电渣重熔9CrMoCoB钢过程电极表面氧化行为及脱氧制度

非保护气氛电渣重熔9CrMoCoB钢过程中,电极表面氧化生成的氧化铁皮进入渣池,导致渣池氧势升高,造成金属熔池中易氧化元素发生严重烧损。为降低渣池氧势以提高易氧化元素收得率,冶炼过程中需向钢中加入适量脱氧剂。首先利用热重分析仪研究了不同温度下9CrMoCoB钢高温氧化行为,建立相应氧化动力学;其次对试样氧化皮进行XRD和SEM-EDS分析;最后基于上述实验和非保护气氛电渣重熔过程中电极表面温度分布,提出较优脱氧制度。结果表明,低温(500~700℃)9CrMoCoB钢氧化增重量可忽略;中温(900~1000℃)氧化增重由快速氧化期的直线规律阶段和扩散控制的抛物线规律阶段两段组成;高温(1100~1200℃)氧化增重呈抛物线规律。不同温度下,9CrMoCoB钢高温氧化速率k=exp(44.1317-40163.707/46^(h+0.33)+723.15);氧化皮呈复层结构,外层为铁的氧化物和内层为铁铬复合氧化物相;冶炼过程中,9CrMoCoB电极(直径75 mm)每5 min带入渣池FeO为9.02 g,为完全还原带入的FeO,加入纯Si为1.75 g,可避免易氧化元素烧损,可得到化学成分合格的电渣锭。

超超临界汽轮机转子FB2钢电渣重熔熔渣析晶行为研究

采用了热力学软件Factsage计算、熔渣差热分析(DSC)及高温水淬渣XRD、SEM-EDS分析相结合的方法,对超超临界汽轮机转子FB2钢电渣重熔用熔渣的析晶动力学及析晶行为进行了研究,预测了电渣重熔过程中渣皮成分,为后续超百吨级电渣锭电渣重熔过程中修正渣皮形成对熔渣成分影响,实现全重熔周期稳定化冶炼技术攻关奠定了基础。研究结果表明:在10℃min的冷却速率下,熔渣至少有3种晶相析出;CaF_(2)作为初晶相,在熔渣中质量占比最大,而Ca_(12) Al_(14) F_(2)O_(32)、MgO则作为针状、孤岛状分布在CaF_(2)基体中;Ca_(3)B_(2)O_(6)析晶温度偏低(1000℃附近),此时熔渣处于半凝固状态,组元迁移速率较低,Ca_(3)B_(2)O_(6)晶相在渣中完全弥散分布,且尺寸较小;CaF_(2)析晶机制为三维生长机制,在冷却过程中均匀形核,并随温度降低快速长大,占据熔渣大部分空间体积;渣皮理论上晶相中大部分是CaF_(2),CaF_(2)基体中嵌杂少量Al_(2)O_(3)、MgO。

B质量分数对620℃时效中FB2钢组织和力学性能的影响

通过扫描电镜、拉伸性能测试和硬度测试等对620℃长期时效中不同B质量分数的FB2钢进行组织观察和力学性能分析。研究结果表明:在FB2钢620℃长期时效中,M_(23)C_(6)相的平均尺寸随时效时间的延长逐渐增大,其平均尺寸随B质量分数的增加而逐渐减小;Laves相在时效1000 h后析出,并且随着时效时间的延长不断长大粗化,其平均尺寸随B质量分数的增加而逐渐减小;BN夹杂物的析出量随B质量分数的增加而逐渐增大。FB2钢的拉伸性能随着时效时间的延长而逐渐减弱,随B质量分数的增加先增强后减弱,并且在B质量分数为0.010%时拉伸性能达到最强。FB2钢的硬度随着时效时间的延长而逐渐减小,随B质量分数的增加先增大后减小,并且在B质量分数为0.010%时硬度达到最大。当B质量分数由0增加到0.010%时,拉伸性能和硬度的增大是M_(23)C_(6)相和Laves相的平均尺寸的减小所引起的;当B质量分数由0.010%增加到0.030%时,拉伸性能和硬度的减小是BN夹杂物析出量的增加所导致的。为充分发挥钢中B、N的强化作用,同时提高FB2钢的高温性能及稳定性,钢中较优的B质量分数控制在0.010%左右。

