钢液非均质形核触媒效用的点阵错配度理论

对钢液凝固温度下各种化合物基底与钢液凝固形核相(δ-Fe和γ-Fe)的二维错配度进行了计算,并对点阵错配度与钢液非均质形核触媒效用的关系进行了分析和讨论.结果表明:基底与形核相的错配度δ越小,越有利于非均质形核.凝固过冷度的对数与基底和形核相的二维错配度近似呈线性关系.基底与形核相的错配度δ<8%,非均质形核效用显著.     

奥氏体钢非平衡凝固异质核心触媒效用的价电子判据

利用界面共格对应理论无法解释奥氏体钢非平衡凝固过程中TiC、CaS为奥氏体枝晶有效异质核心的现象．利用余氏固体与分子经验电子理论以及程氏改进的TFD（Thomas-Fermi-Dirac）模型计算表明,界面共格对应并不是有效触媒基底的本质要求．在Tillen异质形核静电作用理论基础上,建立了奥氏体钢非平衡凝固异质形核价电子模型,该模型由三层组成：γ-Fe晶胞杂化状态稳定层、（γ-Fe）-核心双重晶格电子层以及核心晶胞杂化状态稳定层,并给出了评价异质核心触媒效用的价电子判据．据此考察了VC、NbC、TiC、TaC、ZrC、CaS等颗粒的触媒效用,与实际较为吻合．     

低碳Nb--Ti二元微合金钢析出过程的演变

建立规则溶液亚点阵模型计算了不同温度(1073～1523 K)下低碳Nb--Ti二元微合金钢(Nb质量分数为0.023%,Ti质量分数为0.012%)中碳氮化物析出相的平衡摩尔分数、化学驱动力和各组元摩尔分数,对微合金钢中析出粒子演变规律进行研究,并利用透射电镜观察及能谱分析验证这种析出模式.计算结果表明,1523 K下析出粒子化学式组成为(Nb0.15Ti0.85)(C0.16N0.84),由富Ti的析出物逐渐过渡至Nb--Ti均匀析出,析出粒子演变顺序为(Nb0.15Ti0.85)(C0.16N0.84)、(NbxTi1-x)(CyN1-y)和(Nb0.5Ti0.5)(C0.56N0.44),与实验结果符合较好.随着温度降低,Ti/Nb质量比逐渐减小,得到的TiC比NbC更难溶.对均匀形核及位错处形核的临界核心尺寸和相对形核速率进行计算,得到最大形核率即可获得最细小第二相尺寸的温度.     

硫化锰对钢中Sb析出行为的影响

研究了钢中不同夹杂物对Sb的析出和高温氧化过程中富集行为的影响.Fe-1.5％Sb合金1100℃水冷试样中Sb在钢中主要析出位置是晶界.与单一的氧化物夹杂相比,硫化锰是更为有效的Sb异质形核核心,且Sb析出相成分组成接近于FeSb相.实验结果与二维错配度理论计算结果相一致.通过降低氧含量,钢中加入Ti变质硫化锰夹杂等方式,增加了MnS数量,使得更多的Sb在夹杂物上析出,从而减少钢中Sb的偏析和固溶量,改变Sb在钢中的析出位置.     

硫化锰对钢中Sb析出行为的影响

研究了钢中不同夹杂物对Sb的析出和高温氧化过程中富集行为的影响.Fe-1.5%Sb合金1100℃水冷试样中Sb在钢中主要析出位置是晶界.与单一的氧化物夹杂相比,硫化锰是更为有效的Sb异质形核核心,且Sb析出相成分组成接近于FeSb相.实验结果与二维错配度理论计算结果相一致.通过降低氧含量,钢中加入Ti变质硫化锰夹杂等方式,增加了MnS数量,使得更多的Sb在夹杂物上析出,从而减少钢中Sb的偏析和固溶量,改变Sb在钢中的析出位置.     

TiC在Ti2CS上形核生长的电镜观察及其取向关系的测定

为探讨与控制薄板坯连铸连轧工艺条件下碳化钛在钢中的析出行为,应用透射电子显微术(TEM)研究了纳米尺度TiC和Ti2CS析出相的结构及取向关系.结果表明,实验钢中Ti2CS的析出温度较TiC的高,先析出的Ti2CS可作为TiC的非自发形核地点.实验观察到细小TiC粒子在Ti2CS上生长的现象.电子衍射和X射线能谱(EDS)分析表明:TiC和Ti2CS之间的取向关系为{001}Ti2CS∥{111}TiC,〈100〉Ti2CS∥〈011-〉TiC.在TEM下还观察到以孪晶形式存在的TiC,孪晶面为(1-11-)面.总之,在钢中先行析出的Ti2CS和TiC粒子都可能成为新生成TiC的非自发形核地点,孪生和外延生长是TiC沉淀的两种重要机制.     

