隨著管線鋼的強(qiáng)度和韌性的不斷提高,高級(jí)別管線鋼的焊接性能已經(jīng)成為管線鋼質(zhì)量好壞的重要判據(jù)。自新日鐵研究人員提出氧化物冶金概念以來(lái),有關(guān)鈦的脫氧產(chǎn)物就受到了冶金和材料學(xué)術(shù)界的重點(diǎn)關(guān)注和廣泛研究。對(duì)夾雜物誘發(fā)的IGF能使HAZ保持良好的韌性和較高的強(qiáng)度,從而提高鋼材的可焊性已形成共識(shí)。但目前氧化物冶金的機(jī)理并未得到統(tǒng)一,學(xué)術(shù)觀點(diǎn)各異,對(duì)鈦氧化物的物相組成(主要是TiO,TiO2,Ti2O3和Ti3O5)也存在較大爭(zhēng)議。由于這一技術(shù)由新日鐵等少數(shù)廠家壟斷,有關(guān)氧化物冶金技術(shù)的機(jī)理及其工藝開發(fā)進(jìn)展比較緩慢。為盡快推動(dòng)這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用,就必須對(duì)脫氧工藝和脫氧產(chǎn)物進(jìn)行全面認(rèn)識(shí),從而在基本掌握IGF形成規(guī)律基礎(chǔ)上進(jìn)行精確的冶煉過(guò)程控制。 本文在調(diào)研大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)針對(duì)應(yīng)用氧化物冶金的高級(jí)別管線鋼脫氧工藝控制和脫氧產(chǎn)物析出的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)計(jì)算,在實(shí)驗(yàn)室條件下開展了高級(jí)別管線鋼的冶煉工作,對(duì)高級(jí)別管線鋼的脫氧工藝和氧位控制;真空下耐火材料分解向鋼液增氧的規(guī)律;有利于IGF形成的Ti2O3析出的熱力學(xué)條件和動(dòng)力學(xué)因素;鈦脫氧產(chǎn)物的大小、成分,形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及物相組成;鈦脫氧產(chǎn)物對(duì)凝固組織的影響;氧化物冶金機(jī)理以及微米級(jí)夾雜物的研究方法等方面進(jìn)行了深入細(xì)致的研究和探討。 通過(guò)鈦氧化物析出的熱力學(xué)計(jì)算,在一定條件下鈦的氧化物中Ti2O3總能比其它鈦氧化物優(yōu)先析出,控制氧含量小于0.002%更有利于鈦的氧化物以Ti2O3顆粒的形式析出;通過(guò)對(duì)高級(jí)別管線鋼鈦鋁競(jìng)爭(zhēng)脫氧的理論分析,確定了實(shí)驗(yàn)室采用無(wú)鋁脫氧的工藝路線,即采用真空碳脫氧再用鈦終脫氧的脫氧工藝;通過(guò)計(jì)算在煉鋼溫度和固液兩相區(qū)內(nèi)Ti2O3和TiN的競(jìng)爭(zhēng)析出表明,在不同鈦含量情況下,只要控制鋼液中初始氮含量小于0.003%,Ti2O3總比TiN優(yōu)先析出;通過(guò)建立的鈦脫氧產(chǎn)物析出的動(dòng)力學(xué)模型研究表明,要生成細(xì)小的Ti2O3夾雜,必須首先控制鋼液凝固過(guò)程中有較高的冷卻速率的基礎(chǔ)上,應(yīng)適當(dāng)控制好鋼液中的氧含量。 通過(guò)對(duì)真空碳脫氧熔煉鋼液時(shí),MgO爐襯與CaO爐襯熱分解向鋼液供氧的理論研究表明,當(dāng)鋼液中實(shí)際氧含量高于與爐襯分解反應(yīng)平衡時(shí)鋼液氧含量時(shí),爐襯不向鋼液供氧,反之,則向鋼液供氧,相比之下,CaO爐襯的穩(wěn)定性更強(qiáng);在實(shí)驗(yàn)室開展了真空碳脫氧的實(shí)驗(yàn)研究,在CaO坩堝內(nèi),在滿足高級(jí)別管線鋼C含量要求情況下(0.04%～0.06%),能夠?qū)撘褐械难鹾拷档?.001%～0.002%左右;通過(guò)在金相試樣和小樣電解萃取的凝固析出的鈦脫氧產(chǎn)物外部形貌觀察,凝固析出的鈦脫氧產(chǎn)物主要是Ti-O-Mn-S系形成的尺寸為1～2μm球形復(fù)合夾雜物;通過(guò)夾雜物顆粒分布統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),鋼中夾雜物的數(shù)目是隨著氧含量的降低而減少,但平均尺寸卻隨著氧含量的降低是先減小后增大;通過(guò)對(duì)凝固析出的超細(xì)夾雜物的內(nèi)部形貌、結(jié)構(gòu)和物相組成的SEM+EDS+EBSD研究表明,控制氧含量在50ppm以下,夾雜物的物相組成都是有利于針狀鐵素體形核的Ti2O3和凝固過(guò)程中以Ti2O3為形核核心的MnS,并通過(guò)透射電鏡下選區(qū)電子衍射證實(shí)了EBSD的分析結(jié)果,總結(jié)歸納出了研究微米級(jí)夾雜物內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物相組成的新思路;通過(guò)對(duì)微觀組織的觀察發(fā)現(xiàn),鈦脫氧鋼的組織為針狀鐵素體,且隨著鈦含量的增加,組織細(xì)化越明顯;誘發(fā)針狀鐵素體的夾雜物都是Ti2O3和MnS以及個(gè)別含Al2O3的復(fù)合夾雜物,同時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)小的MnS也能誘發(fā)針狀鐵素體的形成。誘導(dǎo)針狀鐵素體形核的夾雜物尺寸在1～3μm左右,形成針狀鐵素體的寬度在1～3μm,長(zhǎng)度約在5～15μm之間。綜合以上分析表明,鈦含量控制在0.015%～0.02%,氧含量控制在0.002%左右時(shí),最有利于析出大量的誘發(fā)針狀鐵素體形核的Ti2O3的復(fù)合夾雜物;通過(guò)空冷組織和淬火組織的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)鈦脫氧鋼形成針狀鐵素體除了與夾雜物本身的性質(zhì)有關(guān)外,還與冷卻速度也有非常重要的關(guān)系。在金相試樣上和RTO表征法制樣的掃描電鏡元素分布分析表明,Ti、O元素主要分布在夾雜物的中心,S元素主要分布在夾雜物的外圍,而從Mn元素的分布來(lái)看,在夾雜物中心和外圍都含有Mn;通過(guò)RTO表征法制樣的夾雜物透射電鏡分析,在夾雜物最外圍有單獨(dú)的S元素存在,即夾雜物本身存在Mn貧乏區(qū);通過(guò)對(duì)夾雜物拉曼光譜分析表明,鈦脫氧鋼樣夾雜物除了Ti2O3和MnS外,還存在有MnTiO3;在對(duì)鈦脫氧產(chǎn)物深度解析的基礎(chǔ)上,發(fā)展并完善了Ti2O3誘發(fā)IGF的貧錳區(qū)機(jī)制。
【學(xué)位單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TG142.15
【部分圖文】：

