高品质GCr15轴承钢二次精炼过程中夹杂物的演变规律

采用FE-SEM/EDS研究了转炉流程生产的GCr15轴承钢LF、RH精炼过程中夹杂物的演变规律,分析了其演变机理。结果表明:钢中复合夹杂物的演变规律可归纳为:Al2O3→MgO·Al2O3→(CaO-MgO-Al2O3-(CaS))复合氧化物夹杂和Al2O3→(Al2O3-MnS)→(Al2O3-MnS-Ti(C,N))复合氧硫碳氮物夹杂2种方式。LF精炼过程脱硫作用明显,钢中的硫化物夹杂数量大幅减少。LF精炼初期钢中主要是MnS、Al2O3、TiN的单相夹杂物。LF精炼结束后钢中的夹杂物演变为Al2O3为核心外包氧化物及MnS、TiN、Ti(C,N)、CaS的复合夹杂物。精炼渣中的CaO和耐火材料中的MgO经还原后与钢中溶解氧反应导致LF精炼结束时D类夹杂物增加。RH及软吹处理进一步强化了去除钢中的硫化物,但D类及其与A、T类复合的夹杂物含量增加。在LF阶段,夹杂物尺寸主要集中在1~3μm范围内,到RH阶段,夹杂物尺寸则主要集中分布在小于1μm的粒度范围。最大夹杂物尺寸由10.79μm降到5.68μm,单位面积夹杂个数由372个/mm2降到258个/mm2。RH及软吹处理有效地降低了钢中大于3μm的夹杂物。     

原位观察TiN粒子对低合金高强度钢模拟焊接热影响区粗晶区晶粒细化作用

采用高温激光共聚焦显微镜原位观察和电子背散射衍射技术研究TiN粒子在低合金高强度钢模拟大线能量焊接热循环过程中晶粒细化效果。研究发现合理的Ti和N含量能形成大量细小弥散分布的纳米级TiN粒子,在焊接热循环过程中有效钉扎热影响区粗晶区奥氏体晶界,抑制晶粒粗化。同时,TiN附着在Al2 O3表面析出,在冷却过程中有效促进针状铁素体形核,得到有效晶粒尺寸非常细小的由少量针状铁素体和大量贝氏体构成的复合组织。     

铝含量对TWIP钢中夹杂物特征及AlN析出行为的影响

采用扫描电镜、X射线能谱仪以及扫描电镜配置的夹杂物自动扫描统计软件(INCAFeature)表征了Fe-Mn-C(-Al)系TWIP钢中夹杂物的成分、形貌和数量,考察了Al质量分数在0.002%~1.590%的四种TWIP钢中夹杂物的特征和Al含量对AlN析出行为的影响.并在此基础上,采用了适合TWIP钢中高锰高铝特点的热力学参数对AlN夹杂物进行了系统的热力学分析.研究表明,在含有相似N质量分数(0.0078%~0.0100%)的TWIP钢中,当钢中Al质量分数升高至0.75%时,AlN夹杂物开始在钢中析出,并在MnS(Se)-Al2O3上局部析出形成MnS(Se)-Al2O3-AlN复合夹杂;当Al质量分数升高至1.07%时,热力学计算表明AlN已经可以在TWIP钢液相中形成,经不断长大后在MnS(Se)夹杂物表面局部析出形成MnS(Se)-AlN复合夹杂物;在Al质量分数为1.59%的TWIP钢中,AlN的平衡析出温度比其液相线温度高出42 ℃,在液相中形成的AlN可以作为异质核心,MnS(Se)夹杂在其表面包裹形成MnS(Se)-AlN复合夹杂物.另外,在Fe-18.21%Mn-0.64%C-1.59%Al体系的TWIP钢中,AlN在液相中析出所需的最低氮的质量分数仅为0.0043%.因此,在TWIP钢的冶炼过程中,应尽可能的降低钢中的氮含量,避免生成过量的AlN夹杂.     

