枝晶凝固过程中的微观偏析半解析数学模型

基于典型微观凝固单元体内的溶质质量守恒,结合前人的研究工作,建立了一个适合于枝晶凝固方式的二元合金微观偏析半解析模型.本模型同时考虑了反向扩散和粗化对微观偏析的影响,并对枝晶臂间距的粗化直接进行计算,因此更为精确.若只考虑反向扩散的影响,本模型可以简化为BF模型形式;而如果只考虑粗化的影响,本模型可简化为Mortensen模型.本模型完整地统一了以BF模型为代表的反向扩散类模型和以Mortensen模型为代表的粗化模型.利用本模型同样可以对多元合金的微观偏析进行很好预测.以Fe-C-X(Si,Mn,P,S)合金体系为例对本模型的求解过程进行了详细的阐述.本模型可以很好地预测Al-4.9%Cu二元合金的共晶分数以及Fe-C-X(Si,Mn,P,S)多元合金体系的零强度温度和零塑性温度,并与实测值吻合良好.     

薄带铸轧过程中微观偏析的模拟

针对薄带铸轧过程冷却速率大的特点,采用微观偏析模型对碳钢在薄带铸轧过程中溶质元素的微观偏析进行了模拟,通过模拟给出了铸轧凝固过程中固相率随温度的变化规律,固相率仅在很窄的温度范围内迅速增加·同时给出了冷却速率对溶质元素偏析的影响规律,随冷却速率的增加,溶质元素晶间偏析增大,而晶内偏析较小·在此基础上给出了碳钢薄带双辊铸轧过程中凝固终了温度值,为确定铸带凝固终了点的位置及铸轧过程的稳定性提供了有效的数据,为铸轧薄带的质量分析提供了理论依据·     

连铸坯凝固过程平面枝晶微观偏析模拟研究

为解决连铸钢坯偏析问题,基于菲克第二定律和质量守恒定律,建立了一维平面枝晶生长凝固偏析数值模型。应用有限容积法离散传质方程,离散后的方程用VB编程求解,研究X70管线钢凝固过程中在二次枝晶间距范围内的C,Si,Mn,S,P各元素质量分数分布随凝固进程和冷却速率的变化规律。结果表明:固相率的变化对合金元素在二次枝晶间偏析影响较大,冷却速率对其影响较小;随着固相率的增加,各合金元素的固相成分增加较少,液相成分质量分数快速增加;S和P元素在固相中的分布较均匀,S凝固终了的偏析指数最高,C偏析指数最小。在实际生产中应适当控制S和P元素的含量。     

含氮不锈钢凝固模式及显微组织研究

研究了四种不同N含量的18Mn18Cr N不锈钢的凝固模式、显微组织和元素分布.结果表明:N含量影响18Mn18Cr N合金系的凝固模式和显微组织.氮的质量分数由0.07%增加至0.72%时,实验钢的凝固模式由F模式转变为A模式,显微组织由铁素体和奥氏体魏氏两相组织转变为铁素体和奥氏体两相组织以及单相奥氏体组织.N含量影响奥氏体相形貌,随N含量增加,奥氏体由板条状、针状转变为枝晶间和等轴状.枝晶间和等轴状奥氏体晶粒中存在褶皱形貌,且随着氮含量增加,褶皱数量增多.褶皱的产生与凝固过程中奥氏体相内部Fe、Mn、Cr元素的偏析有关,且该凝固偏析被保留至室温组织中.     

低碳含硼钢中BN的析出行为

以硼质量分数为0.0045%、氮质量分数为0.0039%的低碳含硼钢为研究对象,通过对实验钢在凝固过程中BN析出和长大的热力学与动力学进行分析,并结合实验研究了冷却条件对BN析出与长大行为的影响.结果表明：由于溶质元素B和N在凝固前沿的微观偏析,只有当凝固前沿的固相率大于临界值0.981时,BN才能在凝固前沿析出;在凝固前沿随着固相率的增加,B和N均具有明显的偏析.当固相率接近于1时,硼在剩余液相中的实际含量远高于氮元素的含量,氮的扩散是BN长大的限制性环节;钢液冷却速率的变化对B和N元素的偏析无显著影响,而生成BN的尺寸随着钢液冷速的增加而显著减小.     

