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锆脱氧钢中非金属夹杂物及对显微组织的影响

东北大学学报（自然科学版） 2015年第5期36卷 641-645页

作者：王超王国栋东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

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... 详细信息

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 *** 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.

关键词：锆脱氧钢非金属夹杂物针状铁素体贫锰区 ZrO2

Ti处理改善船体钢焊接HAZ组织与性能研究

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Ti处理改善船体钢焊接HAZ组织与性能研究

作者：杨银辉昆明理工大学

学位级别：硕士

在大热输入焊接的条件下,传统Al处理船体钢中易出现焊接HAZ低温韧性下降,焊接裂纹敏感性增加的问题。在炼钢过程中产生弥散分布的Ti氧化物能促进晶内针状铁素体的形核,有效改善HAZ的组织和性能,能促进针状铁素体形核的第二相夹杂物中,Ti... 详细信息

在大热输入焊接的条件下,传统Al处理船体钢中易出现焊接HAZ低温韧性下降,焊接裂纹敏感性增加的问题。在炼钢过程中产生弥散分布的Ti氧化物能促进晶内针状铁素体的形核,有效改善HAZ的组织和性能,能促进针状铁素体形核的第二相夹杂物中,TiO在高温下最稳定,在焊接过程中促进针状铁素体形核能力最强。本文先对Ti氧化物促进晶内针状铁素体形核机理进行分析。对于不含Nb和其他强化元素的Ti脱氧钢采用Gleeble3500D进行连续冷却淬火试验。相变温度为725℃时,晶界铁素体和侧板条铁素体在晶界开始形成,同时晶内针状铁素体开始形核长大。到650℃时晶界铁素体已基本完全形成,晶内针状铁素体迅速长大,抑制了侧板条铁素体由晶界向晶内生长。575℃时针状铁素体组织已在奥氏体晶内形成大量交错密排的组织。利用Bonding扩散试验从宏观角度探讨了TiO周围贫锰区(MDZ)形成的机理,以及高温保温时间对其形核能力的影响。结果表明,在TiO粉末与基体界面处有铁素体带形成,而AlO粉末与基体界面处无铁素体带形成,说明TiO有较强的促进铁素体形核能力。随着奥氏体化温度的降低,界面处铁素体层的宽度显著下降,当奥氏体化温度为950℃时,铁素体带消失。电子探针分析发现钢的基体材料与氧化物接触的过渡层中形成了约10μm贫锰区。TiO吸附了周围的Mn原子,促进了贫锰区形成。随着高温保温时间的增加,Ti氧化物促进针状铁素体形核能力下降。利用焊接物理模拟技术,在Gleeble1500D热验机上对不同热输入下的焊接粗晶区组织进行模拟。-20℃焊接热模拟冲击试验表明,当焊接线能量大于50KJ/cm时,Ti处理船体钢的焊接粗晶区的冲击韧性明显高于Al处理船体钢,在75KJ/cm焊接热输入时-20℃冲击功达60J。气体保护焊试验中,Al处理钢在大热输入焊接(50KJ/cm)时,其焊接粗晶区.20℃冲击功小于40J,而Ti处理钢在50KJ/cm和20KJ/cm的焊接热输入条件下,焊接粗晶区-20℃冲击功均大于140J,因此Ti处理较大地改善了船体钢焊接粗晶区低温韧性。Ti处理船体钢母材夹杂主要是以Ti氧化物为核心的圆形夹杂,少量MnS在其外层析出,其粒径主要分布在2～3.2μm,t=100s(75KJ/cm)的焊接热输入对其形貌、成分及尺寸无影响。Al处理船体钢母材中夹杂主要是以AlO为核心,外层是较多的富Ti的TiN+Mn-Ti-O析出,边缘有少量MnS的复合夹杂,其粒径主要分布在2.5～3.5μm。在t=100s的焊接热循环后,氧化物外层富钛的析出物发生了分解,粒径减小,得到复合夹杂以AlO为核心,外层是少量富Ti的(Ti,Nb)(C,N)析出。对Ti处理船体钢采用50KJ/cm焊接热循环,当温度连续冷却到600℃、650℃淬火,得到了较多的Ti氧化物促进针状铁素体形核长大组织。采用SEM和金相显微镜在t=100s、60s的热循环组织中观察到了Ti氧化物促进针状铁素体形核长大组织,晶内针状铁素板条减少了粒状贝氏体的数量,有效分割晶粒,细化了组织。在900～1100℃的奥氏体化温度区间,Al处理船体钢奥氏体晶粒长大速度慢于Ti处理船体钢,当奥氏体化温度超过1100℃时,Al处理钢晶粒异常长大,Ti处理钢晶粒尺寸仍正常长大。Al处理钢在1300℃奥氏体晶粒尺寸达到180μm,明显高于Ti处理钢。焊接峰值温度Tm=1350℃时,当t小于40s时,Ti处理钢的晶粒长大速度要高于Al处理钢,当t8/5＞40s时,Al处理钢奥氏体晶粒长大速度远高于Ti处理钢,t8/5=100s,Al处理钢奥氏体晶粒尺寸为160μm,明显大于Ti处理钢。