1873K下钢液中Ti-Al复合脱氧热力学分析及夹杂物生成

对1873K下钢液中Ti-Al-O系复合夹杂物的形成进行了理论和实验研究. 理论计算和实验结果表明,钢液中Ti-Al-O系的Al-O基本趋于平衡,钢液中自由氧由Al含量控制. Ti-Al-O系复合夹杂物的形成主要由a_(Ti)/a_(Al)值确定. 根据热力学数据计算得出了Ti-Al-O系复合夹杂物(Al_2O_3-Ti_3O_5-Ti_2O_3)的稳定区域;随着a_(Ti)/a_(Al)的增加,夹杂物逐步由Al_2O_3转变为Ti_3O_5夹杂物. 当钢液中自由氧含量较高时容易生成Ti3O5夹杂物. 计算结果和观察到的实验结果一致.     

不同强度级别帘线钢中Ti(C_xN_(1-x))夹杂分析

在真空感应炉中熔炼出3种Ti、N含量相近但强度级别不同的帘线钢钢锭,研究钢液凝固过程中析出碳氮化钛(Ti(CxN1-x))夹杂的尺寸分布特点及其连续固溶体中TiC所占比例与钢中碳含量之间的关系。结果表明,帘线钢在凝固过程中的固液两相区温度随钢液碳含量的升高而降低,可使Ti(CxN1-x)夹杂析出的过饱和度增大,有利于其在钢液凝固过程中析出与长大。随着帘线钢强度级别的提高,钢样中尺寸大于4μm的钛夹杂的比例增加,其平均尺寸也相应增大;72A亚共析帘线钢中未检测到5μm以上的钛夹杂,而82A、92A过共析帘线钢中尺寸大于5μm的钛夹杂析出比例分别达到4.92%和9.52%;钢液凝固过程中析出的Ti(CxN1-x)夹杂中TiC所占比例也随帘线钢强度级别提高而增大。     

超低氧车轮钢中TiN夹杂析出的热力学分析及控制

通过对高速车轮钢中TiN夹杂物析出进行热力学分析,得到了车轮钢的液相线和固相线温度及1873K时Ti、N的活度.对TiN生成反应和钢中Ti、N溶度积进行了计算.结果表明:TiN只能在固相中生成,但在本车轮钢Ti、N含量下,固相中也没有TiN生成的条件,只有在钢液凝固前沿,由于Ti、N在两相区的富集,TiN夹杂物的生成反应得以进行.因此,在生产中,适当提高连铸二冷的冷却速率,使钢液快速凝固,减少凝固前沿Ti、N的富集时间,可减少纯TiN的析出.对本实验车轮钢中TiN夹杂的检测结果进行计算分析可知,在正常生产时铸坯冷却速率条件下,将钢中Ti的质量分数控制在3.5×10-5以下、N的质量分数控制在3.1×10-5以下,理论上可以消除TiN夹杂物的析出,改善车轮钢的疲劳性能,提高车轮的使用寿命.     

过共析帘线钢中碳氮化钛夹杂的析出与固溶

应用热力学方法研究了帘线钢凝固析出碳氮化钛(Ti(CxN1-x))夹杂的性质,以及钢坯加热过程碳氮化钛(Ti(CxN1-x))夹杂分解固溶的热力学条件,并通过实验研究了试样高温加热过程中碳氮化钛夹杂的固溶现象。研究表明:1)帘线钢C含量越高,凝固析出的碳氮化钛夹杂中的x值越高;2)帘线钢C含量越高,凝固过程碳氮化钛夹杂析出就越早,析出碳氮化钛夹杂时的凝固前沿温度越低;3)82A铸坯加热到1 087℃以上时,碳氮化钛夹杂具备分解和固溶的热力学条件;4)实验验证将钢样在1 150℃和1 250℃高温加热后,5μm以上的碳氮化钛夹杂分别下降了55%和70.3%,而试样在1 250℃高温加热后缓冷到1 000℃时发现2μm以下的小夹杂继续在分解,而5μm以上的大夹杂在增加。     

