Fe-Mn-Al-C低密度钢中AlN夹杂物的聚集与吞噬行为

Fe-Mn-Al-C低密度钢中聚集长大的AlN夹杂物对钢质量有严重影响。通过高温共聚焦激光扫描显微镜结合场发射扫描电子显微镜对Fe-Mn-Al-C低密度钢液态及凝固过程中AlN夹杂物演变行为进行原位观察。发现AlN夹杂物在液态钢中发生聚集现象,形成尺寸较大的多颗粒聚集型AlN夹杂物;在随后的降温凝固过程中聚集型AlN夹杂向液-固界面靠近并被液-固界面前沿推动;随着液相量的减少,聚集型AlN夹杂物最终被固相吞噬。为了明晰聚集机理,由于观察的大部分单颗粒AlN半径为1~10μm,通过受力分析计算了钢液中半径为1~10μm的AlN夹杂物的黏性阻力和夹杂物之间的腔桥力大小。发现腔桥力远大于黏性阻力,腔桥力是导致AlN夹杂物聚集的主要作用力。基于腔桥力理论进一步分析了腔桥形成的总自由能变化,以2个半径均为8μm的单颗粒AlN夹杂物为例,计算了腔桥形成的总自由能变化,发现2个AlN夹杂物之间形成稳定腔桥的临界距离dc为1.5μm;当2个AlN夹杂物之间的距离d大于dc时,AlN夹杂聚集过程的总自由能变化大于0,不会形成稳定腔桥;当d小于dc时,聚集过程的总自由能变化小于0,AlN夹杂物之间可以形成稳定的腔桥从而发生聚集。试验观察和液-固界面处夹杂物受力平衡计算发现,范德瓦尔斯力对凝固过程中的AlN夹杂物运动起到关键的作用。AlN夹杂物先被液-固界面前沿推动,随着温度降低和液相量减少,AlN夹杂物最终被固相捕捉并吞噬。

Nitronic 50不锈钢低温冲击韧性大幅降低原因分析

针对低温风洞运动机构用Nitronic 50奥氏体不锈钢在复检中出现低温冲击吸收能量显著偏低的现象,对该批次不锈钢和参考样品分别取样,进行了化学成分、金相、扫描电镜以及能谱等分析。结果表明:该批次Nitronic 50不锈钢中存在大量短棒状的Al N脆性夹杂物,是导致其低温冲击韧性大幅度降低的主要原因;材料晶粒尺寸偏大且存在混晶现象也降低了其冲击韧性。

铰链梁铰耳断裂原因分析

铰链梁在使用过程中铰耳发生断裂,采用宏观分析、化学成分分析、力学性能测试、金相检验、断口扫描电镜分析等方法,对铰耳断裂原因进行了分析。结果表明:铰链梁中的残余铝含量和氮含量较高,夏季铸造时冷速过慢,使得一次奥氏体晶界析出AlN夹杂物造成晶界脆化,同时晶界上大量的铸态MnS以及Al_2O_3类夹杂物也加剧了晶界的脆化,导致铰链梁铰耳在使用过程中发生沿晶脆性断裂。

脱氧方式对高铝钢中非金属夹杂物的影响

为了研究不同脱氧方式对高铝钢中非金属夹杂物的影响,采用高温试验和热力学计算相结合的方法,对比分析了先SiMn后Al和先Al后SiMn两种脱氧方式下高铝钢中夹杂物形貌、类型、数量和尺寸特征。结果显示:先加入SiMn后,生成大量液态球形的Mn-Si-Al-O系复合夹杂物,再加入Al后夹杂物演变为Al_(2)O_(3),且夹杂物数量明显减少;采用先Al后SiMn脱氧方式时,高铝钢中夹杂物始终以Al_(2)O_(3)为主,夹杂物最终数量相对较低。2种脱氧方式钢中夹杂物平均等效圆直径和尺寸分布相差不大。此外,采用先SiMn后Al进行脱氧时,发现尺寸较小的AlN颗粒附着在Al_(2)O_(3)夹杂物表面形成Al_(2)O_(3)-AlN复合夹杂物。而采用先Al后SiMn脱氧方式时,高铝钢中发现单一AlN夹杂物和Al_(2)O_(3)-AlN复合夹杂物,AlN夹杂物的形成与钢水中的氧势和合金原料有关。

AlN对高铝钢用CaO-SiO_(2)基保护渣性能的影响

铝以合金元素加入到钢中,可细化晶粒、抑制低碳钢的时效现象,实现钢的耐腐蚀性、耐热性等性能的良好结合,同时又可满足新一代汽车钢对汽车安全性以及轻量化的需求。然而,当钢液中w([Al])过高时,钢液凝固前生成的AlN在结晶器内不断上浮至钢渣界面与保护渣作用,导致保护渣成分的改变和性能的恶化,进而影响连铸的顺行和铸坯表面质量。采用FactSage7.2热力学软件对高铝钢水中AlN的生成热力学进行了计算,利用半球点熔化温度测试仪、旋转黏度计测试分析了向传统CaO-SiO_(2)基保护渣中添加质量分数为2%、4%、6%、8%的AlN后保护渣黏度、熔化温度和转折温度的变化情况,并对添加AlN后的渣样进行了XRD物相检测。研究结果表明,随着钢中w([Al])和w([N])的增加,AlN的生成温度提高,生成总量增加。当AlN添加的质量分数从0增加到8%时,保护渣黏度和熔化温度均呈升高趋势,每添加质量分数为1%的AlN,黏度增大约0.032 Pa·s,熔化温度升高约13.5℃。当AlN添加质量分数为2%时,保护渣转折温度从1002℃下降到980℃;当AlN添加质量分数大于2%后,转折温度逐渐升高至8%AlN时的1117℃。随着AlN添加量的增加,在冷凝过程中传统CaO-SiO_(2)保护渣中枪晶石析出量逐渐减少,当AlN添加质量分数为8%时,渣样中物相以CaF;为主。