针状铁素体形成机理的探讨

本文采用W极氩弧焊熔融来模拟焊缝,研究在C-Mn-Si系焊缝金属中,影响针状铁素体形核的因素。结果表明,在CaF_2保护下的C-Mn-Si系合金的焊缝金属中,当Si、Mn匹配在一定范围内,能使焊缝组织出现高比例的针状铁素体。并通过碳膜复型、电子显微镜、能谱分析和x光衍射分析发现,针状铁素体是在大的奥氏体晶粒内部的非金属夹杂物上非自发形核。并且还发现,较高密度微小的夹杂物(一般在1μm以下)弥散分布对针状铁素体形核更为有利。如果在C-Mn-Si系焊缝中加入少量的Ti,那么不但能细化晶粒,而且能增加TiN、TiO这些细小难溶的非金属夹杂物颗粒浓度,大大提高形成针状铁素体的机率。     

微合金钢焊缝金属中的针状铁素体

系统地分析了微合金钢焊缝金属中针状铁素体组织的形成条件及特点 ,对夹杂物粒径、数量进行了统计分析 ,并阐述了针状铁素体的形核位置。结果表明 ,焊缝金属化学成分和冷却速度是影响针状铁素体 (AF)的主要因素 ,应力对焊缝金属相变的影响很小。焊缝金属中约有 6 0 %夹杂物的粒径都小于 0 .6 μm ,只有不足 10 %的夹杂物粒径大于 1 0 μm ,约有 94 %以上提供针状铁素体 (AF)形核的夹杂物的粒径为 0 .2～ 0 .6 μm。微合金钢焊缝金属最理想的组织是获得大于 6 5 %的针状铁素体 ,其平均板条尺寸约为 1μm。AF在原奥氏体晶内合适粒径的夹杂物上形核长大 ,在较粗大的原奥氏体晶粒和夹杂物粒径大于 2 μm条件下 ,焊缝金属可得到大量的AF。AF在夹杂物上形核机理有 3种 :形核剂与核心共格界面形核机理、高能惰性基体形核机理及高应变能区形核机理。     

微合金钢焊缝金属中的针状铁素体

系统地分析了微合金钢焊缝金属中针状铁素体组织的形成条件及特点，对夹杂物粒径、数量进行了统计分析，并阐述了针状铁素体的形核位置。结果表明，焊缝金属化学成分和冷却速度是影响针状铁素体(AF)的主要因素，应力对焊缝金属相变的影响很小。焊缝金属中约有60％夹杂物的粒径都小于0．6μm，只有不足10％的夹杂物粒径大于1．0μm，约有94％以上提供针状铁素体(AF)形核的夹杂物的粒径为0．2～0．6μm．微合金钢焊缝金属最理想的组织是获得大于65％的针状铁素体，其平均板条尺寸约为1μm，AF在原奥氏体晶内合适粒径的夹杂物上形核长大，在较粗大的原奥氏体晶粒和夹杂物粒径大于2μm条件下，焊缝金属可得到大量的AF。AF在夹杂物上形核机理有3种；形核剂与核心共格界面形核机理、高能惰性基体形核机理及高应变能区形核机理。     

氧化铈对FAB法埋弧焊缝组织与性能的影响

实验研究了CeO_2对FAB(焊剂石棉衬垫单面焊)法埋弧焊D32船用高强钢焊缝金属组织及性能的影响.结果表明:在焊接电弧作用下,CeO_2使焊缝金属增氧,Mn和Si含量降低;CeO_2能细化FAB埋弧焊焊缝金属中夹杂物,促进直径小于2.0μm铈的氧硫复合物形成,并诱导大量针状铁素体形成;合金粉中加入CeO_2后,焊缝金属显微组织主要为针状铁素体、少量先共析铁素体与侧板条铁素体;合金粉中CeO_2质量分数不超过3%时,焊缝金属的屈服强度、抗拉强度、V型缺口冲击值随CeO_2质量分数增加而增加,当达到5%时,焊缝金属的屈服强度、抗拉强度和V型缺口冲击值有所下降.焊缝金属中CeS,Ce_2S_3和Ce_2O_2S复合夹杂物诱导针状铁素体的形核机理是它们与针状铁素体的错配小,符合最小错配度形核机理.     

稀土处理C-Mn钢显微组织和夹杂物演化

对稀土处理C-Mn钢的夹杂物和显微组织进行分析,统计稀土处理C-Mn钢中针状铁素体形核核心尺寸,并将稀土处理钢在不同温度下淬火,研究稀土夹杂物生成和长大过程. 实验结果表明:C-Mn钢加入少量稀土后钢中夹杂物从MnS﹢硅铝酸盐夹杂转变为La2 O2 S﹢LaAlO3 ﹢MnS﹢硅铝酸盐夹杂,尺寸得到细化,显微组织也从马氏体﹢贝氏体组织变成侧板条铁素体、针状铁素体和块状铁素体组织;稀土处理C-Mn钢中针状铁素体有效形核核心的尺寸集中在1~4μm,主要是在钢液中形成,冷却和凝固过程形成的数量较少;稀土夹杂物在钢液温度和冷却及凝固过程容易碰撞黏合长大,上浮从钢液中去除, MnS能在稀土夹杂物颗粒间析出.     