Ti-- Mg 复合脱氧和硫含量对钢中夹杂物特征及 MnS析出行为的影响

采用扫描电镜/能谱仪表征了管线钢中夹杂物的形貌、尺寸、成分及数量,考察了不同 Ti/ Mg 比的钢中夹杂物特征、硫含量及脱氧产物数量对 MnS 析出行为的影响,并进行了热力学计算.结果表明：Ti- Mg 脱氧钢中夹杂物以 MgO- Al2 O3-Ti2 O3、MgO- Ti2 O3或 MgO 为核心,表面包裹或局部析出 MnS,粒径小于1.3μm,数量为300~450 mm -2,形貌为圆形、多边形和方形;夹杂物中 Ti/ Mg 原子数比为0.05~0.2时,夹杂物细小且近圆形;随硫含量减少,凝固过程中 MnS 析出倾向减小, MnS 在夹杂物表面由包裹析出向局部析出转变,提高氧化物夹杂数量,有利于细小 MnS 的包裹或局部异质形核;Ti- Mg 复合脱氧产物细小、弥散,可作为 MnS 异质形核核心,可同时降低 MnS 及氧化物的危害.     

钙处理齿轮钢中氧硫复合夹杂物的热变形能力

采用金相分析、扫描电镜和能谱仪等分析手段,研究了钙处理加硫的DIN 18CrNiMo7-6齿轮钢中氧硫复合夹杂物的形貌、成分和热变形行为. 结果表明:外围硫化物的钙抑制了氧硫复合夹杂物的变形,当外围硫化物的钙原子分数约为5.0%时抑制作用达到饱和;高熔点核心氧化物的面积分数增加,复合夹杂物的变形能力降低,而低熔点核心氧化物对复合夹杂物变形能力的影响不明显.     

无取向硅钢中含镁夹杂物的形成机理分析

通过取样检测和热力学计算,分析了钢中含镁夹杂物的组成特点和形成机理。结果表明:钢中的氧化物主要是与MgS复合的2MgO獉SiO_2或MgO-Al_2O_3-SiO_2类夹杂,析出物主要为MgS、AlN;含MgS的复合夹杂物主要为1~2μm的球状夹杂,因为MgS抑制了MnS的析出,钢中不存在任何形式的MnS夹杂。MgS以包裹在球形氧化物表面、均匀镶嵌在球形夹杂物中、以氧化物为基体或与AlN复合定向析出并长大3种形式存在。热力学计算表明,钢中夹杂物的组成与钢中Mg含量及氧化物特征有关。MgS更容易与含MgO多、硫容量大的MgO-Al_2O_3-SiO_2类夹杂复合析出。MgS以氧化物为基体或与AlN复合定向析出形成的夹杂尺寸更大,其析出长大方式与MgS及夹杂物基体的晶体结构有关。合理控制精炼渣中MgO含量有利于形成含MgS的复合夹杂物,从而减少钢中微细MnS的析出,同时降低钢中MgO獉Al_2O_3的含量。     

电子束在动态混合沉积TiN中的作用

在三束动态混合离子注入机中，研究了电子束对动态混合沉积ＴｉＮ薄膜的硬度，结合力和膜层结构的影响。结果表明，电子束增强了离子束的反应活力，保持了混合过程中温度的均匀性，整个沉积膜层中形成了均匀分布的细纤维状ＴｉＮ晶粒，显著提高了膜层的韧性和结合力。     

IF 钢铸坯厚度方向洁净度演变

采用夹杂物原貌分析、扫描电镜和能谱分析、氧氮分析等手段系统分析了 IF 钢铸坯全厚度方向的洁净度变化及夹杂物分布规律.铸坯厚度方向全氧(T. O)和 N 质量分数平均值均为17×10-6.内、外弧表层1/16内 T. O、N 均高于平均值5%~10%,存在夹杂物聚集带;内弧1/4至外弧1/4区域 T. O、N 水平低于平均值5%~10%;表层1/16至1/4区域接近平均水平.共统计夹杂物963个,夹杂物平均粒径5.7μm,<5μm 占60%, < 10μm 占90%;Al2 O3夹杂主要存在表层5 mm 内,尺寸在2~10μm;TiN- Al2 O3和 TiN 粒子主要在距离表层5 ~ 80 mm,尺寸随深度增加而增大;TiN- TiS 和 TiS 夹杂主要在距离表面80~130 mm,尺寸1~5μm.从铸坯表层到中心主要夹杂物的分布依次是 Al2 O3、Al2 O3- TiN、TiN、TiN- TiS、TiS 和 MnS.     

