DOC《含钛夹杂在X120钢中析出及对铁素体形核的诱导》

含钛夹杂在X120钢中析出及对铁素体形核的诱导 肖步庆 (河北邯钢集团邯宝钢铁有限公司炼钢厂,河北邯郸;

056015) 摘要:运用热力学计算了X120管线钢含钛夹杂物在钢液中的析出条件,以X120管线钢钛的目标成分ω(Ti)=0.

015%计算,当ω(Al)=0.00035%~0.00330%时,生成Al2O3・TiO2;

ω(Al)>

0.00330%时,则有Al2O3生成;

要生成纯的MgO夹杂,钢中ω(Mg)>

1.62*1013;

ω(Mg)=0.0008%就可以生成2MgO・TiO2复合夹杂;

X120管线钢没有纯的MgO夹杂,X120管线钢中会生成2MgO・Ti2O

3、MgO・Al2O

3、SiO

2、Al2O

3、Ti2O

3、MnO等脱氧产物,这些脱氧产物还会和硫化物一起形成复合夹杂物.对夹杂物扫描电镜的观察与热力学计算的结果一致.在扫描电镜下观察了含钛夹杂物对铁素体的诱导,表明X120管线钢中含钛夹杂具有很好的诱导铁素体形核能力. 关键词:X120管线钢;

含钛夹杂物;

诱导铁素体;

析出 日本曾在第6届国际钢铁大会上提出了 氧化物冶金 的概念[1],即控制钢中氧化物的组成,使之细小、弥散并成为异质形核核心,通过组织超细化控制钢材性能.运用超纯净X120高级别管线钢自身存在的夹杂物,对奥氏体相变过程中的铁素体进行锈导,不仅消除这些夹杂物对钢的危害,而且使夹杂物成为X120高级别管线钢的增韧剂,提高管线钢的强度,改善X120钢的落锤撕裂性能、韧性及焊接等综合性能. 河北邯钢集团(以下简称邯钢)一直致力于X120级管线钢开发,目前氮化物对铁素体的诱导及其析出规律研究较多,而含钛复合夹杂物在X120钢中进行夹杂物诱导铁素体相变报道较少.邯钢为了提高X120钢综合性能,尝试夹杂物有益化利用技术,在试验室进行了管线钢冶炼和相关研究,在X120钢中研究含钛复合夹杂物析出及其对晶内铁素体的形核诱导.

1 试验过程 为了研究含钛夹杂物在X120钢中的形核诱导作用,用50kg真空感应炉冶金1炉X120管线钢,对化学成分和钢中气体进行分析,满足设计要求(成分如表1所示),然后锻成Φ25mm圆棒,切成60mm长样棒,在有氩气保护硅钼棒炉重熔,用钼棒进行搅拌,使钢液成分均匀,保温15~30min,35K过冷度下在自制铜结晶内浇铸,该结晶器设备内为楔形镍铜合金,镶嵌焊接在一个方形水箱中,一共3组.水箱可以通水冷却,冷却流量可以通过出入口调节,每次试验记录出炉温度时间和终冷时间,共进行7次试验,将所得7个钢样进行研磨与抛光,用4%的硝酸酒精浸蚀15s,用Cambridges―250MK3扫描电镜对夹杂物形貌进行观察,对夹杂物成分用能谱仪进行分析.

2 X120钢中含钛夹杂物析出 X120管线钢是低碳微合金高强度钢,添加了十几种合金元素,考虑Mg、Al、Ti等最活泼元素的脱氧化产物在钢液中的相互作用.有报道指出[2]在MgO-Al2O3-Ti2O3的三元系内不存在三元化合物,仅需考虑含钛二元化合物.由Al2O3-TiO2相图可以看出二元产物是Al2O3・TiO2(见图1).而由MgO-TiO2二元相图可以看出此二元系可以形成正钛酸镁(2MgO・TiO2)、偏钛酸镁(MgO・TiO2)、二钛酸镁(MgO・2TiO2)3种化合物(见图1).研究表明即使TiO2过剩也通常总是倾向生成正钛酸镁[2].因此,此三元系仅需考虑Al2O3・TiO2和2MgO・TiO2析出就行.

3 含镁复合夹杂物析出热力分析 3.1 各元素的活度系数的计算 1873K下钢液中各元素C、Al、O、N、Ti、Mg等相互作用系数见表2[3-5].计算1873K时X120管线钢钢液中各元素的活度系数如表3. X120管线钢中可能存在的化学反应[5]: [Mg]+[O]=MgO[S] G1①=89975-80.021T J/mol (1) 2[Al]+3[O]=Al2O3(g) G2①=1226832+390.66T J/mol (2) MgO(S)+Al2O3(g)=MgO・Al2O3(g) G3①=35530-2.09T J/mol (3) [Mg]+2[Al]+4[O]=MgO・Al2O3(g) G4①=1330595+305.619T J/mol (4) 2MgO(S)+TiO2(S)=2MgO・TiO2(S) G5①=25522.4+12.552T J/mol (5) [Ti]+2[O]=TiO2(S) G6①=675552+228.329T J/mol (6) 2[Mg]+[Ti]+4[O]=2MgO・TiO2(g) G7①=881024.4+80.841T J/mol (7) 2[Ti]+3[O]=Ti2O3(S) G8①=1072872+346.0T J/mol (8) TiO2(S)+[Ti]=2Ti2O3(g) G9①=118585+18.19T J/mol (9) [Mn]+[O]=MnO(S) G10①=288773+126.82T J/mol (10) [Si]+2[O]=SiO2(S) G11①=594128+230T J/mol (11) 3.2 不同脱氧产物热力学计算 X120管线钢中不同脱氧产物之间的关系见图2,1873K时钢中最可能生成的钛的脱氧产物是Ti2O3,由式(9)可以计算出在X120管线钢的成分下,1873K时TiO2与Ti2O3相互转换的ω(O)是0.0023%,而钢进行脱氧时钢中的ω(O)远大于0.0023%,因此钛脱氧时生成的产物主要是Ti2O3. 1873K时Mg-Ti平衡热力学关系见图3,X120管线钢中要生成纯的MgO夹杂,钢中ω(Mg)>