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模具钢夹杂物的形核和组织

作者:admin 浏览量:191 来源:本站 时间:2021-11-30 15:54:25

信息摘要:

从液态钢水中形成的初生夹杂物与热力学过程紧密相关,考虑两个重要方面:它们的形核和对应的组织。 总体上讲,当脱氧剂加入钢水中时,迅速形核,这是由于在脱氧剂添加溶解期间观察到高的过饱和现象,Sigworth和Elliott仔细地评估了硅的形核条件,观察到需要过饱和溶解氧,然而Miyashita的结果和工

  从液态钢水中形成的初生夹杂物与热力学过程紧密相关,考虑两个重要方面:它们的形核和对应的组织。


     总体上讲,当脱氧剂加入钢水中时,迅速形核,这是由于在脱氧剂添加溶解期间观察到高的过饱和现象,Sigworth和Elliott仔细地评估了硅的形核条件,观察到需要过饱和溶解氧,然而Miyashita的结果和工业观察并没有在炼钢期间用硅脱氧中有明显的过饱和现象。Miyashita也观察溶解氧和全氧之间的比较,表明全氧下降的速率由脱氧产物去除速率来确定的,见图2。



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图2  在熔池添加硅脱氧后钢中全氧和溶解氧为时间的函数,测量4炉钢全氧含量。


    在许多脱氧研究中,钢中全氧含量和溶解氧量的差别取决于氧化物夹杂的生成量,这个亮点结论表示在图3。

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 图3  a是全氧和溶解氧依赖氧化物夹杂量的一个简单例子,在例子中,脱氧开始在“a”点,加入Al到钢中,开始的溶解氧%Oi。在形核分界线缺乏形核条件,氧化铝在溶解氧和铝含量到“c”点上生成,在钢中的全铝含量与钢中的溶解氧(%O)对应,进入到夹杂氧化铝中的氧仍在钢水中,对应在“b”点上,从“a”到“c”点脱氧过程按照化学方程反应2Al+3O=Al2O3。注意:通常全铝和酸溶铝(%Als)之间的差别是较小的,很难测量出来。b是由文献确定钢中的夹杂量和全氧量(%Ot)之间的关系,当夹杂和全氧含量低时,要得到可靠的测量要极为小心,见图c。c是在化学分析试样中的氧化物夹杂密度对从精炼结束后的全氧分析,氧化物夹杂的数量由SEM自动识别统计。


     Suitu和合作者讨论了过饱和氧在实验室研究中氧化铝夹杂的形成。如用Si做脱氧剂,在炼钢上看似乎不成问题,实际冶炼操作上,异质形核是非常丰富的,实验室观察到条件是不能重复工业生产现场的。


     在钢中氧化铝作为夹杂核心和生长的组织研究是非常有意义的工作,因此对于大工业生产来说,铝镇静钢是非常重要的,有些作者详细地注意到氧化铝的组织形态和它与钢中过饱和氧以及冶炼时间之间的关系。图4表明了Steinmetz和合作者研究的典型脱氧剂和氧活度对应的夹杂形状。从图看出来,过饱和溶解氧在夹杂组织形态上扮演着重要的角色,最近,Tiekink和合作者试图将观察到氧化铝夹杂组织与过饱和的氧和铝构成函数关系,见图5,这个任务做起来是很复杂的。

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图4  区域氧活度和铝活度与氧化物生长的函数关系

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图5  观察钢中不同氧活度和Al含量对应的氧化铝夹杂形貌概括


     氧化物夹杂的组织对最终产品性能具有非常大的影响。特别注意到形成和生长在液态钢水中初生的夹杂物具有不同的组织形态(见图4和6),由于夹杂物之间相互撞击聚团(见图7)。如果精炼的时间足够的长,由于表面能方面的原因使得夹杂形状产生改变。

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图6  一些氧化铝夹杂物组织。从铸坯基体溶解萃取的夹杂物,a虚线内的是氧化铝树枝结构,纤维状的过滤芯用来保持溶解过程中夹杂物,也作为背景衬托夹杂物,b多面体氧化铝夹杂物

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图7  从钢包中取样的氧化铝簇,使用苦味酸深腐蚀





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