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25CrMnMo钢表面缺陷成因分析及控制

河北冶金 2024年第3期 45-50页

作者：陈玉凤刘宇航宋景凌李恒华周旋杨树峰刘威李京社北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 衡阳华菱钢管有限公司炼钢分厂湖南衡阳421001

通过宏观形貌观察、微观组织(SEM)和能谱分析(EDS)等手段,分析了25CrMnMo钢管生产过程中表面缺陷产生的原因,并进行了系统优化。通过对25CrMnMo钢的理化性能分析,发现钢管表面宏观缺陷存在结晶器保护渣剥落现象,而微观分析发现钢管皮下... 详细信息

通过宏观形貌观察、微观组织(SEM)和能谱分析(EDS)等手段,分析了25CrMnMo钢管生产过程中表面缺陷产生的原因,并进行了系统优化。通过对25CrMnMo钢的理化性能分析,发现钢管表面宏观缺陷存在结晶器保护渣剥落现象,而微观分析发现钢管皮下含有许多大尺寸FeO-Na2O-Al2O3-CaO不规则夹杂物。同时,将钢管表面缺陷处夹杂物成分与长水口、浸入式水口以及炉渣成分、结晶器内保护渣进行对比分析,发现钢内夹杂物中Na、Al为结晶器保护渣的代表元素,推断原工艺条件下,卷入且来不及上浮的结晶器保护渣在凝固前沿时被凝固坯壳捕获,并形成表面及皮下夹杂缺陷是25CrMnMo钢管出现缺陷的主要原因。通过将浸入式水口的插入深度由80~130 mm改为90~130 mm,电磁搅拌电流由300 A降为200 A,频率3.0 Hz不变等降低卷渣指数的措施,有效改善了25CrMnMo钢结晶器卷渣问题,提高了铸坯质量。

关键词： 25CrMnMo 表面缺陷结晶器保护渣水口深度电磁搅拌

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镍基铸造高温合金高周疲劳研究进展

失效分析与预防 2024年第3期19卷 216-224页

作者：孙志军陈皓晖赵云松张迈窦学铮张剑杨振宇杨树峰北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095 中国人民解放军32382部队北京100072

由于航空发动机和燃气涡轮中的高温部件工作环境恶劣,存在高温、高压强、高振动等复杂工况,合金材料在此环境下需要长期保持优良的力学性能。镍基铸造高温合金被广泛应用于航空发动机、燃气涡轮等高温环境下的零部件中,其高温下的稳定... 详细信息

由于航空发动机和燃气涡轮中的高温部件工作环境恶劣,存在高温、高压强、高振动等复杂工况,合金材料在此环境下需要长期保持优良的力学性能。镍基铸造高温合金被广泛应用于航空发动机、燃气涡轮等高温环境下的零部件中,其高温下的稳定性和力学性能是保证这些部件长期安全运行的重要因素。在高温高压等复杂环境下,合金材料会反复承受应力,导致疲劳损伤。高周疲劳是镍基高温合金失效的主要因素之一。由于材料在高应力状态下反复加载,导致其微观裂纹逐渐扩展,合金的服役寿命受到极大影响,对镍基高温合金高周疲劳性能的研究显得尤为重要。高周疲劳的发生与多种因素有关,其中包括合金的组织结构、应力水平、试验条件、表面缺陷等。本文分类讨论镍基铸造高温合金的高周疲劳机制在不同温度下的区别,研究不同失效状态下的规律特征以及其对合金高周疲劳的影响,对于研究叶片材料服役寿命规律,提高服役时间,降低研发周期具有指导意义。

关键词：镍基铸造高温合金高周疲劳疲劳性能疲劳断裂

开浇过程二次氧化对铝脱氧不锈钢中夹杂物的影响

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工程科学学报 2023年第5期45卷 737-746页

作者：凌海涛吴锦圆常立忠杨树峰仇圣桃安徽工业大学冶金工程学院马鞍山243002 江苏永钢集团有限公司张家港215628 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心北京100081

为了研究铝脱氧不锈钢开浇过程中二次氧化对钢水洁净度和夹杂物演变的影响,实现钢中夹杂物的有效控制,分别在LF精炼出站、开浇过程中不同时刻取样,采用扫描电镜、ASPEX自动分析仪、热力学计算等不同方法研究了铝脱氧不锈钢中夹杂物的形... 详细信息

