發(fā)布時間：2017-05-12 22:01

  本文關鍵詞：含鈦鋼中夾雜物析出行為及其對鋼組織的影響研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鈦合金化能顯著提高鋼材性能，低鈦(0.02%)鋼中TiN能釘扎晶界，細化鋼材組織，提高鋼的強度及改善鋼的焊接性能。但TiN的細晶強化難以滿足大線焊接能量需求。此外，以Ti代Nb進行合金化能發(fā)揮TiC的沉淀強化作用及降低鋼材成本，但Ti化學性質(zhì)活潑，鈦析出物的種類、數(shù)量、尺寸等特征受鋼中Al、O、N、S、C等元素含量影響，使析出物強化效果不穩(wěn)定，鋼材性能波動大，難以滿足大批量、穩(wěn)定生產(chǎn)的要求。因此有必要研究鋼中鈦夾雜的析出行為、影響因素及其對鋼組織的細化作用。 本文首先設定實驗鋼成分并控制Al、Ti、N、Mn、S等變量元素，對鋼中夾雜物的析出進行了熱力學與動力學預測，結(jié)果表明： 低Al時，鈣處理鋼液所需Ca含量及含量范圍小。當w(Ti)=0.024%~0.08%時，均質(zhì)形核的TiN最大半徑由2μm增長到9μm，隨Ti含量增加，半徑增大快。當w(Ti)=0.08%~0.15%時，其半徑由10μm增長到11μm，隨Ti含量增加，半徑增大慢。凝固分率越接近1，TiN長大速率越快。 其次，研究了不同Al含量時（X1,w(Al)=0.0056%; X2，w(Al)=0.034%)， Al-Ti復合脫氧及Mg處理X80管線鋼(w(Ti)=0.02%)中夾雜物析出行為及其對微觀組織的影響，結(jié)果表明： X1鋼中為大量細小、彌散、形貌為層狀和鑲嵌狀的Al2O3-TiOx-MgO，MnS在其表面以包裹、半包裹或局部形式析出，厚度小，夾雜物變形性小。X2鋼中為結(jié)構(gòu)簡單的團狀Al2O3-MgO，夾雜物數(shù)量相對少，夾雜物表層MnS為包裹或半包裹析出，厚度相對大，夾雜物變形性較大。夾雜物變形性與核心氧化物組成和表層MnS厚度有關。Al-Ti復合脫氧及Mg處理有助于降低鋼中MnS危害。 Al-Ti-Mg系鋼中復合夾雜物能誘導針狀鐵素體、細化組織，夾雜物的尺寸、成分影響其誘導針狀鐵素體的能力，碰撞和異質(zhì)形核的復合氧化物尺寸小，化學反應形成的鑲嵌狀復合氧化物尺寸大。復合夾雜物的結(jié)構(gòu)及其表面MnS(或TiN)析出行為也很重要。針狀鐵素體易在不同的復合氧化物之間或氧化物與MnS之間形核生長，Ti-Mg復合脫氧形成大量細小、結(jié)構(gòu)復雜(多層或鑲嵌)的Al2O3-MgO-TiOx復合氧化物，有利于MnS在其表面上多個局部形核，從而有利于單個夾雜物誘導多支互鎖的針狀鐵素體及增加針狀鐵素體的體積分數(shù)，有助于細化微觀組織及提高鋼強韌性。 采用高溫共聚焦顯微鏡在線觀察鋼樣在1250°C保溫時晶粒尺寸的變化，X1鋼中夾雜物能有效釘扎奧氏體晶界，其晶粒尺寸比X2鋼小，晶粒更加均勻。在模擬大線能量(50kJ/cm)焊接工藝條件下，X1鋼中Al2O3-TiOx-MgO-MnS類夾雜物仍然能有效誘導針狀鐵素體，其鋼中組織以針狀鐵素體為主，X2鋼中組織以粒狀貝氏體為主。因此，Al-Ti復合脫氧及Mg處理低Al鋼能較好的適應大線能量焊接。 同時，研究了不同Al含量、Ti含量及Al-Ti脫氧時間間隔對HG785高強鋼中夾雜物的析出行為及夾雜物對鋼組織的影響，結(jié)果表明： 隨HG785鋼中Al含量由0.008%、0.013%、0.026%依次增加，夾雜物數(shù)量減少，平均粒徑增大，夾雜物中TiOx減少。隨Ti含量由0.106%、0.125%、0.153%依次增加，夾雜物數(shù)量增多，平均粒徑增大，夾雜物中TiOx、CaO含量增加，MgO含量減少。隨Al-Ti脫氧時間間隔由5min、10min、15min依次增加，夾雜物數(shù)量先增加后減少，平均粒徑減小，夾雜物中Mg含量增加，Ti含量先減小后趨于穩(wěn)定，，Ca含量先增加后趨于穩(wěn)定。Al-Ti脫氧時間間隔有一個最佳范圍(本實驗為10-15min)，鋼中能獲得更多細小含合適適Ti、Mg、Ca含量的復合夾雜物。 層狀或團狀的MgO-TiOx-CaS(少量MnS)、Al2O3-MgO-TiOx-CaS(少量MnS)或Al2O3-MgO-CaS(少量MnS)的復合夾雜，含TiOx或MgO高，有利于TiN異質(zhì)形核。CaS-少量MnS與Al2O3-MgO-TiOx鑲嵌的復合夾雜不利于TiN異質(zhì)形核。當核心夾雜物小時，TiN為全包裹析出，厚度大，當原核心夾雜物較大時，TiN為半包裹或局部析出，厚度小，含TiN夾雜粒徑為1-3μm�？刂芓i鋼中夾雜物的成分、結(jié)構(gòu)及數(shù)量，可使TiN有效異質(zhì)形核，延緩TiN均質(zhì)形核，減小TiN尺寸。 采用MgO質(zhì)內(nèi)襯材料進行Al-Ti復合脫氧及鈣處理鋼，鋼中形成的復合Al2O3-MgO-CaO-TiOx-TiN能有效誘導針狀鐵素體形核，發(fā)揮細化晶粒作用，可望提高鋼的強韌性。
