含鈦鋼中夾雜物析出行為及其對鋼組織的影響研究.pdf

1、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 Ti N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(xué)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

2、素及其對鋼組織的細化作用。
　　本文首先設(shè)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(xué)與動力學(xué)預(yù)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(dāng)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(dāng)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

3、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(fù)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A(yù)l2

4、O3-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(guān)。Al-Ti復(fù)合脫氧及Mg處理有助于降低鋼中MnS危害。
　　Al-Ti-Mg系鋼中復(fù)合夾雜物能誘導(dǎo)針狀鐵素體、細化組織，夾雜物的尺寸、成分影響其誘導(dǎo)針狀鐵素體的能力，碰撞和異質(zhì)形核的復(fù)合氧化物尺寸小，化學(xué)反應(yīng)形成的鑲嵌狀復(fù)合氧化物尺寸大。復(fù)合夾雜物的結(jié)構(gòu)及其表面 MnS(或 TiN)析

5、出行為也很重要。針狀鐵素體易在不同的復(fù)合氧化物之間或氧化物與MnS之間形核生長, Ti-Mg復(fù)合脫氧形成大量細小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜(多層或鑲嵌)的Al2O3-MgO-TiOx復(fù)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(dǎo)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℃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

6、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(dǎo)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(fù)合脫氧及Mg處理低Al鋼能較好的適應(yīng)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HG

7、785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

8、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(fù)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(fù)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(fù)合夾雜不利于TiN異質(zhì)形核。當(dāng)核心夾雜物