铝对自保护药芯焊丝焊缝组织及力学性能的影响

通过光谱分析、Luzex.F图像分析、扫描电镜、能谱分析、力学性能试验等手段,研究了高铝BaF2渣系自保护药芯焊丝焊缝中的Al含量对焊缝中夹杂物、微观组织和力学性能的影响.研究结果表明:随焊缝中的Al含量增高,焊缝夹杂物平均尺寸增大;焊缝中的夹杂物以AlN和Al2O3为主,在低Al焊缝中以Al2O3为主的夹杂物较多,而在高Al焊缝中AlN夹杂较多;Al含量的不同会引起焊缝微观组织的改变,以Al2O3为主的夹杂物能够诱导焊缝中针状铁素体形核,而AlN夹杂会引起焊缝组织粗大;焊缝中Al含量增加使焊缝的强度增高而韧性下降.     

锆脱氧钢中非金属夹杂物及对显微组织的影响

实验用钢在低碳锰钢基础上采用锆脱氧及钛微合金化,研究了连续冷却和等温热处理条件下的组织转变行为,分析了夹杂物的析出类型及对组织转变的影响机理.统计结果表明:夹杂物在0.2~1μm尺寸范围内有较高的数量密度,主要为Zr O2·Mn S和Zr O2·Mn S·Ti N复相夹杂,与热力学分析结果一致.实验钢以1℃/s连续冷却及500℃等温时均得到晶内针状铁素体组织,促进铁素体形核的主要夹杂物类型为Zr O2·Mn S·Ti N.Mn S以Zr O2为核心复合析出形成贫锰区是促进铁素体形核的重要因素,Ti N的复合析出降低了铁素体形核界面能,进一步促进了针状铁素体转变.     

低碳微合金钢中Ti_xO--MnS型复合夹杂对焊接热影响区微观组织相变的影响

对比分析了两种低碳微合金钢中夹杂物对焊接热影响区组织相变的影响.对实验钢中夹杂物的分布和尺寸进行观察并在透射电镜下分析了夹杂物的选区衍射斑图样.采用热膨胀法结合金相分析建立了实验钢的连续冷却转变曲线(CCT曲线)和等温转变曲线(TTT曲线).研究发现,Ti脱氧钢中夹杂物以尺寸小于3μm的TixO--MnS型球状复合夹杂为主,其中TixO核心有两种类型(Ti2O3和Ti3O5).这类夹杂物具有诱导晶内针状铁素体形核的能力,针状铁素体优先在TixO--MnS型复合夹杂界面上形核,从而导致Ti脱氧钢相对于Al脱氧钢的贝氏体相变开始温度升高,相变时间也明显提前.     

稀土处理钢中夹杂物对晶内针状铁素体形成的影响

分析了稀土处理钢中夹杂物的特征（夹杂物种类、尺寸分布和体积分数）对微观组织中针状铁素体形成的影响.结果表明,钢中夹杂物种类和体积分数对针状铁素体组织的形成非常重要.稀土氧化物（包含稀土氧硫化物）与铁素体具有低至1.9%的错配度降低针状铁素体在夹杂物表面的形核能垒,从而促使它在稀土氧化物上形核.反之,稀土硫化物与铁素体具有高达42.5%的错配度不能诱导生成针状铁素体组织.此外,微观组织中针状铁素体的体积分数随着夹杂物体积分数的增加而增大,当钢中夹杂物体积分数是9.5×10-4时其体积分数达到53%.     

非调质钢中钛氧化物冶金行为

通过热力学计算及实验,研究了含钛汽车用非调质钢在液态和凝固过程中含钛夹杂物的析出规律.研究表明,通过调整非调质钢中O,Al和Ti的含量,可以控制夹杂的形态和尺寸,从而得到细小、弥散非金属夹杂物作为针状铁素体的形核核心,细化钢的组织,提高钢的强度和韧性.     

Effect of austenitizing temperature on microstructure in 16Mn steel treated by cerium

The change of inclusions and microstructure of 16Mn steel treated by Ce were observed, and the effect of austenitizing temperature on the microstructure was also examined. The results show that the inclusions are transformed from Si-Mn-Al composite oxide and MnS into AlCeO₃, Ce₂O₂S, and MnS composite inclusions after being treated by Ce. Plenty of intragranular ferrites are formed in 16Mn steel containing ～0.017wt% Ce. A large amount of intragranular acicular ferrites are formed after being austenitized for 20 min at 1473 K. The prior austenite grain size fit for the formation of intragranular acicular ferrites is about 120 μm.     

