含夹杂物钢轨的应力状态进行仿真计算,通过FE-SAFE疲劳仿真软件对含多夹杂物钢轨进行疲劳寿命预测。结果表明:相比于软质塑性MnS夹杂物,硬质脆性Al2O3夹杂物对钢轨最大应力的影响更大;夹杂物位于钢轨的高应力区时,在外部载荷作用下,曲线段钢轨的最大应力大于直线段钢轨的最大应力;相邻夹杂物相距临界距离时,多夹杂物水平分布时比其垂向分布时对钢轨应力的影响更大,且随着相邻夹杂物距离变小,钢轨基体的最大应力变小;相邻多夹杂物会使钢轨疲劳寿命骤减,含4个相邻夹杂物的钢轨比含2个夹杂物钢轨的疲劳寿命短。

硫化锰复合夹杂物对车轮钢疲劳性能的改善

开展了含Al_(2)O_(3)夹杂和MnS包裹Al_(2)O_(3)夹杂形成的MnS复合夹杂车轮钢疲劳性能的对比试验,研究了两种夹杂物对车轮钢疲劳性能的影响。此后,基于数值计算从材料内部相变残余拉应力和外力应力集中两个角度阐述了夹杂物对疲劳的影响机理。研究发现,MnS复合夹杂物降低了夹杂物与基体间的相变残余拉应力和外力应力集中,提高了夹杂物与基体间的变形协调能力,从而提高了疲劳裂纹萌生寿命。减小夹杂物尺寸会缓解其外力应力集中,相比于MnS复合夹杂,Al_(2)O_(3)夹杂物的直径变化更显著地影响其周围径向应力的分布。在夹杂物尺寸相近的情况下,含MnS复合夹杂物试样的疲劳寿命高于含Al_(2)O_(3)夹杂试样。

20号钢环焊缝中夹杂物对氢扩散行为影响

氢气大规模输送是实现中国“双碳”战略目标的重要环节,但将氢气掺入现有天然气管网可能引发管道氢脆,焊缝处存在严重的应力集中,更易导致氢富集进而可能导致管道失效。采用ABAQUS软件建立含夹杂的20号钢环焊缝二维模型,利用热力耦合方法分析焊接温度场及残余应力场;在考虑接头组织不均匀性和焊缝处存在残余应力的基础上进行氢扩散仿真模拟,分析夹杂分布、取向和形状对焊缝中氢扩散特性的影响规律。结果表明:当夹杂平行于氢扩散方向时,夹杂边界周围应力集中的区域易产生氢偏聚;填充层中夹杂-焊缝金属界面局部氢浓度最高,约为根焊层的2.45倍;当夹杂垂直于氢扩散方向时,残余压应力不利于堆叠夹杂的氢捕获;与平行于氢扩散方向夹杂相比,填充层夹杂内最高氢浓度降幅达到了48%;当填充层存在球状夹杂时,氢并没有在夹杂-焊缝金属界面聚集,而是扩散到了接头附近的母材区域,增大了管材失效风险。

GB/T 10561—2023在焊管用钢夹杂物分析中的使用探讨

针对GB/T 10561—2023标准,从焊管用钢中非金属夹杂物的取样方法和取样数量、试样观察和级别评定、结果表示与试验报告出具等方面进行了介绍,特别对该标准中球状颗粒的最大直径新增定义、串(条)状夹杂物横向中心间距的增大调整、评级图级别最大值增大调整、细系和粗系结果表示方法变化、复合夹杂物和析出相的评定增加实例等方面的修订变化进行了说明,并对制管企业的标准执行提出了建议,以便于更好地运用新版标准内容以及进行夹杂物含量测定的实际操作。

脱氧工艺对车轮钢洁净度与大型夹杂物形成的影响

通过炼钢工业试验,研究了高硅系列车轮钢采用不同的脱氧工艺对钢的洁净度与大型夹杂物产生的影响,得出如下结论:冶炼全程限制铝脱氧、采用碱度1.8~3.0精炼渣系、钢的成品Al控制在0.006%~0.010%的脱氧造渣工艺方案1,精炼炉渣氧化性较高,钢中氧含量较高,钢中内生夹杂物为CaO⁃SiO_(2)⁃Al_(2)O_(3)⁃MgO类复合物,易因浸入式水口上夹杂物的大量聚集而产生大型夹杂物。冶炼全程使用铝脱氧、采用碱度3.5~3.0精炼渣系、钢的成品Al控制在0.013%~0.018%的工艺方案2,精炼炉渣氧化性较低,钢中氧含量较低,钢中内生夹杂物为CaO⁃Al_(2)O_(3)⁃MgO复合物,浸入式水口上夹杂物聚集而产生大型夹杂物的风险较低。

