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。     

高品质轴承钢LF--VD过程非金属夹杂物演变规律

对国内一钢厂EAF→LF→VD→CC工艺生产的高品质GCr15轴承钢进行系统取样,针对DS类非金属夹杂物随机性强的特点,利用能够进行大面积试样检测的ASPEX自动扫描电镜分析统计钢中非金属夹杂物的成分、尺寸、数量等信息。研究发现：GCr15轴承钢冶炼过程中非金属夹杂物主要为MgO- Al2 O3- CaO复合夹杂物和MnS,同时有少量的SiO2- Al2 O3和MgO-Al2 O3复合夹杂物;夹杂物尺寸主要集中在3~8μm,并有少量DS类夹杂物出现且尺寸范围波动很大,最大可以达70μm以上,形貌为圆形或近似圆形;VD有较强的去除夹杂物功能,经过VD真空精炼,夹杂物中CaO含量有增加趋势;吊包至铸坯过程,夹杂物成分向Al2 O3含量增多的区域移动,最终轴承钢铸坯中夹杂物成分位于高Al2 O3含量(≥80%),少量MgO (<20%)和低CaO(<5%)的区域;DS夹杂物的生成和去除具有较强的随机性。     

精炼渣成分与轴承钢夹杂物类型关系热力学分析

针对轴承钢中钙铝酸盐大型夹杂物的控制问题,通过计算GCr15轴承钢中尖晶石MgO·Al2 O3、钙的铝酸盐CaO·6Al2 O3夹杂物生成热力学,分析精炼渣成分与夹杂物类型之间的定量关系.结果表明：当钢水中含有质量分数0.10×10-6的溶解钙[Ca]时,只要溶解镁[Mg]质量分数小于10×10-6,MgO·Al2O3就会被[Ca]还原成 CaO·6Al2O3;当精炼渣碱度为7.04,(MgO)质量分数为1.38%时,钢水中溶解[Mg]质量分数比临界[Mg]质量分数低56%,夹杂物以尺寸大于10μm的CaO-Al2O3系复合夹杂为主;当精炼渣碱度为3.75,(MgO)质量分数3.14%时,钢水中溶解[Mg]质量分数比临界[Mg]质量分数低14%,夹杂物以尺寸小于8μm的MnS包裹MgO·Al2 O3复合夹杂为主;当精炼渣钙铝比C/A为1.8~2.0时,控制精炼渣碱度R为4.5~5.5,(MgO)质量分数为3%~5%,即能使钢中MgO·Al2O3保持稳定而不转变为CaO·6Al2O3.     

EBT-LF-VD-CC工艺冶炼GCr15轴承钢氧含量的控制

通过铁水预处理-EBT-吹氩-LF精炼-VD真空处理-连铸工艺生产轴承钢GCr15的实践,得出冶炼终点钢水碳含量为0.50~0.70%时,钢水氧含量在50×10-6~120×10-6之间,经出钢时脱氧、吹氩、LF精炼及VD真空处理后,中间包钢水中的全氧含量为(10～12)×10-6,铸坯中全氧<11×10-6。分析表明,加强熔池搅拌,使钢渣充分反应,控制终点碳含量和成品铝含量,采用高碱度渣精炼,VD真空处理,可使轴承钢中全氧进一步降低。     

脉冲电压对GCr15轴承钢凝固组织的影响

首次在实验室条件下将电脉冲处理运用于GCr15 轴承钢凝固组织的研究,通过改变脉冲电压得到了枝晶显著细化的凝固组织,在一定程度上使GCr15轴承钢的珠光体发生粗化变化.并且对电脉冲细化金属的机理进行了探讨.     

基于数字图像处理的GCr15轴承钢金相组织定量分析

通过对GCr15轴承钢淬火+回火热处理后显微组织的扫描电镜金相图片的研究,探索一种实现其金相组织定量分析的数字图像处理方法.以Matlab软件为工具,采用数字图像处理中的灰度化、灰度调整以及形态学运算的数字化处理方法,计算碳化物颗粒所占比例的多少,从而实现轴承钢热处理质量评价.结果表明:运用数字图像处理技术可有效提取和量化淬火+回火热处理后的GCr15轴承钢中碳化物颗粒;试件轴承外圈比圆锥滚子的碳化物含量少得多,从而其力学性能也不相同.     