为了研究铝脱氧不锈钢开浇过程中二次氧化对钢水洁净度和夹杂物演变的影响,实现钢中夹杂物的有效控制,分别在LF精炼出站、开浇过程中不同时刻取样,采用扫描电镜、ASPEX自动分析仪、热力学计算等不同方法研究了铝脱氧不锈钢中夹杂物的形貌、成分、数量和尺寸分布,确定了铝脱氧不锈钢开浇过程中夹杂物的演变行为和对应机理。研究结果表明,开浇过程钢中氧氮质量分数、夹杂物数密度变化规律类似,20 min时分别增加至7.4×10^(−5)、0.0674%、17.1 mm^(−2),此后随着浇铸过程进行逐渐降低;LF精炼出站时钙处理改性夹杂物效果较好,其类型主要为CaO−Al_(2)O_(3)−SiO_(2)−MgO,开浇过程中二次氧化降低了钙处理操作的作用效果,20 min时夹杂物类型转变为MnO−Al_(2)O_(3)−SiO_(2)−CaO复合夹杂物,浇铸约60 min时,连铸过程中钢水的洁净度基本达到稳定,此时夹杂物类型重新转变为CaO−Al_(2)O_(3)−SiO_(2)−MgO;二次氧化使得钢液中氧质量分数较高,促进了MnO−Al_(2)O_(3)−SiO_(2)−CaO夹杂物的生成,而钢中大尺寸的CaO−Al_(2)O_(3)−SiO_(2)−MnO−(MgO)夹杂物主要通过夹杂物间的碰撞聚合形成;凝固过程中随着温度的降低,促进了MgO·Al_(2)O_(3)尖晶石相和CaO·2MgO·8Al_(2)O_(3)相的析出,提高了夹杂物中Al_(2)O_(3)组分的含量。

关键词：铝脱氧不锈钢二次氧化洁净度夹杂物凝固过程

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冶炼工艺对FGH96合金洁净度的影响

中国冶金 2023年第3期33卷 62-67页

作者：谷雨赵朋袁艺杨树峰北京钢研高纳科技股份有限公司北京100083 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083

研究了不同冶炼工艺对粉末高温合金洁净度影响,通过扫描电镜及能谱仪对比研究了真空感应熔炼(VIM)、真空水平连铸(VHCC)和真空感应熔炼(VIM)+电渣重熔(ESR)3种冶炼工艺对FGH96母合金棒料杂质元素含量及夹杂物成分、形貌、尺寸、数量的... 详细信息

研究了不同冶炼工艺对粉末高温合金洁净度影响,通过扫描电镜及能谱仪对比研究了真空感应熔炼(VIM)、真空水平连铸(VHCC)和真空感应熔炼(VIM)+电渣重熔(ESR)3种冶炼工艺对FGH96母合金棒料杂质元素含量及夹杂物成分、形貌、尺寸、数量的影响。研究结果表明,采用VHCC或VIM+ESR双联工艺比采用VIM单联工艺制备的粉末母合金具有更高的洁净度。3种冶炼工艺生产的母合金棒料中夹杂物均由氧化物夹杂、碳氮化物夹杂和以氧化物为核心的碳氮化物复合夹杂组成。VIM单联制备的母合金棒料夹杂物数量和尺寸明显高于VHCC和ESR生产的棒料;VHCC棒料中夹杂物数量最少,且分布均匀;ESR棒料夹杂物尺寸最小,但边缘处夹杂物数量最多。3种工艺生产的棒料通过等离子旋转电极制粉后,筛出的夹杂物数量变化趋势与母合金基本一致,VIM+ESR冶炼工艺可以有效提高FGH96合金棒料及其粉末洁净度。

关键词：真空感应熔炼真空水平连铸电渣重熔夹杂物 FGH96合金

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电弧等离子体多物理场分布特征

机械工程学报 2022年第8期58卷 153-159页

作者：赵梦静王勇杨树峰段卫平刘威李京社北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 天津铁厂有限公司邯郸056404

等离子弧加热技术被广泛应用于冶金领域,采用磁流体动力学理论(Magnetohydrodynamic theory,MHD)建立直流电弧等离子体的数学模型,利用Fluent软件求解电磁场、温度场、速度场的耦合过程,研究不同弧长大小,不同入口速度对电弧温度分布、... 详细信息

