82A钢凝固过程中TiN夹杂析出热力学和动力学

用热力学和动力学方法研究82A钢液凝固过程元素偏析及其对TiN夹杂析出的影响。热力学分析表明,Ti的偏析比远高于N的偏析比;凝固冷却速度从6 K/min增至600 K/min过程中,凝固冷却速度对Ti、N凝固偏析比影响不大;钢液初始Ti含量降至0.000 2%、初始氮含量为0.002%~0.004%时,在凝固末期仍有TiN夹杂析出。动力学分析表明,随着钢液凝固冷却速度的加快,凝固析出的TiN颗粒尺寸明显变小。

超纯铁素体不锈钢中TiN夹杂析出的热力学分析

为了控制TiN夹杂对材料性能的不利影响,对TiN在超纯铁素体不锈钢冶炼和凝固过程中析出的热力学条件进行分析。结果表明,在Cr含量为16%～23%的条件下,超纯铁素体不锈钢的最佳钛含量为0.1%～0.3%;当w(Ti)=0.3%时,将w(N)控制在0.004 6%以下才能避免在液相区中生成TiN夹杂;超纯铁素体不锈钢凝固过程中钛的富集程度稍低于氮;凝固末期残余液相中[Ti]和[N]的浓度分别提高到其初始浓度的2.5倍和3.2倍;随着钢液的逐渐凝固,凝固前沿温度和凝固前沿钛氮平衡浓度积下降,凝固前沿钛氮实际浓度积升高;降低钢中氮含量能推迟TiN析出时间,使TiN夹杂在凝固末期形成,可减小TiN夹杂尺寸,减少其析出数量。

碳含量对帘线钢凝固析出TiN夹杂的影响

对含碳量(质量分数)分别为0.72%、0.82%和0.95%的帘线钢凝固析出TiN夹杂进行热力学研究,结果表明:碳含量对于不同强度级别的帘线钢中TiN夹杂的析出有着明显的影响.随着帘线钢碳含量增加,凝固前沿温度逐渐降低,析出TiN夹杂所需的氮钛活度积也逐渐下降.在相同的钢液初始Ti、N含量条件下,较高碳含量的帘线钢中析出的TiN夹杂尺寸会大于较低碳含量帘线钢中析出的TiN夹杂尺寸.为了控制超高强度级别的过共析帘线钢中TiN夹杂的析出对帘线钢加工性能的有害影响,必须通过冶炼工艺进一步降低钢液中的钛、氮含量.

超纯铁素体不锈钢B439M 200 mm×1260 mm连铸板坯中TiN夹杂物的分布

采用自动扫描电镜Aspex研究了超纯铁素体不锈钢B439M(/%:0.01C,0.40Si,0.25Mn,0.020P,0.001S,17.50Cr,0.15Ni,0.20Ti,0.0080N,0.0040O)200 mm×1 260 mm连铸板坯中TiN夹杂物的分布,结果表明,由于连铸坯凝固过程中由外向内冷却速率减小,在连铸坯宽度方向边部,生成了大量小尺寸(平均1.26μm)TiN夹杂物;而在连铸坯宽度方向的1/4处和中部,由内弧表面到厚度1/4处再到厚度方向中部,TiN形核速率降低,TiN夹杂物的数量减少而尺寸增大。动力学分析结果得出,冷却速率减小会使得TiN夹杂物的生成尺寸增大,与TiN夹杂物在连铸坯中的分布规律相吻合。

过共析钢中TiN夹杂形成热力学分析

根据过共析钢（特别是碳质量分数为0.90%~0.95%的钢种）凝固过程氮钛元素的溶质再分配机制,对钢中TiN夹杂的形成进行热力学计算。结果表明：随着钢中碳质量分数的增加,在凝固前沿液相形成TiN夹杂所需的氮钛浓度积逐渐降低,同时各钢种都是在凝固后期（固相分数在90%以上）达到形成TiN夹杂的热力学条件。在最后凝固区域,由于钢液补缩不充分,钢的组织出现不同程度的疏松,造成TiN夹杂与钢坯疏松共存的现象。为控制碳质量分数为0.90%~0.95%的钢种中的TiN夹杂,需要进一步降低凝固前沿液相中氮钛浓度积。