409L不锈钢连铸坯表层夹杂物试验研究

为研究409L不锈钢连铸坯表层夹杂物形貌、分布及类别,取样后逐次研磨1 mm后进行夹杂物检测,并将检测结果进行对比分析。发现夹杂物分布呈随机性分布特征、尺寸主要集中在2~5μm,在空间分布上呈现随着深度的增加夹杂物数量呈现递减、中间位置夹杂物数量较两端少、内弧侧数量略高于外弧侧的特征,连铸坯表层夹杂物主要为12CaO-7Al_(2)O_(3)及一定比例的氧化物及少量其他类别夹杂物。

轨道交通用钢中Ds夹杂物特征及控制

为有效控制轨道交通用钢中夹杂物危害,借助扫描电镜和能谱分析对钢中DS夹杂物特征进行了分析。Ds夹杂物形状呈现典型球形,夹杂物成分主要为钙铝酸盐,尺寸在206μm左右,且周围包裹一层CaS夹杂物。通过对生产过程关键技术指标的分析,认为形成该类DS夹杂物主要原因为钙处理过程夹杂物上浮去除时间不足以及RH过程中Alt收得率低。通过优化改进钙处理工艺及RH运行工艺和洗槽工艺,取得明显效果,实现了钢中Ds夹杂物有效控制。

稀土镧对Q450NQR1铁路车厢用钢中夹杂物生成的影响

文章通过采用感应炉试验和热力学计算研究钢中镧元素含量对钢中夹杂物的影响,得出在Q450NQR1铁路车厢用钢的钢液热力学条件下,首先形成的是稀土硫氧化物,然后是稀土镧的铝酸盐、氧化物、碳化物、硫化物,最后是反应趋势较小的镧-硅和镧-铝金属间化合物以及稀土氢化物。通过Ohnaka偏析模型的计算得出,LaAs和LaP夹杂物可以在凝固过程中产生。

铝脱氧钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与Al_(2)O_(3)-C质水口耐材的粘附机理研究

铝脱氧钢连铸过程中的水口堵塞一直是困扰生产的难题,弄清水口堵塞的形成机理对解决该问题非常重要。研究首先在实验室制备了含有单一、量多的Al_(2)O_(3)夹杂物的钢液,然后与Al_(2)O_(3)-C质耐材棒反应不同时间,研究了钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与耐材棒的粘附行为,在此基础上探讨了铝脱氧钢连铸过程水口堵塞的形成机理。研究发现,耐材棒与钢液反应一段时间后,在耐材棒表面由内向外逐渐形成两层Al_(2)O_(3),第1层致密平滑,厚度较薄;第2层松散粗糙,厚度较厚。水口堵塞的形成机理为,耐材插入钢液一段时间内,因温度升高,耐材表面区域的SiO_(2)、Al_(2)O_(3)与C反应生成的SiO、Al_(2)O气体向钢液扩散,在耐材表面分别与钢液中的[Al]、耐材中的SiO_(2)反应生成Al_(2)O_(3);耐材棒表面的SiO_(2)也会与钢液中的[Al]反应生成Al_(2)O_(3);三者共同作用形成第1层致密的Al_(2)O_(3)。第1层Al_(2)O_(3)层形成后,钢液中的Al_(2)O_(3)夹杂物易于在其上面附着,形成第2层松散的Al_(2)O_(3)。随着时间的延长,Al_(2)O_(3)层变厚,水口堵塞逐渐形成。第1层Al_(2)O_(3)形成机理以化学反应为主,增长缓慢;第2层以钢中夹杂物粘附为主,增长较快。

W300无取向硅钢中大型夹杂物的影响及控制基础研究

结合扫描电镜、能谱仪和大样电解法解析了W300无取向硅钢中大型夹杂物分布、来源及影响,探讨了基于大型夹杂物控制的冶炼过程碳氧控制范围、最优顶渣成分和成渣路线。研究表明:无取向硅钢中大型夹杂物将引起成品孔洞、线状和表面起皮(翘皮)缺陷。静置时间由16 min提高至25 min,大型夹杂物总量由2.18 mg/10kg降至2.03 mg/10kg,主要类型仍为Al2O3、CaO-Al2O3-(SiO2)、Al2O3-SiO2-MnO和MgO-Al2O3。为实现RH精炼脱碳结束氧位满足150~300ppm要求,转炉出钢碳氧含量应控制在0.04~0.06%和500~650ppm。RH精炼终点最优顶渣成分为:w(CaO)=50~60%,w(SiO2)=0~15%,w(CaO)/w(Al2O3)=1.0~1.5。基于高铝无取向硅钢特点,中间包覆盖剂应选取低二氧化硅体系,连铸过程应考虑更换保护渣操作。