关键词：焊接HAZ Ti处理钢 Ti2O3 贫锰区针状铁素体

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夹杂物诱导晶内铁素体形核的特性研究

夹杂物诱导晶内铁素体形核的特性研究

作者：周亚辉安徽工业大学

学位级别：硕士

氧化物冶金技术利用钢中的有益氧化物钉扎奥氏体晶界和诱导晶内针状铁素体形核,以改善钢的组织。近年来,除了传统的钛氧化物,镁基氧化物作为新一代氧化物冶金技术的代表,引起了人们的广泛关注,但对于其细化晶粒的途径、机制等问题依然... 详细信息

氧化物冶金技术利用钢中的有益氧化物钉扎奥氏体晶界和诱导晶内针状铁素体形核,以改善钢的组织。近年来,除了传统的钛氧化物,镁基氧化物作为新一代氧化物冶金技术的代表,引起了人们的广泛关注,但对于其细化晶粒的途径、机制等问题依然存在争论。本论文以JSM-6510LV扫描电镜为平台,利用牛津电制冷能谱仪INCA Feature X-Max 20的点、线、面扫描以及Feature功能作为主要研究手段,解析钢中夹杂物性质的演变进程与诱导晶内铁素体形核能力之间的内在关联性;初步探讨夹杂物诱导形核现象的概率特征,为诱导形核机制的研究奠定了数据基础。本论文主要从以下几个方面进行了研究:首先,分析了镁处理之后,钢中夹杂物性质的变化过程,用贫锰区机制对镁铝复合夹杂物诱导晶内铁素体形核的现象进行解释;其次,针对不同类型的夹杂物(Mg-Al、Ti-Al、Ti-Mg-Al复合夹杂物)诱导形核的现象,尝试采用贫锰区机制进行统一解释,并且利用能谱的线扫描功能进行验证。探讨了Mn S的析出与贫锰区机制之间的内在关联性;最后,通过利用JSM-6510LV纯净钢科研平台研究夹杂物特性时发现,夹杂物诱导晶内铁素体形核的现象呈现出比较明显的概率特征,即类似尺寸、成分的夹杂物,其诱导形核的能力存在概率特征。

关键词：氧化物冶金贫锰区晶内铁素体

Zr对低合金高强度钢焊接热影响区组织和性能的影响

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Zr对低合金高强度钢焊接热影响区组织和性能的影响

作者：雷金薇武汉科技大学

学位级别：硕士

高强度低合金钢以其优异的综合力学能,如优异的焊接性、高的强度和韧性等被广泛应用于工程结构和装备中。焊接热影响区晶粒粗化和脆化是影响高强度低合金钢及其使用性能的主要问题。针状铁素体的形成能使原奥氏体晶粒得到有效细化从而... 详细信息

高强度低合金钢以其优异的综合力学能,如优异的焊接性、高的强度和韧性等被广泛应用于工程结构和装备中。焊接热影响区晶粒粗化和脆化是影响高强度低合金钢及其使用性能的主要问题。针状铁素体的形成能使原奥氏体晶粒得到有效细化从而提高焊接粗晶区韧性。本文采用焊接热模拟、电子显微镜、电子背散射衍射技术、裂纹尖端张开位移试验和第一性原理计算等方法对Zr对焊接热影响区组织和性能的影响进行了较为系统的研究。主要研究结果如下:(1)Zr添加量的不同导致焊接粗晶区中形成的夹杂物不同,在0.005%Zr、0.013%Zr和0.054%Zr含量的焊接粗晶区中分别形成大尺寸条状的MnS;细小弥散的ZrO+Mn的复合夹杂;以及较大尺寸等轴的ZrO。并且发现ZrO+Mn S的复合夹杂促进铁素体形核能力最强,ZrO次之,MnS最弱。(2)在一定焊接线能量范围内,Zr对焊接粗晶区晶粒细化起主导作用。(3)Zr的添加量存在最优值,含0.013%Zr的试验钢焊接粗晶区的低温韧性保持在200J左右,远远高于含0.005%Zr(47J)和0.054%Zr(18J)试验钢。(4)利用Zr-Ti复合脱氧能在焊接热影响区形成细小弥散的氧硫化物,这些这些氧硫化物能有效促进针状铁素体形核,提高焊接热影响区韧性。(5)通过第一性原理计算发现,Mn通过阳离子空位扩散进入ZrO、S通过阴离子空位扩散进入ZrO,吸引Mn;或Mn以MnS的形式附着在ZrO表面,都使其周围形成贫锰区,从而促进针状铁素体形核,有效改善韧性。

关键词：焊接热影响区针状铁素体锆贫锰区第一性原理计算

硅锰钛脱氧钢中以锰钛氧化物和硫化锰夹杂物为形核核心的晶内铁素体形成研究

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硅锰钛脱氧钢中以锰钛氧化物和硫化锰夹杂物为形核核心的晶内铁素...