CSP生产Ti微合金化高强钢中纳米碳化物

采用光学金相、电子显微术和化学相分析的方法并结合热力学计算,分析了紧凑式带钢生产(CSP)的Ti微合金化高强钢中的析出物及其析出规律.研究发现:高强钢中存在微米尺寸的立方TiN析出和大量纳米尺寸的析出物粒子;钢中MX相(M=Ti,Mo,Cr;X=C,N)的质量分数为0.0927%,其中10 nm以下的析出物占26.9%;均热之前和均热过程TiN已基本全部析出,连轧前TiC不具备析出的热力学条件;降低钢中N和S含量、严格控制卷取温度可增加TiC的体积分数,降低γ→α相变温度可以阻止细小碳化物长大.结果表明,析出物总的沉淀强化效果约为156 MPa,并能通过化学成分和工艺的控制进一步增强.     

洁净钢氮化钛凝固细化技术的基础

从理论上研究洁净钢凝固过程中TiN的析出和形核规律,通过试验探讨洁净钢凝固过程TiN形核并作为铁素体非均质形核核心,以及细化连铸坯凝固组织消除宏观偏析的可能性.利用基本凝固理论计算得出了TiN在凝固初期析出的条件,并利用对比试验方法研究了TiN的实际细化效果.研究表明,通过严格的工艺控制,利用TiN形核是一种细化洁净钢凝固组织的有效手段.     

αFe-P固溶体价电子结构分析

本文对αFe-P固溶体提出了一个新的晶体结构模型,并就此模型利用“固体与分子经验电子理论”计算了固溶体的价电子结构。结合固溶体不同成分下晶格常数实验资料,导出了各种成分固溶体内代位磷原子和间隙磷原子的相对数量,提出了αFe-P固溶体的近似价电子结构,并讨论了γ′Fe_(>4)P相的时效析出及伴随的反常点阵常数变化。     

冷却速度对La脱氧钢中晶内铁素体形成的影响

采用光学显微镜、带能谱的扫描电子显微镜等分析技术观察了不同冷速下La脱氧钢的显微组织,并绘制了静态连续冷却转变图.实验结果发现,在4~10℃·s-1的冷速范围内,钢中会有大量晶内铁素体形成,其中在8℃·s-1冷却时可以获得大量细小且弥散分布的晶内针状铁素体. La脱氧钢中含La夹杂物与α-Fe相有较低错配度,其中La2 O2 S夹杂物与α-Fe相的晶格错配度最小为0.2%,钢中含La夹杂物均可诱导晶内针状铁素体形核并可促进感生形核,进而细化组织.     

IF钢凝固过程中Al_2O_3-TiN复合夹杂物的形成机理

以理论分析和实验研究相结合的方式分析了IF钢凝固过程中Al2O3-TiN复合夹杂物的形成机理.结果表明,以凝固分率0.9为界限,钢水凝固过程中Al2O3和TiN先后通过异质形核方式析出并结合形成Al2O3-TiN复合夹杂物;冷却速率越小,复合夹杂物粒径越大;在冷却速率一定时,可作为异质形核核心的夹杂物的粒径越大,凝固过程中析出的复合夹杂物的长大程度越小;复合夹杂物内层Al2O3粒径越小,外层TiN长大程度越明显.     

X80管线钢中氮化物和碳化物析出热力学分析

基于规则熔体理论和平衡反应基础,对连铸工序X80管线钢中碳化物、氮化物析出进行热力学分析,研究Ti、Nb及Al的碳化物、氮化物析出规律。结果表明,固液两相区,TiC0.005N0.995和TiN分别在1785K和1784K时开始析出;奥氏体相区,碳化物、氮化物析出先后顺序为NbC0.64N0.36、NbC、NbN、AlN、TiC,相应析出温度为1457、1404、1354、1267、1226K;γ→α相变过程中,TiC发生相间析出,Nb主要以NbC形式析出,AlN析出量较少。     

机械合金化Fe40Ni40Si20纳米晶固溶体

机械合金化方法制备了Fe—Ni—Si三元系合金,利用X射线衍射仪研究了合金化过程中的 相变行为,计算了晶粒尺寸及微观应变。结果表明,经36小时球磨可形成α-Fe(bcc)和γ-Fe(fcc) 两相混合纳米晶固溶体;继续球磨,过饱和α相逐渐分解并向γ相转化,72小时后可得单相γ-Fe纳 米晶固溶体。球磨晶粒尺寸可达12 nm,微观应变随球磨时间先增加后减小。     

非均质形核细化16Mn钢凝固组织

通过感应炉对比实验,考察了基于不同非均质形核理论计算所得的三类有效形核质点Ce2O3、ZrO2和MgO对细化16Mn钢凝固组织的影响.结果表明:只符合点阵错配度理论判据的MgO形核质点将铸锭等轴晶率从32％提高至37％；只符合静电作用理论判据的ZrO2形核质点将等轴晶率提高至40％；同时满足点阵错配度理论和静电作用理论判据的Ce2O3非均质形核质点将等轴晶率提高至44％.在上述三个非均相成核的粒子中,Ce2O3能最大程度细化16Mn钢凝固组织.钢中形成以上三类形核核心后,钢的原始奥氏体晶粒尺寸以及显微组织均得到不同程度细化.     

