Mg处理对厚板中第二相粒子、HAZ组织及韧性的影响

综述了Mg对钢中第二相粒子、HAZ组织及韧性的影响,同时讨论了w(Ti)/w(N)及Al、Nb和B等合金元素对Mg处理钢板组织和性能的影响。当w(Mg)=27×10^(-6)时,HAZ中IAF体积分数最高,为55.4%,能够促进IAF生长有效夹杂物尺寸集中在2μm左右。随着Mg含量增加,钢中纳米TiN粒子增量细化析出,HAZ的低温冲击功值随着纳米TiN粒子的体积密度增加呈直线关系上升。对于铁素体船板钢,Mg处理后促进了晶内针状铁素体的生长,添加49×10^(-6)的w(Mg)后,-40℃焊接热影响区的冲击韧性从20 J增加到167 J。对于贝氏体海工钢,添加42×10^(-6)的w(Mg)后,第二相粒子的高温下溶解量大,钉扎力下降,晶粒粗大,-40℃HAZ韧性从加w(Mg)=2×10^(-6)的201 J降低到加w(Mg)=42×10^(-6)的58 J。w(Ti)/w(N)保持在3.42左右较为合适,此时第二相析出粒子数量较多,尺寸较小,增强了对晶界的钉扎作用。Al的添加会降低钢的HAZ韧性,当w(Al)=200×10^(-6)时,-20℃的冲击功从201 J降低到75 J。Nb添加后晶粒粗大,增加了钢中的脆性组织,Mg处理钢中加入160×10^(-6)的w(Nb)后,-40℃HAZ冲击韧性从127 J降低到58 J。B会提高钢的淬透性,在晶界处的偏聚抑制了晶界铁素体的形成,Mg处理钢中加入22×10^(-6)的w(B),-40℃冲击韧性从40 J提高到141 J。

Mg处理石油储罐用钢大线能量焊接性能研究

采用Gleeble对不同焊接线能量下微量Mg处理石油储罐用钢粗晶热影响区(CGHAZ)的低温韧性进行了研究,并结合SEM,TEM等技术对CGHAZ进行了微观分析。结果表明:经微镁处理690MPa级石油储罐用钢,改变了钢中夹杂物的形态和分布状态,使钢中原有的氧化铝和硫化物夹杂物变成细小的弥散分布的含镁夹杂物,提高母材与焊接热影响区性能;随着线能量的增加,微镁处理690MPa级石油储罐钢CGHAZ的M-A组元均随着线能量的升高而粗化,M-A组元面积百分数随线能量的升高而降低,导致其低温冲击韧性降低。

焊接热输入量对Mg处理钢粗晶热影响区组织和低温韧性的影响

采用焊接热模拟试验研究了四种热输入对Mg处理钢粗晶热影响区组织及低温韧性的影响。结果表明:随热输入量从50 kJ/cm增加至200 kJ/cm,粗晶热影响区的原奥氏体尺寸从134μm增加至298μm,针状铁素体含量由40.5%减小至25.9%,M-A组元平均尺寸从0.76μm增加至1.14μm,M-A组元所占比例从3.69%增加到5.50%。当热输入量超过100 kJ/cm时,晶内粒状贝氏体消失。粗晶热影响区在-20℃的冲击功由热输入量50 kJ/cm时的84 J降低至200 kJ/cm时的40 J。

大焊接热循环条件下Nb含量对Mg处理钢CGHAZ组织和性能的影响

利用热模拟试验机、扫描电镜、冲击试验等设备和方法研究了不同Nb含量对Mg处理钢热影响区组织和性能的影响。结果表明:在300 kJ/cm焊接热输入量下,随Nb含量增加,粗晶热影响区的原奥氏体晶粒尺寸减小,晶界铁素体和块状M/A组元比例增加;粗晶热影响区的-40℃冲击功值下降,但硬度值逐渐增加。

Mg处理EH36级船板钢的大线能量焊接性分析

大线能量焊接条件下,以Mg处理为代表的氧化物冶金船技术能有效抑制钢板焊接热影响区组织的粗化。为确定Mg处理EH36级工业试验船板钢的大线能量焊接性能,对其进行了不同线能量下的焊接热模拟试验。结果表明,试验钢具有优异的大线能量焊接性能,其适用的最佳焊接线能量范围为200 kJ/cm以内。与此同时,船板钢通过Mg处理能够获得大量稳定的能够有效诱发IAF的夹杂物。这些夹杂物的尺寸主要集中在1~1.5μm范围内,且为典型的Ti、Al、Mg复合夹杂。

