超純鐵素體不銹鋼中TiN析出規(guī)律研究.pdf

1、近年國(guó)際市場(chǎng)鎳價(jià)格的大幅度波動(dòng),對(duì)占全球不銹鋼年產(chǎn)量約70％奧氏體不銹鋼的生產(chǎn)和使用產(chǎn)生諸多不利影響,而超純鐵素體不銹鋼以其優(yōu)良的性價(jià)比和節(jié)鎳等特點(diǎn)受到不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)重視。TiN夾雜對(duì)超純鐵素體不銹鋼的冶煉、性能及使用有重要影響,本文通過(guò)理論研究結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)超純鐵素體不銹鋼中TiN的析出規(guī)律做了研究。
　　 理論研究部分:對(duì)促進(jìn)TiN析出的氧化物夾雜的形成進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算;在1873K時(shí),計(jì)算了鋼液中鉻含量對(duì)TiN析出的影響;對(duì)含

2、Cr16 mass%的超純鐵素體不銹鋼在液相線溫度(1782K)和中間包溫度(1823K)下生成TiN的臨界鈦氮濃度積做了計(jì)算;對(duì)含Cr22 mass%的超純鐵素體不銹鋼凝固過(guò)程中鈦、氮的偏析和TiN的粒徑做了計(jì)算。實(shí)驗(yàn)研究部分:在感應(yīng)爐和氬氣氣氛保護(hù)下熔煉B445R超純鐵素體不銹鋼,在熔煉過(guò)程中添加鈦鐵、氮化鉻鐵以調(diào)整鋼中鈦([Ti]=0.1%、[Ti]=0.2%、[Ti]=0.3%)、氮(N]=0.010%、[N]=0.013%)含

3、量并控制冷卻速度(隨爐冷、水冷、空冷)獲得不同鈦、氮含量及冷卻速度的試樣,對(duì)試樣進(jìn)行電鏡和能譜分析,觀察各試樣中TiN的形貌、組成并統(tǒng)計(jì)粒徑分布,以考察不同鈦、氮含量及冷卻速度下超純鐵素體不銹鋼中TiN夾雜的析出規(guī)律。
　　 理論研究結(jié)果如下:
　　 (1)超純鐵素不銹鋼中硅鋁復(fù)合脫氧產(chǎn)物主要為Al2O3;只要鋼中有微量的鎂,鋁就可能與其反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石;鈦合金化后,本實(shí)驗(yàn)鋼種鈦含量下([Ti]=0.1%～0.3%),

4、鈦的氧化產(chǎn)物為Ti2O3,而不是Ti3O5。
　　 (2)含Cr16 mass%的鈦穩(wěn)定化超純鐵素體不銹鋼,當(dāng)[%Ti][%N]小于0.0025時(shí)才能避免在中間包(1823K)中生成TiN夾雜;當(dāng)[%Ti][%N]小于0.0014時(shí),才能避免液相線溫度(1782K)以上生成TiN夾雜。
　　 (3)冶煉過(guò)程中相同溫度下,隨著鋼液中[Cr]含量增加,生成TiN夾雜所需鈦氮濃度積增加;隨著凝固的進(jìn)行,凝固前沿溫度不斷下降、鈦

5、氮平衡濃度積下降、鈦氮實(shí)際濃度積升高、殘余鋼液中鈦、氮含量升高;凝固過(guò)程中鈦的富集程度稍低于氮,凝固末期殘余液相中[Ti]的濃度提高了2.5倍,[N]的濃度提高了3倍多;降低鋼中[N],能控制TiN在凝固末期析出。
　　 (4)當(dāng)冷卻速度分別為10k/s、20k/s、30k/s時(shí),TiN均在凝固率為0.66左右開始析出,對(duì)應(yīng)TiN最終粒徑分別為7.1μm、5μm、4.1μm,可見隨著冷卻速度的增加,TiN最終粒徑明顯減小但冷卻速

6、度對(duì)TiN析出時(shí)機(jī)影響非常小;當(dāng)初始氮含量分別為[N]0=0.005%、[N]0=0.007%、[N]0=0.01%時(shí),TiN分別在凝固率為0.62、0.42、0.32左右開始析出,對(duì)應(yīng)TiN最終粒徑分別為4.2μm、5.8μm、6.6μm,可見隨著初始氮含量的增加TiN夾雜析出時(shí)機(jī)提前且最終粒徑不斷增加;當(dāng)初始鈦含量分別為[Ti]0=0.1%、[Ti]0=0.15%、[Ti]0=0.2%時(shí),TiN分別在凝固率為0.58、0.37、0.

7、17左右開始析出,對(duì)應(yīng)TiN最終粒徑分別為6.3μm、6.6μm、6.8μm,可見隨著初始鈦含量的增加TiN夾雜析出時(shí)機(jī)不斷提前但最終粒徑變化小。
　　 實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果如下:
　　 (1)在電鏡觀察下TiN夾雜二維圖像為方形或三角形,由于實(shí)驗(yàn)用不銹鋼原料中含Nb較高(0.35 mass%),觀察到大部分TiN夾雜上有NbC析出,附著在TiN基體外析出的NbC在電鏡下觀察呈現(xiàn)為不規(guī)則的亮白色條紋,試樣中既有單獨(dú)的TiN夾雜又

8、有復(fù)合型TiN夾雜。
　　 (2)隨著試樣中鈦含量的增加,各試樣中單位面積TiN夾雜總數(shù)不斷增加;隨爐冷試樣中,大于2μm的TiN夾雜數(shù)量和占總數(shù)的百分比不斷增加;水冷試樣中,小于2μm的TiN夾雜數(shù)量明顯增加;空冷試樣中,1μm～2μm的TiN夾雜明顯增加。
　　 (3)隨著試樣中氮含量的增加,各試樣中單位面積中TiN夾雜總數(shù)量不斷減少;隨爐冷試樣中,大于1μm的TiN夾雜不斷增加;水冷及空冷試樣中,小于1μm的TiN

9、夾雜數(shù)量明顯減少,1μm～2μm的TiN夾雜明顯增加,其它粒徑范圍內(nèi)TiN夾雜數(shù)量基本持平。
　　 (4)隨著冷卻強(qiáng)度的增大,各試樣中單位面積的TiN夾雜總數(shù)和小于1μm的TiN夾雜數(shù)量明顯增加、大于2μm的TiN夾雜數(shù)量減少;試樣單位面積中1μm～2μm的TiN夾雜的數(shù)量,隨爐冷試樣最少,空冷試樣最多,水冷試樣居中。
　　 本實(shí)驗(yàn)使用氧化鋁坩堝且添加鈦鐵合金化,結(jié)合理論計(jì)算和能譜分析表明:復(fù)合型TiN夾雜核心為Ti2O