高碳抗疲劳应力钢TiN夹杂物形成机理及控制研究

对高碳抗疲劳应力钢TiN夹杂物特点及其影响因素进行了分析,并结合热力学计算,对铸坯中TiN夹杂物析出行为进行分析和讨论,提出铸坯中TiN夹杂物为凝固过程中由于溶质元素选份结晶导致凝固前沿局部区域形成Ti和N元素的富集而析出形成。结合工业试验中TiN夹杂物特点和工艺控制水平,提出了相应的控制措施。

439铁素体不锈钢连铸坯中TiN夹杂物分布研究

通过光学显微镜和扫描电子显微镜观测了439铁素体不锈钢连铸坯中TiN夹杂物的形貌,结果显示TiN夹杂物的形貌为近似规则的四边形并且在光学显微镜无偏光条件下,TiN夹杂物呈现为橙色。通过光学显微镜对连铸坯中TiN夹杂物分布进行统计研究,发现在连铸坯宽度方向的中部和1/4处,由内弧(或外弧),到内弧1/4处(或外弧1/4处),再到厚度方向中部,TiN夹杂物的尺寸增大而数量减少。这是由于连铸坯凝固过程中由外向内冷却速率减小,凝固坯壳的生长减慢,使得TiN夹杂物生长时间增加,而形核速率下降造成的。这与热力学计算得到的TiN夹杂物是在连铸坯凝固过程中形成的结论相吻合。在连铸坯宽度方向边部,由于冷却速率较大,凝固坯壳的快速生成,使得连铸坯中TiN夹杂物的尺寸分布和数量分布都没有明显的统计规律。

轴承钢中TiN夹杂的形成机理及控制措施

针对鞍钢股份有限公司炼钢总厂轴承钢中存在大颗粒TiN夹杂物的问题,分析了TiN夹杂析出的热力学条件。通过优化转炉及精炼操作、加强连铸保护浇铸、控制钢铁料及合金料中的钛含量、优化钢中酸溶铝及精炼渣中氧化钛的含量,最终将轴承钢中的氮含量由0.0050%降至0.0038%,钛含量由0.0045%降至0.0013%。

TiN夹杂物对690合金管在高温高压水中的腐蚀和应力腐蚀行为的影响

利用TEM和SEM观察了690合金管中TiN夹杂物的存在形式及其分布状态,通过高温高压电化学实验和应力腐蚀浸泡实验研究了690合金管在高温高压水溶液中的腐蚀和应力腐蚀行为.TiN是690合金管中一种主要的夹杂物,随机分布在奥氏体基体中.模拟压水堆核电站一回路水化学条件的高温高压电化学实验及能谱测试表明,点蚀优先发生在690合金管中含Ti夹杂物处.高温高压含Pb碱溶液中的应力腐蚀浸泡实验显示,690合金管表面的TiN和基体结合处的基体侧是优先发生腐蚀的位置,分布在晶界上的TiN和基体结合处发生腐蚀后容易导致局部应力集中,从而诱发沿晶应力腐蚀开裂.

含Ti齿轮钢中TiN夹杂析出热力学及其控制

为了控制试验钢中TiN夹杂的析出,对TiN生成反应进行了热力学分析。结果表明,钢液在液相线温度以上不会自发生成TiN夹杂,在钢液凝固过程中,由于Ti、N元素在凝固前沿的富集,使得TiN夹杂的生成反应得以进行。在实际生产当中,为了减少TiN夹杂在两相区内的析出,应在控制钢中Ti、N含量的基础上,再适当加强连铸二冷速率,使钢液快速通过两相区(1 728～1 878 K)。同时,根据Scheil方程计算得到,试验钢在凝固过程中不析出TiN夹杂的条件为将钢中的钛氮浓度积控制在7.04×10-5以下。