等离子弧加热技术被广泛应用于冶金领域,采用磁流体动力学理论(Magnetohydrodynamic theory,MHD)建立直流电弧等离子体的数学模型,利用Fluent软件求解电磁场、温度场、速度场的耦合过程,研究不同弧长大小,不同入口速度对电弧温度分布、形貌、轴向速度分布和电流密度分布的影响。研究结果表明,弧长大小和入口速度对电弧特征分布有明显影响,但不是线性相关。电弧温度沿轴向降低,径向温度分布是以轴线为中心沿两侧径向逐渐降低,等离子弧温度呈“钟型”分布。电弧中心轴线速度在阴极处急剧增加然后逐渐降低。沿轴向方向,电流密度呈指数下降趋势。当入口速度为10 m/s时,随着弧长的增加,电弧有效作用面积范围也增加,当弧长为20 mm或25 mm时,射流现象最明显,轴向最大速度可达到约408 m/s。研究结果解释了不同弧长和入口速度对电弧特征的影响规律,为电弧等离子体加热工艺的应用提供了理论依据。

关键词：电弧等离子温度场数值模拟电流密度弧长

镍基高温合金GH4151的偏析及相析出行为

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钢铁研究学报 2022年第6期34卷 588-595页

作者：徐志强杨树峰赵朋曲敬龙谷雨北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 北京钢研高纳科技股份有限公司变形高温合金制品事业部北京100083

利用电子探针(EPMA)、场发射扫描电镜(SEM)及差热分析(DTA)研究了GH4151合金的元素偏析行为、铸态组织特征以及析出相种类,并对合金凝固过程进行讨论。结果表明:GH4151合金凝固过程中,W元素偏聚于枝晶干,Mo、Nb、Ti元素偏聚于枝晶间,Co... 详细信息

利用电子探针(EPMA)、场发射扫描电镜(SEM)及差热分析(DTA)研究了GH4151合金的元素偏析行为、铸态组织特征以及析出相种类,并对合金凝固过程进行讨论。结果表明:GH4151合金凝固过程中,W元素偏聚于枝晶干,Mo、Nb、Ti元素偏聚于枝晶间,Co、Cr、Al元素几乎不发生偏析,Nb、Ti元素偏析较重。GH4151铸锭心部为粗大的等轴晶,主要析出相包括强化相γ′相、一次碳化物、η相、(γ+γ′)共晶相以及Laves相,其中枝晶间分布的η相、(γ+γ′)共晶相和Laves相为低温脆性相在凝固末期形成,扩大了合金的凝固区间,从而导致合金热裂敏感性增加。

关键词：镍基高温合金 GH4151 偏析微观组织脆性相

“双碳”背景下低碳排炼钢流程选择及关键技术

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工程科学学报 2022年第9期44卷 1483-1495页

作者：张福君杨树峰李京社刘威王田田北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

“碳达峰”、“碳中和”是一个总体的宏观概念,为中国未来经济与环境发展提供了笼统的理论框架与基本理念.基于“双碳”目标的深度解析,中国钢铁行业处于“碳锁定”状态,只有同时进行技术和制度变革才能实现“碳解锁”.结合当前钢铁工... 详细信息

“碳达峰”、“碳中和”是一个总体的宏观概念,为中国未来经济与环境发展提供了笼统的理论框架与基本理念.基于“双碳”目标的深度解析,中国钢铁行业处于“碳锁定”状态,只有同时进行技术和制度变革才能实现“碳解锁”.结合当前钢铁工业生产结构、冶炼原材料供应、冶炼能源、节能减排水平以及CO_(2)排放现状,给出了合理的碳达峰时间及峰值.未来二三十年中国钢铁生产主要流程依然是长流程和短流程并存,氢冶金技术还难以进行工业生产,提升全废钢短流程炼钢的比例是降低碳排放的主要措施.从长远来看,长流程中炼铁工艺由碳还原逐渐向氢还原是大势所趋,炼铁工序的产品将由原来的高碳铁水转变为低碳铁水或直接还原铁(DRI),具有较高脱碳的转炉炼钢就没有明显优势,发展电弧炉炼钢流程是必然选择.但实现“碳中和”还要依靠氢冶金,碳捕集、利用与封存技术的发展和应用,以及制度的变革.基于近年在全废钢电弧炉相关方面的理论研究、装备开发与实践的深入研究,针对全废钢电弧炉冶炼工艺存在的问题,开发了一系列关键技术,实现在全废钢条件下满足当前连铸生产工艺节奏以及钢液质量的控制,为全废钢电弧炉的发展提供理论支持.