[3]。高強(qiáng)度管線鋼的發(fā)展歷程見(jiàn)圖 1.1 所示。圖1.1 高強(qiáng)度管線鋼的發(fā)展歷程TM-熱機(jī)械處理N-正火屈強(qiáng)度服，siK1301201101009080706050401950 年 1960 年 1970 年 1980 年 1990 年 2000 年 2010 年X-42/46X-52 NX-52 TMX-56 NX-60 NX-60 TMX-65 TMX-70 TMX-80 TMX-100 TMX-120 TM不斷增加的發(fā)展速度

）首先控制鋼中氧化物夾雜的分布和屬性（如成分、熔點(diǎn)、尺寸、分布）再利用這些氧化物作為鋼中硫化物、氮化物和碳化物等的非均質(zhì)形核等析出物的析出和分布進(jìn)行控制。）最后利用鋼中所形成的所有的氧/硫/氮/碳化物，通過(guò)釘扎高溫下晶界的進(jìn)行抑制；通過(guò)促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的形核來(lái)細(xì)化鋼的組織；通過(guò)形成碳化量從而改善鋼的加工性。鐵素體對(duì)改善鋼的焊接性的作用時(shí)輸入熱，使焊縫經(jīng)歷一個(gè)熱循環(huán)，在焊縫金屬區(qū)鋼本身發(fā)生熔化。在響的機(jī)體材料之間形成 HAZ。如圖 2.2 所示[41]。粗晶粒區(qū)細(xì)晶粒區(qū)

氧化物夾雜誘導(dǎo)針狀鐵素體細(xì)化奧氏體晶粒示意布在原奧氏體晶內(nèi)。一方面晶內(nèi)鐵素體能為大角度晶界，板條內(nèi)的微裂紋解理跨越量[44]，能提高鋼的強(qiáng)度和韌性。目前利用決管線鋼在埋弧焊大線能量條件下，焊接的形核機(jī)理很多研究[45-51]，對(duì) HAZ 內(nèi)生成的 IGF 可以形核原理，則有不同的觀點(diǎn)。綜合起來(lái)看下四種機(jī)制：[52-55]
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 梁冬梅;朱遠(yuǎn)志;周立新;方文勝;;鋼中針狀鐵素體及其非均勻形核機(jī)制[J];金屬熱處理;2011年12期

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1 陳光勇;氧化物冶金工藝對(duì)熱軋EH40鋼板大線能量焊接性能的影響[D];東北大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2857803