Ce/Mg处理对M50轴承钢洁净度的影响

采用真空感应熔炼工艺冶炼航空轴承钢M50,对比分析了Ce处理、Mg处理和Ce–Mg复合处理对氧、硫含量和夹杂物分布特征的影响,结合热力学计算,阐明了加入Ce、Mg元素对钢液洁净度的影响机理.研究发现,Ce具有很强的脱氧、脱硫能力,加入Ce会优先生成Ce_(2)O_(2)S夹杂物,随着钢液中氧含量的降低,Ce还会与As等有害杂质元素结合,起到净化钢液的效果.过量的Ce会加剧其与镁铝尖晶石材质耐火材料的反应,导致钢中夹杂物数量的增加,Ce的质量分数为0.018%时,钢中夹杂物的尺寸和数量最小;添加Mg不仅可以脱氧、脱硫,还可以抑制Ce与镁铝尖晶石耐材的反应,Ce–Mg复合处理可以显著降低钢中的夹杂物的尺寸和数量,将钢中的氧的质量分数降低至0.00075%.

Mg处理对高碳工具钢75Cr1热轧组织及力学性能的影响

通过添加不同长度的含Mg包芯线对高碳工具钢75Cr1钢中夹杂物进行改性处理,对比研究了不同喂入长度下的夹杂物形态和微观组织变化规律;结合力学试验和形貌表征,研究了Mg处理对于试验钢组织及力学性能的影响规律。结果表明:Mg处理有利于细化夹杂物,可以将夹杂物核心部分改性为MgO·Al_(2)O_(3)或MgO,并形成以CaS包裹的小尺寸球型“核-壳”夹杂物;改性后的小尺寸夹杂物有利于钉扎晶界细化奥氏体晶粒;同时,小尺寸夹杂物还会阻碍钢中碳原子扩散从而降低珠光体形成孕育时间,减小珠光体片层间距,提高材料塑韧性。75Cr1高碳工具钢最佳包芯线喂入长度为2~2.5 m/t。

Mg处理X70级抗酸性海底管线钢(X70MOS)成分设计及耐蚀性能研究

利用OLI Analyzer Studio软件,模拟海底管线管内NACE A和管外3.5%NaCl腐蚀环境,计算合金元素添加量对X70海底管线钢腐蚀速率的影响规律。在保证X70海底管线钢力学性能前提下,设计成分并轧制含0.003%Mg和无Mg的X70MOS实验钢。运用电化学测试技术和NACE TM 0284-2016标准,研究和评估X70MOS实验钢和常规X70海底管线钢的耐蚀性能和抗HIC性能。结果表明,Mg处理钢在NACE A溶液中较无Mg处理钢、X70海底管线钢腐蚀速率分别降低14.3%和73.3%,在3.5%NaCl溶液中分别降低52.8%和80.4%。Mg处理钢HIC敏感性较无Mg处理钢、X70海底管线钢大大降低,满足NACE标准规定值。X70MOS钢研制中使用0.003%Mg处理不仅可以降低合金成本,而且具有提高耐蚀性和抗HIC性能作用。

高温条件下Mg处理船体钢钉扎粒子的作用行为

Mg处理船体钢具有优秀的大线能量焊接性能,而钢中粒子稳定的钉扎作用是其防止晶粒粗化的关键。为确定高温条件下Mg处理DH36船体钢中钉扎粒子的作用行为,设计了高温共聚焦试验和焊接热模拟试验。结果表明,当温度低于1170℃时,钢中起钉扎作用的粒子主要为小尺寸的Ti、Nb星型复合粒子和TiN粒子;当温度进一步升高、高温作用时间进一步延长时,Ti、Nb复合粒子固溶失效,导致奥氏体晶粒尺寸由5μm粗化到50~60μm,此时防止晶粒进一步粗化的钉扎粒子主要为Mg、Ti复合粒子,而复合粒子的稳定性则取决于钢中[Mg]含量。