熔体超声处理对7050铝合金铸锭宏观偏析的影响

采用SPECTRO-MAXx立式直读光谱仪和Leica金相显微镜,研究超声外场下7050铝合金半连续铸锭中微观组织的演变规律及溶质元素Zn,Mg和Cu的宏观偏析行为。研究结果表明:熔体超声处理后的铸锭组织变得细小,混晶减少,溶质元素的宏观偏析程度得到弱化,且随着超声功率的增大,溶质元素分布更加均衡,在240 W超声功率作用下,Zn,Mg和Cu的偏析比由未加超声时的1.243,1.158和1.190分别降低为1.086,1.098和1.110;超声外场的引入使得液穴变浅,由铸锭收缩引起的溶质元素在枝晶间的横向流动作用减弱;晶粒的有效细化导致液固两相的相对运动速度减弱;溶质原子的扩散程度得到强化是超声弱化偏析的主要原因。     

高炭钢连铸坯凝固过程溶质宏观偏析的数值模型

采用Fe-C二元合金的紊流、凝固传热及溶质传输三维耦合模型,针对铸坯不同碳质量分数对凝固过程溶质分布的影响进行数值模拟,凝固过程以柱状晶生长方式进行,遵循局部热力学平衡研究发现,与低碳钢相比,高碳钢的凝固坯壳较薄,等温曲线较为光滑,糊状区范围较大碳质量分数较高的钢种,偏析较轻;而低碳钢,偏析较为严重.     

微观偏析模型在碳钢内裂纹敏感性分析中应用

研究了微观偏析的理论模型对碳钢连铸过程中内裂纹的敏感性，模型中考虑了铁素全凝固向奥氏体凝固的转化过程，以及ＭｎＳ的析出，主要讨论了钢中Ｃ，Ｍｎ，Ｓ，Ｐ对凝固过程中晶间偏析、零强度温度、零塑性温度的影响。     

X1215易切削钢连铸坯成分偏析的研究

采用化学分析和低倍酸浸实验方法研究了低碳高硫易切削钢连铸坯的C、Si、Mn、P、S的成分偏析特征并分析其形成原因.结果表明,连铸坯的C、Si、Mn、P、S的偏析度均在0.9～1.1之间,S、P元素存在中心负偏析,低倍酸浸实验检测发现连铸坯存在中心疏松.分析认为,中心疏松是导致中心元素负偏析的主要原因.     

电磁场作用下钢基自生复合材料C、Mn元素偏析及凝固组织

研究了电磁场对团球γ (Fe，Mn)3C共晶体增强奥氏体钢基自生复合材料(EAMC)中C、Mn元素的偏析及凝固组织的作用．结果表明，电磁场促进C、Mn元素的偏析；电磁场作用后，EAMC组织中的团球共晶体体积分数增加，在奥氏体基体中呈弥散分布；另外，在基体内出现内生的奥氏体晶粒，这是由于电磁搅拌作用下，初生奥氏体晶粒在发展过程中分枝断裂所致．运用电磁场理论与非平衡凝固理论分析了电磁场对EAMC组织影响的机制：电磁场作用的热与搅拌效应可以减小溶质的有效分凝系数keff,为初生奥氏体(γ-Fe)枝晶的充分分枝提供了时空条件以及热力学与动力学条件，有利于团球共晶体的生成与体积分数的增加．     

Effect of tin addition on the microstructure and properties of ferritic stainless steel

This article reports the effects of Sn on the inclusions as well as the mechanical properties and hot workability of ferritic stainless steel. Precipitation phases and inclusions in Sn-bearing ferritic stainless steel were observed, and the relationship between the workability and the microstructure of the steel was established. Energy-dispersive X-ray spectroscopic analysis of the steel reveals that an almost pure Sn phase forms and MnS-Sn compound inclusions appear in the steel with a higher Sn content. Little Sn segregation was observed in grain boundaries and in the areas around sulfide inclusions; however, the presence of Sn does not adversely affect the workability of the steel containing 0.4wt% Sn. When the Sn content is 0.1wt%-0.4wt%, Sn improves the tensile strength and the plastic strain ratio and also improves the plasticity with increasing temperature. A mechanism of improving the workability of ferritic stainless steel induced by Sn addition was discussed:the presence of Sn lowers the defect concentration in the ultra-pure ferritic lattice and the good distribution of tin in the lattice overcomes the problem of hot brittleness that occurs in low-carbon steel as a result of Sn segregation.     

含锡铁素体不锈钢夹杂物的冶金行为

基于新型含锡铁素体不锈钢，采用冶金反应平衡对其冶炼过程进行实验室条件下的研究分析了锡在不锈钢冶炼过程的收得率及锡的添加对不锈钢基体的微观结构的影响规律，分析脱氧夹杂物的形貌和成分演变结果表明，尽管锡的熔点极低，其收得率较高;锡在硫化锰周围富集现象比较明显，夹杂物周围被锡包裹，电镜下呈白色，氧化物夹杂周围未见锡的富集;从金相分析结果发现，当锡质量分数不小于03%时，晶界析出物中锡的质量分数高于基体，即存在锡在晶界的偏析现象.     

含锡铁素体不锈钢的开发及性能研究

基于新型含锡铁素体不锈钢，采用冶金反应平衡对其冶炼过程进行实验室条件下的研究，对其室温力学性能、耐腐蚀性能进行了研究，同时分析Sn对铁素体不锈钢基体的微观结构的影响规律，分析脱氧夹杂物的形貌和成分演变.研究结果表明，尽管锡的熔点极低，其收得率较高，锡在硫化物周围的富集现象明显；含锡铁素体不锈钢性能优于SUS430不锈钢，具有较好的塑形和强度，可满足深冲加工性能的要求，而耐腐蚀性能明显优于SUS430铁素体不锈钢，可部分代替其在生产中的应用.     