高建钢Q420GJZ35大型夹杂物行为

对河钢集团唐山中厚板材有限公司生产的高建钢Q420GJZ35大型夹杂物的种类、数量、尺寸等进行了试验研究,并在钢包渣、中间包覆盖剂、中间包打结料中分别加入Ba、La、Ce示踪元素追踪夹杂物来源。研究结果显示:稳态坯中大型夹杂物总体含量为16.8 mg/10kg;非稳态铸坯中含量最高36.2 mg/10 kg,根据示踪检测结果,部分夹杂黏附有钢包渣、结晶器保护渣和保护渣,其中结晶器卷渣是夹杂物的一个重要来源。通过优化改进浸入式水口,将水口由单侧口改为双侧口,侧孔长度由105 mm改为100 mm,水口出口为带圆角的方孔,并进行数值模拟分析。结果显示,改进型水口计算结晶器流场分布合理,表面波动较小,符合设计要求,有利于表面钢液的合金化和杂质的上浮。

GB/T 10561—2023钢中非金属夹杂物标准简析

介绍了新旧版GB/T 10561《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》标准的主要变化以及与ISO 4967:2013等标准的主要差异,对比发现,新版GB/T 10561—2023借鉴了ASTM E45-18a(2023)《钢中夹杂物含量测定的标准试验方法》的一些好的做法。此次修订对于复合夹杂物、析出相、夹杂物级别等方面有了更加清晰的说明外,还将旧版标准资料性附录中的制取样等移入标准正文。此外增加了3.5~5.0级夹杂物的总长度数值,但未给出该级别范围的评级图,还修改了结果表示等内容,在使用时应予以注意。

H13模具钢电渣锭中夹杂物的类型以及分布规律分析

使用2t电渣重熔炉进行H13模具钢的制备。结合热力学计算、实验观察与统计分析,系统地研究了熔速为0.12kg/s条件下H13模具钢在电渣锭中的夹杂物类型、尺寸、形貌以及分布规律。结果表明,H13模具钢中主要的夹杂物类型为MgO·Al_(2)O_(3)和球形的CaO·MgO·Al_(2)O_(3)。在电渣重熔过程中,MgO·Al_(2)O_(3)夹杂物会演变为MgO·Al_(2)O_(3)+CaO·Al_(2)O_(3)混合类型夹杂物或者CaO·MgO·Al_(2)O_(3)类夹杂物。同时,会有少量的S以各类夹杂物为形核质点进行析出,析出的成分主要为CaS,生成CaS包裹的CaO·MgO·Al_(2)O_(3)类夹杂物。在电渣锭中夹杂物尺寸主要以<5μm为主,5~<10μm的夹杂物较少,≥10μm的夹杂物仅有少量存在。这与电极中夹杂物的分布类似,但总体的夹杂物数量有所减少。径向分布呈现先增加再减少的趋势,在二分之一半径附近出现夹杂物的富集。

无取向硅钢中微细夹杂物控制研究进展

随着家电行业变频技术的实施和推广、新能源汽车产业的兴起和电机节能及高效化发展,市场对无取向硅钢的需求持续大幅上升,但同时对无取向硅钢低铁损、高磁感的磁性能要求愈加苛刻。研究表明,钢中小于1μm的微细夹杂物(如MnS、AlN、Al_(2)O_(3)、Cu_(2)S)对其磁性能的劣化最为严重,因此,如何控制无取向硅钢中微细夹杂物的类型、总量、尺寸分布等备受关注。本文归纳总结了研究者对影响磁性能的微细夹杂物尺寸分布界定,从控制机理上分析了钙、稀土变质夹杂物的根本原理,综述了国内外相关生产企业、科研院所微细夹杂物控制工艺技术进展,并在此基础上,结合笔者所在团队科研成果指出了当前无取向硅钢微细夹杂物控制存在的不足以及未来发展趋势,并提出了稀土变质微细夹杂物未解决的关键科学问题。

50W800无取向硅钢中Al_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)-MnS夹杂物的腐蚀行为研究

采用无取向硅钢退火样进行原位腐蚀实验,对试样表面腐蚀形貌进行OM表征、SEM表征、EDS分析、拉曼光谱表征。结果表明,无取向硅钢的腐蚀源自夹杂物的局部腐蚀,其中包含金属氧化物夹杂Al_(2)O_(3)、金属氧硫化物夹杂Al_(2)O_(3)-MnS。无取向硅钢初期腐蚀时圆形锈斑内腐蚀产物主要为γ-FeOOH和α-Fe_(2)O_(3),且γ-FeOOH含量高于α-Fe_(2)O_(3)。随着腐蚀产物的颜色加深,α-Fe_(2)O_(3)含量逐渐增多。