关键词：碳达峰碳中和钢铁工业节能减排技术全废钢电弧炉

新型镍基GH4151高温合金ESR数值模拟及工艺优化

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中国有色金属学报 2023年第9期33卷 2873-2889页

作者：贾雷崔衡杨树峰吕少敏谢兴飞曲敬龙苗庆东北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心北京100083 北京科技大学、钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 北京钢研高纳科技股份有限公司北京100081 攀钢集团研究院有限公司钒钛资源综合利用国家重点实验室攀枝花617000

GH4151合金是高合金化难变形高温合金,在冶炼过程中易产生元素偏析,使铸锭具有较大的开裂倾向性。本文借助MeltFlow-ESR商业数值仿真软件,结合现场实际电渣冶炼工艺,对新型镍基高温合金GH4151电渣锭铸态组织的一次、二次枝晶间距进行模... 详细信息

GH4151合金是高合金化难变形高温合金,在冶炼过程中易产生元素偏析,使铸锭具有较大的开裂倾向性。本文借助MeltFlow-ESR商业数值仿真软件,结合现场实际电渣冶炼工艺,对新型镍基高温合金GH4151电渣锭铸态组织的一次、二次枝晶间距进行模拟计算,对不同电渣重熔工艺条件下的渣池温度和金属熔池形貌进行分析,寻求合适的冶炼工艺,降低试错成本。结果表明:随着熔化速率增加(130~210 kg/h),渣池温度先升高后降低,枝晶间距呈增大趋势;金属熔池形貌整体逐渐由“U”型向“V”型转变,熔池深度与熔化速率满足一定的线性关系。渣量对熔池体积的影响较为复杂,当熔化速率为140 kg/h,渣量由50 kg增加到75 kg时,熔池深度由199 mm增加到205 mm;而当熔化速率为180 kg/h时,渣量从67 kg增加到120 kg时,熔池深度变浅。通过工业试验得到无缩孔和无裂纹缺陷的大锭型d 450 mm电渣铸锭,渣皮厚度为1.78 mm,与模拟结果接近。另外,实验测量的枝晶间距结果与模拟计算结果基本一致,可以利用该模拟软件对电渣锭的枝晶间距进行预测。

关键词：镍基高温合金高合金化电渣重熔熔化速率渣高枝晶间距

基于数值模拟的镍基高温合金电渣重熔工艺优化

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中国冶金 2022年第3期32卷 80-86页

作者：王建武王宁杨树峰北京科技大学高等工程师学院北京100083 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083

利用MeltFlow软件对镍基高温合金电渣重熔过程进行数值模拟计算,探究了电渣重熔过程中温度场、流场、熔池形貌及微观组织的分布特点,通过工业试验验证模拟的准确性,定量分析熔速对熔炼过程的影响规律,提出了一种改善铸锭凝固质量的工艺... 详细信息

利用MeltFlow软件对镍基高温合金电渣重熔过程进行数值模拟计算,探究了电渣重熔过程中温度场、流场、熔池形貌及微观组织的分布特点,通过工业试验验证模拟的准确性,定量分析熔速对熔炼过程的影响规律,提出了一种改善铸锭凝固质量的工艺优化方法。结果表明,渣池内的温度相对较高且分布均匀,熔池形貌近似“V”型。铸锭一次枝晶间距从中心到边缘沿径向逐渐减小,而二次枝晶间距没有明显差别。对比试验数据,数值模拟结果误差较小,可以准确预测镍基高温合金电渣重熔过程中的熔池形貌和枝晶间距。随着熔化速率的减小,金属熔池深度降低,ESR铸锭二次枝晶间距逐渐减小,且宏观偏析程度得到改善,黑斑产生概率逐渐降低。控制熔化速率由0.47 kg/min降低至0.45 kg/min,有利于获得凝固质量较好的镍基高温合金电渣重熔铸锭。

关键词：电渣重熔高温合金枝晶间距温度场流场