【關鍵詞】：鈦/鋁含量 鈣/鎂處理 復合夾雜物 針狀鐵素體
【學位授予單位】：武漢科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG142.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 文獻綜述12-28
• 1.1 低合金鋼的強化機制12-17
• 1.1.1 細晶強化12-13
• 1.1.2 析出強化13-14
• 1.1.3 固溶強化14-15
• 1.1.4 針狀鐵素體的形核及其強化機理15-17
• 1.2 鈦在優(yōu)化鋼材組織及韌性方面的應用17-22
• 1.2.1 鈦的發(fā)現(xiàn)及其產(chǎn)量穩(wěn)步提高17-19
• 1.2.2 鈦在微合金化技術中的應用19-21
• 1.2.3 鈦在氧化物冶金技術中的應用21-22
• 1.3 鈦的研究現(xiàn)狀及應用存在的問題22-26
• 1.3.1 鈦微合金化技術應用現(xiàn)狀及遇到的問題22-25
• 1.3.2 鈦在氧化物冶金技術中應用遇到的問題25-26
• 1.4 論文研究內(nèi)容及意義26-28
• 第2章 Al-Ti 復合脫氧鋼中夾雜物析出研究28-46
• 2.1 Al-Ti 復合脫鋼中氧化物夾雜析出熱力學研究29-39
• 2.1.1 TiOx析出類型29-32
• 2.1.2 Ti-Al 競爭氧化反應32-33
• 2.1.3 Ti-Al-Mg-O 系反應產(chǎn)物33-35
• 2.1.4 Al-Mg-Ca-O 系反應產(chǎn)物35-36
• 2.1.5 Al-Ca-Mn-O-S 系反應產(chǎn)物36-39
• 2.2 MnS、TiN 析出熱力學39-42
• 2.3 TiN 析出動力學研究42-44
• 2.4 本章小結(jié)44-46
• 第3章 鎂處理對含鈦鋼中夾雜物及組織的影響46-67
• 3.1 實驗46-49
• 3.1.1 實驗目的46
• 3.1.2 實驗設備及原料46-47
• 3.1.3 實驗方案與步驟47-49
• 3.2 夾雜物特征及演變49-54
• 3.2.1 鑄態(tài)鋼中夾雜物類型、形貌、數(shù)量、粒度分布49-52
• 3.2.2 軋態(tài)鋼中夾雜物形貌、變形性52-54
• 3.3 夾雜物析出行為及熱力學研究54-58
• 3.3.1 氧化物54-56
• 3.3.2 硫化物56-58
• 3.3.3 氮化物58
• 3.4 含鈦量不同的夾雜物對組織的影響研究58-66
• 3.4.1 金相組織58-59
• 3.4.2 夾雜物誘導針狀鐵素體形核及其機理59-62
• 3.4.3 高溫顯微鏡在線原位觀察晶粒的演變及夾雜物對組織的影響62-66
• 3.5 本章小結(jié)66-67
• 第4章 Al-Ti 復合脫氧對鋼中夾雜物及組織的影響67-86
• 4.1 實驗67-68
• 4.1.1 實驗目的67
• 4.1.2 實驗設備及原料67
• 4.1.3 實驗方案與步驟67-68
• 4.2 鋁含量對鋼中夾雜物的影響研究68-74
• 4.2.1 鋼中夾雜物類型、形貌、數(shù)量、粒度分布69-71
• 4.2.2 夾雜物析出行為及熱力學71-74
• 4.3 鈦含量對鋼中夾雜物的影響研究74-79
• 4.3.1 鋼中夾雜物類型、形貌、數(shù)量、粒度分布74-77
• 4.3.2 夾雜物析出行為及熱力學77-79
• 4.4 鈦合金化工序時間對鋼中夾雜物的影響研究79-84
• 4.4.1 鋼中夾雜物類型、形貌、數(shù)量、粒度分布79-82
• 4.4.2 夾雜物析出行為及熱力學82-84
• 4.5 Al-Ti 復合脫氧鈣處理鋼中夾雜物對組織的影響研究84-85
• 4.6 本章小結(jié)85-86
• 第5章 結(jié)論與展望86-88
• 參考文獻88-97
• 致謝97-98
• 附錄 1 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文98-99
• 附錄 2 攻讀碩士學位期間參加的科研項目99

【參考文獻】

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本文編號：360919