La处理对H13热作模具钢中夹杂物的影响

采用真空感应炉熔炼H13模具钢,在氩气保护下加入稀土镧处理钢液并浇铸成钢锭,研究了La处理对H13钢中夹杂物转变的影响。结果表明,La对H13钢中夹杂物具有很好的改性效果,随La含量的提高,夹杂物的数量呈上升趋势,夹杂物的平均尺寸先减小后增大。不添加稀土时,H13钢中夹杂物主要为Al_(2)O_(3)和MnS;当H13钢中w[La]为0.016%时,钢中夹杂物以La_(2)O_(2)S为主;当w[La]为0.045%和0.073%时,钢中夹杂物主要为LaP和La_(2)O_(2)S。热力学计算表明,在1600℃下钢液中,La处理后夹杂物的转变过程为Al_(2)O_(3)→LaAlO_(3)→La_(2)O_(2)S。在凝固过程中,钢液中首先析出La_(2)S_(3),当温度继续降低,LaP开始在La_(2)S_(3)和La_(2)O_(2)S表面析出,最终形成复合夹杂物La_(2)O_(2)S-LaP和La_(2)S_(3)-LaP。

稀土Ce对高强工程机械用钢夹杂物和高温塑性的影响

通过向高强工程机械用钢中加入稀土合金,研究了Ce对夹杂物和高温塑性的影响。通过扫描电镜、能谱分析、夹杂物自动分析系统和热力学计算对夹杂物的类型、数量和尺寸进行分析。利用Gleeble1500热模拟机测定了实验钢的高温塑性,并使用光学金相显微镜和扫描电镜观察断口形貌及组织。结果表明,加入Ce后,钢中夹杂物由不规则的Al_(2)O_(3)、MnS和Al_(2)O_(3)+MnS复合夹杂物转变为球状或椭球状的Ce_(2)O_(2)S和CeS,数量增多,尺寸减小了37.64%。650~1050℃范围内含Ce钢的断面收缩率均高于无Ce钢,具有更好的高温塑性。这是由于Ce处理生成的小球状稀土夹杂物减轻了应力集中,与基体能够协调变形,同时它们能够诱导晶内铁素体形核,最终高温塑性得到改善。

Ce对于20MnTiB冷镦钢夹杂物和力学性能的影响

工业化试验生产不同稀土(Ce)含量20MnTiB冷镦钢,采用维氏硬度计、拉伸试验机、冲击试验机、光学显微镜(OM)及扫描电镜(SEM)等手段,研究添加Ce后,钢中夹杂物变质情况以及热轧盘条显微组织和力学性能的变化,并分析Ce的作用机理.结果表明,添加0.0025%Ce后,钢液中S含量下降,洁净度显著提高;盘条中夹杂物由大尺寸、长条状的Al_(2)O_(3)·MgO·CaO·CaS复合夹杂物变质为小尺寸、类球状的CeAlO_(3)·MgO·CaO·CaS复合夹杂物;同时长条状MnS夹杂物消失;热力学计算表明钢中最易生成的稀土夹杂物为CeAlO_(3).添加Ce后,盘条显微组织细化,铁素体比例有所提升,粒状贝氏体组织减轻,其尺寸也进一步减小.盘条的硬度、屈服强度和抗拉强度有所降低;室温冲击韧性显著增加,由31.7 J增加至52.3 J,提升65.0%.稀土微合金化盘条硬度、强度的降低以及冲击性能的显著增加有益于其冷镦性能提高.研究结果可为进一步开发新型稀土微合金化冷镦钢提供技术和理论支撑.

结晶器电磁搅拌对475 mm特厚板坯表层大颗粒夹杂物控制研究

特厚板坯已成为基础建设所依赖的重要钢铁材料,广泛应用于军用和民用领域。铸坯表层大颗粒夹杂物是影响铸坯质量的关键因素之一。在475 mm特厚板坯连铸生产过程中,为探究结晶器电磁搅拌(M-EMS)对铸坯表层夹杂物的影响,进行有M-EMS和无M-EMS的对比试验。采用无水电解法提取试样中的大颗粒夹杂物,计算其数量密度和质量密度。结果表明,与无M-EMS时相比,有M-EMS时铸坯表层各尺寸夹杂物质量密度和数量密度均明显减小,其中,尺寸大于150μm的大颗粒夹杂物减少幅度最大,质量密度由3.817 mg/kg减小至1.511 mg/kg,表明M-EMS能有效控制特厚板坯表层大颗粒夹杂物。对夹杂物进行成分分析,结果表明,夹杂物的来源可能是生产过程中产生的脱氧产物(Al_(2)O_(3)-SiO_(2)或单一的Al_(2)O_(3))、浇注过程中卷入的保护渣(含有Na_(2)O)以及由于钢水冲刷落入钢液中的耐火材料。