RH精炼脱碳与夹杂物控制

为了提高RH精炼处理效率及钢水的洁净度,鞍钢股份有限公司炼钢总厂针对RH精炼装置脱碳、氧含量和夹杂物控制等相关工艺进行了研究和改进.通过控制转炉粗钢液中的碳氧含量、快速提高RH真空度、增加提升钢液的驱动气体氩气流量、吹氧强制脱碳、延长真空脱碳时间、增大插入管管径以及改善插入管形状维护等措施,保证了RH精炼的脱碳效果.通过控制钢包及浇注过程增碳,保证了成品碳稳定控制在20×10-6以下;同时优化了RH精炼升温工艺,并开发硅脱氧、镁脱氧及中间包改质工艺,显著降低了钢坯的全氧含量,降低了冷轧夹杂比率,从而确定了合理的RH冶炼超低碳钢工艺参数及RH精炼搬出后超低碳钢增碳的控制工艺.     

GCr15轴承钢中MnS-Al_2O_3复合夹杂物析出行为

对于钢液铝脱氧精炼过程产生的Al_2O_3夹杂物严重影响钢的性能,而在钢液凝固过程中MnS夹杂物容易包裹着Al_2O_3夹杂物形成复合夹杂物,这种复合夹杂物改善钢材的性能有重要意义。通过场发射扫描电镜和能谱对国内某钢厂连铸坯中夹杂物形貌以及组成进行观察与分析,发现大量MnS包裹Al_2O_3复合夹杂物。同时通过理论热力学阐述MnS包裹Al_2O_3复合夹杂物的析出机理,计算得出:Al_2O_3夹杂物在钢液中形成,Mn S夹杂物在钢液凝固过程中形成,由于Al_2O_3夹杂物先析出,Mn S夹杂物可以在先析出的Al_2O_3夹杂物进行形核与长大,为钢中MnS包裹Al_2O_3复合夹杂物生成提供了理论依据。     

轴承钢中夹杂物与接触疲劳裂纹萌生的关系

通过在国产JPM—1型接触疲劳试验机上对国产GCr15、瑞典SKF及美国SAE52100三种类似的轴承钢进行的接触疲劳试验,观察到许多接触疲劳微裂纹及引起裂纹萌生的夹杂物。利用金相显微镜、扫描电镜观察并测量萌生裂纹的夹杂物形状、尺寸、位置,并用图相分析仪测定出夹杂物尺寸分布,从而找出轴承钢中夹杂物与接触疲劳裂纹萌生之间的定量关系,为提高轴承钢冶金质量,完善夹杂物评级标准提供科学依据。     

硫化物对GCr15轴承钢疲劳寿命的影响

硫使钢产生“热脆”,异相夹杂物使钢基体产生嵌镶应力,对基体产生划伤、割裂作用,破坏机体的连续性.不同类型异相夹杂因其形状、性能、分布、线膨胀系数等的不同而对基体产生的影响迥异.硫化物夹杂因其塑性好、线膨胀系数大、对轴承钢疲劳寿命影响较小.对硬脆夹杂物有包裹作用而对轴承钢疲劳裂纹的产生、发展有一定阻碍作用.但在脆性夹杂物大幅度降低条件下,硫(硫化物杂夹)含量范围应当予以限制.     

BOF-LF-CSP工艺低碳铝镇静钢精炼过程的夹杂物变化

对BOF-LF-CSP工艺生产低碳铝镇静钢精炼过程连续密集取样,运用ASPEX扫描电镜统计分析了夹杂物成分、尺寸分布和数量变化.发现喂铝线后夹杂物数密度和面积分数都急剧增加.精炼20 min至钙处理前软吹期间,夹杂物数密度变化不大,但夹杂物面积分数却明显下降.精炼结束时主要为含有少量CaO的MgO-Al2O3尖晶石类夹杂.钙处理后,夹杂物数密度和面积分数都有增加,主要为钙铝酸盐和由于喂入过量钙生成的CaS夹杂.     