临界区高温侧正火对COST-FB2钢组织与性能的影响

采用扫描电镜、光学显微镜、力学性能测试等手段研究了临界区高温侧正火工艺对COST-FB2钢的显微组织与力学性能的影响.结果表明:临界区高温侧正火促进了COST-FB2钢中的球状奥氏体增加,同时抑制了针状奥氏体的发展,三次临界区高温侧正火能达到消除组织遗传的目的;最终热处理后的显微组织表明,临界区高温侧正火处理能够优化COST-FB2钢中的析出相,使M_(23)C_(6)析出相呈细小状弥散分布;临界区高温侧正火处理明显提高了COST-FB2钢的强度和韧性,其中三次临界区高温侧正火后钢的抗拉强度和屈服强度都提高了12%左右,但随着临界区高温侧正火次数的增加,组织中开始出现粗化的M_(23)C_(6)相,使钢的冲击韧性稍有下降.

超超临界火电站用COST-FB2转子钢控氮工艺研究

利用30 kg真空感应炉进行不同氮分压和渗氮时间条件下的气相渗氮实验和热力学计算,研究COST-FB2钢的气相渗氮工艺.使用ARL4460直读光谱仪、TC-500气体分析仪、HIR-944B红外分析仪等对冶炼铸锭中部成分进行分析.结果表明:渗氮压力≤20 kPa时,计算值和实验值吻合较好;气相渗氮是一级反应,渗氮时间为15 min时,钢中氮含量达到平衡值;氮分压为1.5~6 kPa时,COST-FB2钢中氮的质量分数可控制在0.015%~0.03%;为了避免浇铸过程中铸锭内部形成气孔缺陷,宜采用加压浇铸,压力至少为20 kPa;为避免钢中大颗粒BN的形成,钢中氮的质量分数应控制在0.015%~0.02%,冶炼时,氮分压应控制为1.5~3 kPa.

B2O3对电渣重熔冶炼COST-FB2钢用CaF2基熔渣挥发性能的影响

使用高温同步热分析仪,以10 K/min的升温速率对55%CaF2-20%CaO-3%MgO-22%Al2O3-x%B2O3(质量分数,x≤3.0)的失重率进行测定.根据测定结果确定挥发反应机理函数G(α)和动力学参数,并分析挥发反应机理.结果表明:随B2O3加入量增加,熔渣挥发失重量降低;温度≥1 673 K时,熔渣挥发机理函数为G(α)=α,符合Mampel power law (n=1),熔渣挥发受挥发组元的形核长大控制;加入质量分数0.5%B2O3使熔渣挥发活化能从458.69 kJ·mol^-1降低至431.54 kJ·mol^-1,但B2O3加入量≥1.0%,活化能变化不明显;B2O3加入可抑制熔渣吸潮,为降低熔渣烘烤成本,熔渣中B2O3加入量应≥1.0%;提高炉内CaF2分压,可大幅降低熔渣的挥发失重及熔渣挥发对冶炼铸锭质量的影响.

高温时效对低活化钢微观组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和力学性能测试等研究了经中间热处理的含钇和钛的低活化钢在550℃时效500、1250、2500、4000和5000 h后的组织和性能变化规律,并分析了微观组织变化对力学性能的影响。结果表明:时效过程中实验钢的组织保持为稳定的马氏体,晶粒发生粗化,M_(23)C_(6)和MX相的长大速率、屈服强度、抗拉强度和冲击性能逐渐降低并趋于稳定。时效时间增加至4000 h后,Laves相的粗化速度有所降低。当时效时间达到5000 h时,实验钢的晶粒尺寸为9.1μm,M_(23)C_(6)的长大速率为0.0072 nm/h,MX的长大速率为0.0004 nm/h,实验钢的室温屈服强度和抗拉强度分别为632和755 MPa,室温冲击吸收能量为307 J,韧脆转变温度为-64℃,实验钢在650℃时屈服强度和抗拉强度分别为313和337 MPa。晶粒粗化是实验钢冲击韧性降低的主要原因。