Properties and Morphology of TiN Films Deposited by Atomic Layer Deposition

In this study,TiN films were deposited on SiO2 substrates by Atomic Layer Deposition(ALD) using TiCl4and NH3 as precursors. Properties and morphology of the TiN films were characterized by different methods.Using Grazing Incidence X-Ray Diffraction(GIXRD),TiN films demonstrated polycrystalline structure with(111)preferred orientation. Film thickness was measured by Spectroscopic Ellipsometry(SE) and a stable growth rate of 0.0178 nm/cycle was reached after 500 deposition cycles,which was consistent with the essence of ALD as a surface-saturated self-limiting reaction. Film resistivity measured by a four-point probe continuously decreased with increasing deposition cycles until it reached the minimum value of 300μΩ cm at 5000 deposition cycles with a thickness of 87.04 nm. The surface roughness and morphology of the TiN films at different deposition cycles ranging from 50 to 400 were analyzed by Atomic Force Microscopy(AFM). The AFM results indicated that the initial film growth follows the Stranski-Krastanov mode.     

TiN薄膜的制备及其纳米力学性能研究

采用磁控溅射工艺制备了TiN薄膜,借助X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜和纳米压痕仪等设备,研究了薄膜制备工艺参数(如基体温度、溅射功率、基体负偏压等)对薄膜的相结构、表面微观形貌、纳米硬度、弹性模量等的影响。结果表明:TiN薄膜为多晶态,其溅射功率、基体负偏压和基体温度等条件对薄膜的形貌、结构及纳米硬度、弹性模量等的影响比较复杂。     

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。     

低碳钢碳氮析出物的热力学计算

钢中的碳氮析出物通过细晶强化和析出强化方式对钢的力学性能有非常重要的作用. 基于规则溶液的双亚点阵模型(其中一个为金属亚点阵,另一个为间隙原子亚点阵)建立了碳氮化钛、氮化铝以及硫化锰的热力学计算模型用以研究析出物的析出开始温度、给定温度的奥氏体成分,并将这一结果应用于CSP过程. 经计算得Ti(CxN1-x),MnS和 AlN的析出温度分别是1 200 ℃,1 440 ℃和1 010 ℃,最大的体积分数分别为2.315×10-5,4.18×10-4和3.1×10-4. 对比发现热力学的计算结果与Thermo-Calc的计算结果和有关文献的实验数据有较好的一致性.     

轴承钢中TiN夹杂物析出的控制

通过对轴承钢中TiN夹杂析出的理论分析,得到不同凝固率下TiN夹杂析出溶解度饱和线,据此提出防止TiN夹杂析出的[Ti]、[N]控制范围,同时提出了生产过程中[Ti]、[N]的控制措施.     

前驱物沉淀法制备硅藻土/TiO2/TiOx的研究

采用溶胶-凝胶法将TiO2包覆在硅藻土(Diatomite)表面,并采用前驱物沉淀法制备包覆平整致密的硅藻土/TiO2/TiOx珠光颜料,探讨了pH值和煅烧温度对最终产物形貌的影响.结果表明:当溶液的pH值为5.0时,黑色钛氧化物颗粒细小,在珠光颜料表面分散比较均匀,包覆平整致密.650℃煅烧时,包覆粒子颗粒细小,包覆平整致密;700℃煅烧时,包覆平整致密,但包覆粒子尺寸较大.     

TiC、TiN、Ti（C、N）粉末制备技术的现状及发展

综述了国内外近年来TiC、TiN、Ti(C、N）粉末的制备技术，分析了这些制备技术的工艺过程和工艺特点，讨论了存在的问题和发展趋势，寻求成本低廉的原材料，利用等离子、微波、激光、电弧等获得高温的新技术，并结合自蔓延合成、机械合金化等手段，低成本规模化制备高质量TiC、TiN、Ti（C、N）超细粉体正成为国内外关注的热点。随着研究深入和制备工艺的改进发展，更简便、经济、有效的制备技术将使TiC、TiN、Ti（C、N）粉末具有更广阔的工业应用前景。