稀土元素对耐候钢元素偏析的影响

应用金属原位统计分布分析技术(OPA)研究了耐候钢铸锭中C、P、S、Cu、Si和Mn的宏观偏析规律,并分析了稀土元素对耐候钢中元素偏析的影响.结果表明,在30%～40%等轴晶率,20℃过热度下,元素C、S、P和Cu能产生严重的宏观偏析,C、S呈中心正偏析,P、Cu呈中心负偏析并伴随有反偏析,而Si和Mn的分布较为均匀.各个元素中心偏析位置完全相同.稀土元素在钢中的固溶度为10-5～10-4,固溶稀土元素可以细化枝晶,提高等轴晶率.钢中加入质量分数0.38%～0.55%的稀土元素可以有效改善C、S、P和Cu的宏观偏析.     

Fe-8/11Mn-4Al-0.2C钢的力学性能及应变硬化行为

对Fe-8Mn-4Al-0.2C(8Mn)和Fe-11Mn-4Al-0.2C(11Mn)实验钢进行不同温度的淬火热处理,实现奥氏体体积分数和稳定性的最优化.通过拉伸实验可得,8Mn钢和11Mn钢在淬火温度为750℃时,获得最佳的力学性能组合,即强塑积为46.4 GPa%和66.9 GPa%.8Mn-750试样和11Mn-750试样在拉伸过程中表现出相同的三阶段应变硬化行为.通过XRD测定变形过程中奥氏体体积分数的变化,研究发现TRIP效应主要发生在变形的第二和第三阶段.11Mn-750试样由于具有更高的奥氏体含量、转变量和稳定性,使得其塑性远远高于8Mn-750试样.     

低碳贝氏体钢在薄液膜下的初期腐蚀

用质量分数3.5%的NaCl溶液作为腐蚀液,滴于低碳铁素体钢、09CuPCrNi钢和低碳贝氏体钢的表面并形成薄液膜,用金相显微镜观测薄液膜下三种钢的初期腐蚀.低碳铁素体钢和09CuPCrNi钢均出现了明显的晶界择优腐蚀,而低碳贝氏体钢没有出现明显的晶界择优腐蚀.钢基体的电化学阻抗谱和极化曲线测量结果显示低碳贝氏体钢具有最高极化电阻和最小腐蚀电流,表明细晶组织的低碳贝氏体钢的初期腐蚀速率低于其他两种钢.     

退火方式对含硼冷轧深冲搪瓷钢组织性能的影响

在实验室条件下研究了罩式退火和快速连续退火两种方式对含硼搪瓷钢微观组织、力学性能和抗鳞爆性能的影响.结果表明:适当增加Mn，S的质量分数和添加微量B，实验钢不同方式退火板的性能均较好；连续退火板强度稍高于罩式退火板，伸长率A50和rm值明显高于罩式退火板，综合力学性能较好；连续退火板的氢扩散速率明显小于罩式退火板，主要得益于采用快速连续退火得到的实验钢中铁素体晶粒内存在大量弥散分布的渗碳体颗粒作为有效氢陷阱；采用快速连续退火可以实现含硼搪瓷钢良好的力学性能和抗鳞爆性能的匹配.     

铁素体不锈钢在盐酸溶液中的缓蚀行为控制

通过电化学方法、失重曲线和SEM分析，考察了铁素体不锈钢在盐酸溶液中的腐蚀过程，重点分析了SDS和SAD两种缓蚀剂对盐酸溶液中不锈钢腐蚀行为的控制作用.研究结果表明:不锈钢在单一盐酸溶液中始终保持活性溶解状态，腐蚀方式以均匀腐蚀为主，沿晶界处易发生晶间腐蚀.SDS和SAD缓蚀剂均为界面型缓蚀剂，其缓蚀效率存在极大值.当缓蚀剂质量分数为0015%时，两种缓蚀剂均表现出良好的缓蚀性能，可降低不锈钢在盐酸溶液中的腐蚀速度.在相同浓度条件下，SAD缓蚀效率高于SDS缓蚀剂.     

武钢耐H2S腐蚀X52MS钢组织及性能分析

对武钢生产的X52MS管线钢进行组织及性能检验,对其HIC性能及力学性能影响因素进行分析。结果表明,武钢生产的X52MS钢具有满足技术标准的强度和冲击韧性,HIC性能优异,其组织为铁素体+少量珠光体,带状组织级别为0.5级;降低X52MS钢中的Mn、P、S含量,有利于抑制因成分偏析引起的带状组织的形成,从而提高X52MS钢的抗HIC能力;卷取温度的降低会减弱强化析出效果,导致X52MS钢的屈服强度、抗拉强度、屈强比和冲击韧性降低。