TiN夹杂物对690合金传热管疲劳裂纹扩展行为的影响

采用销加载拉伸(PLT)方法和直流电压降法(DCPD)测试技术,测量了690合金管在室温和高温325℃空气中的疲劳裂纹扩展速率。结果采用Priddle模型拟合分析,预测得到了690合金管在室温和325℃下的门槛应力强度因子幅值ΔK_(th)和断裂韧性K_c,高温下材料的疲劳裂纹扩展速率明显加快,表现为ΔK_(th)和K_c显著下降。试验结束后在扫描电镜下观察断口形貌,疲劳裂纹的扩展为穿晶形式,疲劳断口上观察到大量的TiN夹杂物,分析表明TiN夹杂物对690合金管的疲劳裂纹萌生和扩展有促进作用。

帘线钢凝固过程中钛和氮偏析及TiN夹杂尺寸计算

为了提高帘线钢盘条中TiN夹杂的检测效率,从热力学方面探讨了帘线钢盘条中TiN夹杂析出的条件以及尺寸的计算。热力学分析表明,由于溶质元素钛和氮偏析,造成TiN夹杂在固液两相区中析出,且氮元素是影响TiN夹杂长大的最主要因素,经过验证发现,TiN夹杂热力学长大公式的尺寸计算值与实际值基本吻合,平均相对误差为8.62%。提出了合适的数学模型对TiN夹杂尺寸与钛和氮质量分数的数据进行模拟,对TiN夹杂的尺寸进行预测并验证模型的合理性。结果表明,模型的平均相对误差仅为0.95%,可以运用到实际检测工作中,提高钛夹杂的检测效率。

20CrMnTi齿轮钢中TiN夹杂物的特征与分布

为了研究含钛齿轮钢中TiN夹杂物的析出与控制,利用扫描电镜对20CrMnTi齿轮钢两个端淬试样中TiN夹杂的分布与形貌进行了观察,通过夹杂物自动分析系统统计了试样中TiN夹杂的尺寸、数量,建立了数学模型,对试样中TiN夹杂的析出与长大进行了计算。结果表明,较高钛含量的试样凝固过程中TiN析出更早,析出量也更大,由于析出了更多数量的TiN夹杂,从而使得析出TiN夹杂的最终尺寸更小,当TiN夹杂的数量密度由37.28增加为58.65个/mm^(2)时,TiN平均尺寸由2.33减小为1.49μm。通过在凝固过程中为TiN夹杂提供充足数量的氧化物颗粒作为析出核心,提高异质形核率,从而增大TiN的析出数量,就可以降低析出TiN的整体尺寸,这为含钛齿轮钢中TiN夹杂物的控制提供了一种新的思路。

GCr15轴承钢中TiN夹杂物聚合机理研究

在对GCr15轴承钢的扫描电镜观察中发现了尺寸不同的2类TiN夹杂物,包括小尺寸单颗粒TiN和多颗粒聚合TiN。对TiN的热力学计算表明,GCr15轴承钢中TiN夹杂物在固液两相区析出。对TiN生长动力学的计算表明,在初始Ti的质量分数为0.006 0%~0.007 8%和N的质量分数为0.004 9%~0.007 0%,TiN析出的局部冷却速度为0.5~10 K/s,析出温度为1 620~1 640 K的条件下,单颗粒TiN最终析出半径为1~6μm。对多颗粒聚合型TiN形成机制研究表明,其是由单颗粒TiN经历了3个阶段形成的:当有距离较近的单颗粒TiN时,两者之间会自发形成腔桥并通过腔桥力相互吸引靠近;当带有活性的TiN尖端接触后,发生碰撞粗化;各基相发生固相烧结。

439铁素体不锈钢板坯的夹杂分析

采用逐道刨除的方法对439铁素体不锈钢板坯的皮下夹渣缺陷进行分析,运用金相显微镜以及扫描电镜分析了439板坯内部夹杂的情况。由于皮下夹渣的存在,使板坯的修磨率需2.7%以上。内部夹杂物多为TiN,且夹杂物沿板坯厚度方向以及宽度方向对称分布;同时靠近板坯外面区域,夹杂物数量多尺寸小,而板坯中心区域,夹杂物数量少,但尺寸大。