不同洁净度条件下253MA钢中夹杂物的析出行为

基于多相多组元反应平衡原理及凝固过程固液相界面的溶质再分配理论,建立了253MA钢凝固过程中夹杂物析出与溶质元素偏析的耦合热力学模型,并验证了模型预测的准确性.在本模型计算条件下,253MA耐热钢中析出的夹杂物主要为Ce2O3,Ce2O2S,Ce3S4,CeS,CeN,SiO2,MnS.当氧的质量分数低于0006%时,Ce2O3夹杂析出的条件为［%O］/［%S］＞1;当氧的质量分数高于0006%时,Ce2O3夹杂析出的条件为［%O］/［%S］＞2.当氧的质量分数低于00046%时,若［%O］+［%S］＞0009,则耐热钢中可以析出Ce3S4,而CeN夹杂无法析出;若［%O］/［%S］＜1,则钢中可以析出CeS夹杂,且随着硫的质量分数的增加,CeS逐渐向Ce3S4转变.当氧的质量分数高于00046%时,CeN夹杂析出的条件为2［%O］+［%S］＜0014.     

低合金高强钢焊缝针状铁素体形核问题的探讨

研究结果表明 ,通过向焊缝金属过渡微量的Ti B和稀土元素 ,可以使焊缝获得细小、均匀的针状铁素体组织 .通过透射电镜观察发现 :焊缝中合金元素如果能形成细小、难溶的非金属夹杂物 ,就可以成为针状铁素体的形核核心 ;Ti能形成细小、难溶而弥散分布的化合物 (TiO )质点 ,因而对针状铁素体的形核更为有利 ;针状铁素体由许多亚结构组成 .     

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.     

含铈耐热钢凝固过程中的夹杂物行为

建立了稀土耐热钢凝固过程中夹杂物析出与溶质元素微观偏析的耦合热力学模型,并通过工业试验与高温模拟实验验证了模型的准确性。利用该模型,依次考察了铈添加量,初始氧含量,初始硫含量对253MA耐热钢凝固过程中夹杂物析出行为的影响作用规律。在本模型条件下,随着铈添加量的增加,钢中的SiO2与MnS消失,且凝固过程中开始析出CeN;随着初始氧含量的增加,钢中开始析出Ce2O3,SiO2及MnS,其中SiO2与MnS在凝固过程中析出;随着初始硫含量的增加,钢中的Ce2O3消失,钢中开始析出Ce3S4与MnS,在凝固过程中析出的Ce3S4逐渐在液相线温度以上析出。研究工作对于稀土耐热钢连铸水口结瘤问题的解决具有理论指导意义。     

大热输入焊接用钢的组织与力学性能

为研究大热输入焊接用钢的工业化生产工艺,采用实验室研究的氮化钛和氧化钛微细分散新工艺技术,对冶炼过程中合金的添加顺序和添加时机进行控制,在国内某钢厂进行了大热输入焊接原油储罐用钢的工业生产.通过对传统钢和工业试制钢焊接热模拟和气电立焊实验的冲击韧性对比,分析夹杂物数量、类型及尺寸对焊接热影响区组织的影响.结果表明:钢板的力学性能符合国标要求,屈强比小于0.9,在400 kJ/cm的焊接热输入条件下,熔合线组织为多边形先共析铁素体和晶内大量针状铁素体,具有良好的低温冲击韧性.尺寸为1~3μm的含TiOx-Al2O3-MnS类夹杂物最有利于晶内针状铁素体(IAF)形核.     

钛稀土复合处理对C--Mn钢粗晶热影响区组织及韧性的影响

利用Gleeble-1500D热模拟机进行焊接热影响区热循环模拟实验,研究了在焊接热输入为65 kJ·cm-1时稀土单独处理和钛稀土复合处理对C-Mn钢粗晶热影响区组织及冲击韧性的影响,并利用扫描电镜观察和分析了实验钢中的夹杂物和冲击断口形貌,利用光镜观察了热循环模拟后实验钢中的微观组织.实验结果表明:稀土单独处理和钛稀土复合处理的试样微观组织分别主要是晶界铁素体+块状铁素体+针状铁素体和晶界铁素体+晶内针状铁素体.经稀土单独处理的试样中夹杂物为La2 O2 S+锰铝硅酸盐+MnS复合夹杂;钛稀土复合处理的试样中的夹杂主要是La2 O2 S+TiOx+锰铝硅酸盐+MnS复合夹杂.钛稀土复合处理钢中的复合夹杂更细小,有利于形成细小的晶内针状铁素体.钛稀土复合处理极大地改善了实验钢的焊接热影响区低温冲击韧性,比稀土单独处理对试样的冲击性能提升效果更好.