中间热处理对低活化钢组织及力学性能的影响

以“真空感应+电渣重熔”制备的含钇和钛低活化马氏体钢为研究对象,探索研究了N2-T(1050℃保温后炉冷+980℃保温后空冷+755℃回火)和N-N-T(1050℃正火+980℃正火+755℃回火)两种中间热处理工艺对材料微观组织和力学性能的影响。利用金相显微镜对热处理钢组织进行了观察;利用透射电镜对钢中析出相进行分析统计;最后对试验钢硬度、拉伸和冲击性能进行了测试。结果表明,经热处理钢组织仍为马氏体,N-T(1050℃正火+755℃回火)、N2-T和N-N-T试验钢硬度分别为285HV、275HV和312HV,晶粒尺寸分别为8.8、11.7和8.0μm。N-N-T可以有效细化晶粒。中间等温热处理后,钢中MX相优先析出,消耗了过饱和马氏体中的碳,利于M_(23)C_(6)相尺寸和体积分数的降低,N2-T钢中M_(23)C_(6)尺寸由N-T钢的128 nm降低至80 nm,N-N-T钢降低至84 nm;N2-T钢中M_(23)C_(6)体积分数由N-T钢的0.0110%降低至0.0085%,N-N-T钢降低至0.0090%。N2-N由于随炉冷增加了保温时间,晶粒和MX相粗化,恶化了钢的性能。较小的晶粒尺寸和细小的M_(23)C_(6)和MX相是N-N-T试验钢获得优良力学性能的主要原因,其室温屈服强度为662 MPa,抗拉强度为787 MPa,伸长率为26.1%,DBTT为-91℃,室温冲击功为346 J。

圆坯凝固末端电磁搅拌电磁场的数值模拟

以某厂圆坯凝固末端电磁搅拌器为研究对象,建立了圆坯凝固末端电磁搅拌的三维数学模型。利用有限元软件ANSYS对电磁场的分布规律进行了数值模拟,研究了不同工艺参数对磁感应强度和电磁力分布规律的影响。研究结果表明:当电流频率为8 Hz,电流强度从100 A增加到400 A时,搅拌器中心处的磁感应强度从19.5 m T提高到77.9 m T,中心横截面上切向电磁力的最大值从115 N/m^3提高到1 837 N/m^3。当电流强度为300 A,电流频率从4 Hz增加到12 Hz时,搅拌器中心处的磁感应强度从60.3 m T下降到55.6 m T,中心横截面上切向电磁力的最大值从550.2 N/m3提高到1 501.8 N/m^3。

硼元素对FB2钢组织和力学性能的影响

为了研究硼含量对FB2钢组织和力学性能的影响,先对5组不同硼含量的FB2钢用维乐试剂(1 g苦味酸+5 mL盐酸+100 mL无水乙醇)浸泡腐蚀90 s后进行形貌观察与分析。通过SEM-EDS观察分析基体中M_(23)C_(6)型碳化物,然后用Image-pro plus软件对析出相的尺寸进行分析。接着采用日本岛津制造所生产的AG-XPLUS 100 kN万能试验机,对5组不同硼含量的FB2钢进行室温拉伸试验和室温冲击试验。最后对5组不同硼含量的FB2钢进行组织和力学性能的分析。结果表明,FB2钢中的硼元素可以抑制M_(23)C_(6)型碳化物的长大粗化,但是硼元素易于与氮元素形成BN夹杂物。随着硼含量的增加,M_(23)C_(6)型碳化物的平均尺寸呈现降低的趋势,BN夹杂物的单位数量和平均尺寸呈现增大的趋势。FB2钢的室温拉伸性能随着硼含量的增加先升高后降低,并且在硼质量分数为0.010%时FB2钢的室温拉伸性能达到最强。当硼质量分数由0增加到0.010%时,FB2钢的室温拉伸性能升高,这是由于硼元素的加入抑制了M_(23)C_(6)型碳化物的粗化,从而提升了FB2的强度;当硼质量分数由0.010%增加到0.030%时,FB2钢的室温拉伸性能降低是由于硼元素与氮元素结合形成了BN夹杂物,引起应力集中,且大尺寸的BN夹杂物诱发了孔洞的形成,降低了FB2钢的性能。FB2钢的冲击功随着硼含量的增加呈现降低的趋势,且当硼质量分数为0.020%和0.030%时,冲击功出现了骤降,这是由BN夹杂物的单位数量、平均尺的上升和大尺寸BN及杂物的析出导致的。