Mg处理对30CrNi2MoVA钢夹杂物的影响

为了研究Mg处理对钢中夹杂物的影响,采用NiMg合金对铝脱氧30CrNi2MoVA钢进行处理。共进行了3组试验,终点钢中Mg的质量分数分别小于0.001%、0.010%、0.014%。试验结果表明:Mg处理可以起到良好的脱氧、脱硫、脱磷效果,能有效地使钢中夹杂物弥散细小化,同时改变夹杂物的种类和成分。随着Mg含量逐渐增加,钢中夹杂物的平均等效直径由Ф2.0×10^-6m降低至Ф1.0×10^-6m,钢中等效直径小于Ф1.5×10^-6m的夹杂物比例从84.04%提高到93.65%。但当Mg质量分数增加到0.014%时,钢中开始出现少量的大尺寸夹杂物。将试验结果结合热力学计算分析可知,随着钢中Mg含量的逐渐提高,钢中夹杂物种类由Al2O6依次向Al-Mg-O系、MgO和MgO-S系转变。当钢中Mg含量进一步增加时,钢中出现细小的单纯MgS和Mg-O-S-P系夹杂物。

Ti-Mg复合处理对16Mn钢焊接热影响区组织与性能的影响

采用焊接热模拟工艺研究Ti-Mg复合脱氧处理对16Mn钢在不同热输入下焊接热影响区组织及冲击性能的影响。结果表明,试验钢经Ti-Mg复合处理后,能够形成一定比例的针状铁素体,从而细化组织,提高钢材强韧性;经过模拟焊接热循环后,由于Ti-Mg复合试样中有大量的针状铁素体,在各焊接热输入条件下冲击性能都高于对比试样,特别是当线能量大于75 kJ/cm时仍可以保证焊接热影响区具有较高的冲击吸收能量值值。

镁处理对轴承钢中夹杂物变性的热力学分析

对Mg与钢中氧化物和硫化物的相互作用进行了热力学分析,计算结果表明对于铝脱氧钢由于MgO夹杂生成区域很大,而Al2O3生成区域很小,镁处理很容易对氧化铝夹杂进行变性;对于MnS夹杂只要w(Mn)/w(Mg)≥492时就能对钢中MnS夹杂进行变性。随后通过实验对热力学结果进行验证。实验采用GCr15轴承钢原料重熔,用w(Mg)=20%的Ni-Mg合金进行Mg处理,结果表明:实验结果与热力学分析基本吻合。镁处理氧化物和硫化物的变性效果比较明显,钢中Al2O3和MnS夹杂转变成MgO-MgS、镁铝尖晶石类和MgO-MgS-MnS复合夹杂。

微镁处理对车轮钢组织与性能的调控作用

为揭示Mg在低碳微合金钢中的作用,以HR60车轮钢为研究对象,分别进行实验室感应炉试验和工业试验。采用OM、SEM-EDS和INCA定量统计等方法对比不同处理钢中典型夹杂物特征和微观组织形貌,并对试验钢的力学性能进行测定。结果表明：Mg处理后,钢中Al2O3夹杂变质为细小的MgO·Al2O3夹杂物,且含Mg夹杂物粒子可有效诱导针状铁素体形核,组织由＂多边形铁素体（PF）＋珠光体（P）＂向＂多边形铁素体（PF）＋针状铁素体（AF）＋退化珠光体（DP）＂演变,组织得到细化;Mg处理后,车轮钢强度提高,工业试验钢中,Mg处理钢疲劳极限均大于460MPa,Ca处理钢疲劳极限在450MPa左右,Mg处理钢的疲劳寿命普遍优于Ca处理钢;实验室试验中,降低Nb、Ti含量,当钢中Mg的质量分数为18×10-6时,车轮钢的强度接近基准钢,认为利用Mg的微合金化作用来降低生产成本的方案具有可行性。

镁系易切削钢中夹杂物分析

为了探究Mg处理对易切削钢中夹杂物的影响,以1144高硫易切削钢为试验钢种,采用金相和能谱仪等手段研究了Mg处理对1144易切削钢中夹杂物的形态、尺寸分布和夹杂物成分的影响。结果表明:在易切削钢铸坯中,Mg处理使得易切削钢铸坯硫化物夹杂由Ⅱ类向Ⅲ类、Ⅰ类转变,分布更为均匀,同时使得复合硫化锰夹杂物比例提升。在轧材中,使得钢中夹杂物球化,并且钢中硫化锰夹杂物的尺寸和分布也得到了较好的改善,同时,Mg处理能够有效提高易切削钢的切削加工性能。