超纯铁素体不锈钢中TiN析出的动力学分析

采用动力学的方法研究超纯铁素体不锈钢凝固过程中Ti、N的偏析及冷却速率对TiN夹杂析出的影响。结果表明,超纯铁素体不锈钢凝固过程中,Ti的富集程度稍低于N;凝固末期残余液相中[Ti]和[N]的浓度分别提高至其初始浓度的2.5倍和3.2倍;随着钢液的逐渐凝固,析出的TiN颗粒尺寸增大;随着冷却速率的增大,析出的TiN颗粒尺寸减小,但析出时间几乎不受影响,冷却速率分别为10、20、30K/s时,TiN颗粒尺寸分别为7.1、4.8、3.9μm;其他条件相同时,随着钢中初始Ti含量或N含量的减少,凝固析出的TiN颗粒尺寸减小且析出时间推迟;相比Ti含量对TiN夹杂尺寸的影响,N含量的影响更为显著。

含钛高强钢中夹杂物析出行为研究

以不同钛含量(0.032%~0.153%)的高强钢为研究对象,利用SEM、EDS等对钢中氧化物及氮化物夹杂的形貌、组成、数量及尺寸分布进行表征,结合热力学与动力学计算,对TiN的析出行为进行分析。结果表明,当钢中Ti含量较低(0.032%)时,冶炼过程会形成富含MgAl_2O_4的多边形高熔点固态夹杂,易造成水口堵塞;当Ti含量大于0.106%时,钢中形成了富含TiAl_2O_5的液态球形夹杂,可通过上浮去除,不易堵塞水口;Ca处理能将低钛钢中的夹杂改性为低熔点的铝酸钙,不仅降低了水口堵塞风险,还能还原夹杂物中的Ti,提高Ti的收得率。含钛高强钢中夹杂物平均尺寸为1~2μm,氮化物平均尺寸为1~3μm,其均随着Ti含量的增加而稍有增加。当Ti含量小于0.04%时,将钢中N含量控制在0.0018%以下,能有效减小TiN的析出尺寸;当Ti含量大于0.1%时,实际工业生产中很难阻止TiN的液析,但可通过提高钢中细小氧化物的数量,来细化TiN的尺寸。

06Cr18Ni11Ti管坯探伤与晶间腐蚀不合原因分析及改进措施

针对06Cr18Ni11Ti管坯探伤不合以及晶间腐蚀不合问题,采用光学显微镜和扫描电子显微镜对缺陷进行了检测和分析。结果表明:造成探伤不合与腐蚀开裂的原因是相同的,都是因为管坯中存在大量0.4~0.6 mm大尺寸链状TiN夹杂物团簇。通过控制Ti合金化过程中Ti含量、Al含量、炉渣成分,降低浇注温度,提高快锻机单道次压下量,有利于提高探伤、晶间腐蚀的合格率。

700 MPa级厚规格大梁钢冲击性能优化分析

12~16 mm厚规格大梁钢的冲击性能不稳定,严重制约了产品质量的提升,采用扫描电镜、光学显微镜对冲击性能不合格试样的断口形貌以及金相组织等进行观察分析。结果表明:钢中大尺寸TiN夹杂物和混晶组织是导致材料冲击性能不合格的主要原因。通过调整钢的冶炼成分,可减少大尺寸TiN夹杂物,将精轧入口温度控制在950~1000℃,卷取温度由610℃降至590℃,混晶组织减少,材料冲击性能明显提升,稳定性得到改善。

Ti64合金的电子束冷床熔炼研究(英文)

电子束冷床熔炼工艺作为一种新熔炼技术,可应用于生产航空发动机转动件用优质钛合金和回收残钛。利用500kW电子束冷床熔炼设备,研究了熔炼速度与Ti64合金铸锭化学成分和TiN夹杂溶解速度的关系。熔炼速度分别为70,100,140kg/h时,Al挥发损失分别为22%、16%、12%。经超声探伤,在熔炼电极中加入的TiN夹杂能够全部消除。所熔炼的铸锭外部是均匀的柱状晶粒,心部是细小的晶粒。