Al-Zn对称成分失稳分解合金的不连续析出转变

通过显微组织和X射线衍射分析,确定了Al Zn对称成分合金在固溶处理成fcc结构单相组织后,在277℃以下发生的不连续析出转变产物形态和转变机制特征·明确了在转变的孕育期内,固溶体发生了失稳分解及随后的连续粗化;不连续析出产物为fcc结构Al基固溶体(α)和hcp结构Zn基固溶体(β)构成的片层状组织,转变的形核位置与温度有关,在200℃以下以沿晶界形核为主;转变的动力学符合Avrami方程关系,Avrami指数为2·     

GCr15轴承钢中TiN复合夹杂物形成机理

在GCr15轴承钢扫描电镜观察中发现有两类复合TiN夹杂物,分别为:TiN-MnS和TiN-MgO-MgAl_2O_4-MnS。热力学计算表明,GCr15轴承钢中TiN夹杂物在固液两相区析出,MnS在固相区析出,Mg元素部分来源于炉衬中MgO被钢液中溶解的碳侵蚀还原,[Mg]与[O]将已经形核的Al2O3改质为MgAl_2O_4。TiN-MgOMgAl_2O_4-MnS的析出顺序依次为:MgAl_2O_4、MgO、TiN、MnS。MgO可作为TiN的形核质点;MgAl_2O_4若作为MgO、TiN、MnS的形核质点,取决于其周围元素的类型以及析出温度。     

电沉积铁基非晶镀层的性能研究

采用电沉积工艺制备了Fe-P非晶镀层,并研究了Fe-P非晶镀层在加热过程中镀层结构与硬度的变化趋势,结果表明:该镀层在300℃左右开始晶化,在330℃左右Fe-P合金开始转变为α-Fe(P)固溶体,到370℃左右铁磷化合物FexP(X=1,2,3)从α-Fe(P)固溶体中脱溶析出,由于固溶强化和弥散强化的作用导致镀层硬度增大,并在370℃达到最大值,当热处理温度继续增高至460℃后,镀层中弥散相粒子逐渐长大,即发生Ostwald熟化现象,从而导致镀层硬度快速下降。     

基于小润湿角下脉冲磁场的凝固形核模型

基于Ma形核模型,理论分析了异质形核基底小润湿角下脉冲磁场金属凝固的异质形核过程,建立了凝固形核模型.考察脉冲磁场磁感应强度对金属凝固临界形核半径及临界形核过冷度的影响.结果表明:该模型中体系Gibbs自由能与异质形核基底形状系数无关.在低过冷度金属凝固条件下,当脉冲磁场磁压力功与金属熔体固液自由能差在同一数量级时,脉冲磁场可有效减小凝固形核的临界半径;在大过冷度(大于20℃)金属凝固条件下,脉冲磁场对金属凝固临界形核半径的影响可忽略.金属凝固异质形核基底粒径较大时,临界形核过冷度随脉冲磁场磁感应强度增大而有效减小.     

应用相结构因子研究合金元素的固溶强化

利用固体与分子经验电子理论(EET),计算了奥氏体及马氏体中含碳的质量分数w C <0.8%的含碳结构单元及w C =0.2%的一元合金结构单元的相结构因子n A ,n B ,从电子结构层次探讨了含碳间隙固溶体和合金置换固溶体对γ-Fe,α-Fe产生的固溶强化,基于原子间的键合力提出了固溶强化判定系数s.研究发现将判据应用到含碳及合金元素的固溶体中时,计算结果与实验结果非常相符.     

CSP流程钛微合金化高强钢的第二相粒子析出行为

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、物理化学相分析等方法并结合热力学计算,分析了CSP工艺生产的钛微合金化高强钢的析出物特征及析出规律.研究发现：屈服强度700 MPa级高强钢中存在大量球形的纳米级TiC和Ti( C,N)粒子及少量不规则形状、100 nm以上的Ti4 C2 S2粒子,TiN在连轧前完成析出,TiC主要在卷取和空冷时析出.不含钼钢和含钼钢(0.1% Mo)中MC相的质量分数为0.049%和0.043%,由于钼的加入,含钼钢中Ti的析出量较少,但析出粒子更为细小,并定量得到了不含钼钢和含钼钢的析出强化效果分别为126 MPa和128 MPa.