Al-Ti-Mg(Ca)復合脫氧對抗大變形管線鋼中的夾雜物、鋼的組織及性能的影響研究.pdf

1、利用鋼中納米、微米級氧化物細化鋼的組織、改善鋼的性能,關(guān)鍵在于控制氧化物粒子的成分、尺寸、數(shù)量、分布等特性,深入研究這些特征及析出物析出行為的變化對鋼的組織及性能的影響,具有重要的理論及應(yīng)用價值。
　　本文以高潔凈度、高性能的抗大變形管線鋼為對象,通過Al-Ti-Mg(Ca)復合脫氧產(chǎn)物生成熱力學、長大動力學計算,提出了細小氧化物生成條件;利用真空感應(yīng)爐冶煉了鎂、鈣處理的鈦脫氧鋼、鋁脫氧鋼,采用實驗軋機及控軋控冷+弛豫工藝軋制了實

2、驗鋼板;通過掃描電鏡及性能檢測等手段系統(tǒng)研究了鋼中氧化物粒子的特征、硫化錳析出行為及夾雜物粒子誘導相變機制,以及夾雜物特征對鋼的組織、力學性能、抗氫致裂紋(HIC)及焊接性能的影響,主要研究結(jié)果如下:
　　Al-Ti-Mg(Ca)-O體系復合脫氧熱力學及脫氧產(chǎn)物長大動力學計算結(jié)果表明,當鈦含量為0.01％時,Als含量應(yīng)小于0.004%,鋼中優(yōu)先生成鈦的氧化物;凝固過程冷卻速率為100(500)K/min時,鋼中二次夾雜物尺寸為1

3、.1(0.5)μm;鎂、鈣強脫氧劑快速降低氧的過飽和度及復合脫氧產(chǎn)物高熔點、難聚集的性質(zhì),降低了夾雜物擴散長大與碰撞長大的趨勢,有效細化了復合脫氧鋼中夾雜物。
　　采用電鏡及性能檢測手段對鋼的微觀組織與力學性能的檢測結(jié)果表明,與鋁脫氧鋼的大量粒狀貝氏體組織不同,鈦脫氧鋼由多邊形鐵素體+大量針狀鐵素體組成;兩種脫氧工藝的鋼均具有良好的抗大變形性,應(yīng)力-應(yīng)變曲線沒有明顯屈服平臺,均勻延伸率大于13%,屈強比小于0.85,斷面延伸率為6

4、0~70%;在鎂處理條件下,與鋁脫氧鋼相比,鈦脫氧鋼沖擊功(-25℃)較高,表明鋼中大量含鈦氧化物粒子發(fā)揮細化組織、提高沖擊韌性的作用;而在鈣處理條件下,二者沖擊韌性差異不明顯,氧化物粒子具有細化組織及裂紋源的雙重作用。
　　采用掃描電鏡及激光共聚焦高溫掃描顯微鏡(CLSM)在線動態(tài)觀察等方法研究了夾雜物的二維、三維特征、硫化錳析出行為及其細化組織的作用機制,結(jié)果表明,鈦-鎂復合脫氧鋼中夾雜物中鈦、錳元素面掃描分布基本一致;硫化錳

5、易在較高鈦氧化物含量處局部析出,夾雜物陽離子空位機制及貧錳機制對其誘導針狀鐵素體形成發(fā)揮主導作用。與鋁脫氧鋼相比,鈦脫氧鋼中夾雜物鈦氧化物含量較多,數(shù)量更多、粒徑更小,變形率小(1~2);作為硫化錳析出核心,優(yōu)化了其分布及形態(tài),降低MnS及氧化物的危害,鈦脫氧工藝具有硫化錳夾雜的變性作用。
　　采用CLSM在線觀察了實驗鋼中夾雜物(析出物)的高溫釘扎、細化組織效果,結(jié)果表明,在1250℃、1400℃保溫過程中,晶粒尺寸分別控制在4

6、0~70μm、90~160μm內(nèi),起釘扎作用的主體分別為單獨析出的第二相粒子、氧化物粒子;與鎂處理鋼相比,鈣處理鋼晶粒長大趨勢較小,這是氧化物粒子降低釘扎粒子數(shù)量(1250℃)及尺寸均勻、細小晶粒競爭性長大(1400℃)、降低長大趨勢的結(jié)果。
　　采用標準 NACE溶液對試驗鋼板進行了抗 HIC實驗,結(jié)果表明,鋼板均對HIC不敏感,未發(fā)現(xiàn)脫氧工藝、夾雜數(shù)量及變形率與HIC敏感性的對應(yīng)關(guān)系,但HIC裂紋及氫鼓泡與大于5μm的夾雜物數(shù)

7、量有較強相關(guān)性。
　　采用Gleeble2000熱模擬了試驗鋼板焊接工藝,檢測了熱影響區(qū)(HAZ)維氏硬度、顯微組織及-25℃ Charpy V型沖擊性能,結(jié)果表明,硬度隨焊接能量(20、30、50KJ/cm)的增加而下降,但鈦脫氧鋼HAZ硬度比鋁脫氧鋼下降少,鈦氧化物粒子發(fā)揮了細化組織作用;隨焊接能量增加,與Ti-M g復合脫氧鋼相比,Ti-C a復合脫氧鋼HAZ晶粒長大幅度小,而且大角度晶粒相互交錯,沖擊韌性下降少,鋼中大量氧