贝氏体等温淬火工艺在GCr15钢制柱塞套上的应用

介绍了油泵柱塞套淬火工艺的发展,并对GCr15制柱塞套采用马氏体等温分级淬火与贝氏体等温淬火工艺进行了比较,根据GCr15柱塞套的技术要求,给出了贝氏体等温淬火工艺执行过程中的要素控制方法,为柱塞套的热处理生产提供了控制依据。     

高级别船板钢炉外精炼过程洁净度研究

为了研究采用BOF-LF-RH-CC工艺生产的A32船板钢洁净度水平,进行了三炉工业实验.通过对冶炼过程系统取样分析,研究了钢中总氧、氮含量变化,夹杂物的转变规律及机理.结果表明:该工艺生产的船板钢有较高的洁净度,中包总氧控制在2×10-5以下,氮含量控制在4×10-5以下;LF精炼过程中,钢中总氧、夹杂物数量密度和平均尺寸均降低,夹杂物转变为Ca O-Mg O-Al2O3三元系;RH精炼过程中,钢中总氧和夹杂物数量密度降低,而夹杂物平均尺寸升高;钙处理过程中,夹杂物数量密度升高,而夹杂物平均尺寸降低,夹杂物转变为Ca O-Al2O3-Ca S三元系.     

预处理对GCr15轴承钢淬火组织与性能的影响

研究了球化退火和固溶+高温回火两种预热处理工艺对GCr15轴承钢淬火组织、硬度、冲击韧性和抗拉强度的影响.结果表明,两种预处理工艺都明显地细化了碳化物颗粒,其中经固溶+高温回火预处理的轴承钢具有较好的碳化物细化效果和细小晶粒的终处理组织,并获得了较高的硬度和抗拉强度值.在预处理都为球化退火工艺、终处理回火温度不同时,经较低回火温度(160℃)处理的轴承钢可获得良好的强韧性能.     

等温淬火处理对铸造GCr15钢机械性能的研究

利用废旧GCr15钢材进行熔炼,直接用砂型浇铸得到成形铸件,研究了经等温淬火工艺对铸造GCr15钢机械性能的影响.结果表明等温淬火处理可以较大幅度提高铸造GCr15钢的抗拉强度及冲击韧性.在240~300℃温度下等温淬火,硬度可以保持在HRC50以上,冲击韧性在12J/cm2到24 J/cm2之间.     

Control of the precipitation of TiN inclusions in gear steels

In the 20CrMnTi steel production process, the nitrogen content increased by 19 × 10?6 and 29 × 10?6, respectively, during ladle furnace (LF) refining and during the casting process from ladle to tundish. The protective casting is the key to decrease the N content. The results of thermodynamic calculations and a growth kinetics investigation show that TiN formation occurs only when the solidification fraction is greater than 0.533 under the controlled conditions used in this study for the manufacture of 20CrMnTi steel; the radius of TiN particles decreases as the Ti and N contents decrease and as the cooling rate increases. Furthermore, the theory of austenite grains controlled by second-phase particles was analyzed. The elemental analysis results showed that the Ti content was controlled at 0.04wt%–0.06wt% and the N content decreased to 0.005wt%, which satisfy the requirements for grain refinement but can also effectively prevent the precipitation of TiN inclusions in 20CrMnTi steel.     

RH精炼添加钙合金去除硅钢夹杂物研究

采用RH精炼添加钙合金方式对硅钢进行钙处理。结果表明,钙合金添加量为0.67、1.00、1.67kg/t钢时,钢中钙含量分别为0、2×10-6、4×10-6;随着钙合金添加量增大,钢中夹杂物粒度逐渐由0～2μm向2～4、4～6μm偏移;不同钙处理条件下,钢中均存在粒径小于1μm和粒径为1～5μm的MnS、CuxS夹杂物,后者或单独存在,或同AlN、CaS夹杂复合;粒径为5～10μm区间,钢中的夹杂物基本以钙的氧、硫化物为主。与钙处理前相比,钙合金添加量为0.67、1.00、1.67kg/t钢时,粒径小于1.0μm的微细夹杂物减少幅度分别为68.06%、87.50%、94.94%。钙合金添加量为1.67kg/t钢时,可以去除钢中绝大部分的微细夹杂物。     

N+注入GCr15钢摩擦磨损性能研究

通过多种表面测试手段对氮离子注入GCr15钢的摩擦磨损性能进行了研究.结果表明,由于离子注入引起注入层显微硬度提高,表面残余压应力增大,表面粗糙度降低,以及注入层形成了大量细小弥散分布的硬质析出相ε-Fe2-3N,使摩擦磨损机理发生了变化,从而改善了材料的摩擦学性能.在本实验条件下,所得最佳参数为注入剂量4×1017ions/cm2,注入能量100 keV