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随着科学技术及工业生产的快速发展,800H镍基耐蚀合金在航空航天、石油化工、核工业等领域的应用越来越广泛。传统的800H镍基合金的生产工艺为模铸、电渣重熔等,但这种工艺成材率和生产效率低下,成本较高。采用立式板坯连铸新工艺可大规模生产800H合金,提高生产效率,但生产的连铸坯初始凝固组织晶粒粗大,恶化合金的强/韧性。 为此,本研究以宝钢生产的800H镍基合金为研究对象,用真空感应炉冶炼四组不同La含量的800H试验合金。研究、分析La含量对凝固组织细化、夹杂物特征、力学性能的影响及其作用机理。为细化800H合金连铸坯凝固组织晶,开发低成本的800H合金生产技术提供基础实验数据,对解决生产过程中存在的表面缺陷和废品率较高的问题,调整我国钢铁产业结构,具有潜在的应用价值和指导意义。 其研究方法和内容包括:(1)用真空感应炉在MgO坩埚内冶炼制备四组不同La含量的800H合金试样,进行化学成分检测,结合现代冶金理论,分析、探讨La元素对钢液洁净化、细晶化的作用机理;(2)用现代的检测技术手段,如金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS),表征实验数据,通过热力学计算与动力学分析,描述亚微米级夹杂物在钢液精炼过程中的演变机制;(3)用二维晶格错配度公式,计算不同夹杂物与800H合金的晶格错配度,定性描述含La亚微米级夹杂物细化凝固组织的机理;(4)用800H合金试样的力学性能随La含量变化的实验数据,分析、探讨亚微米级夹杂物对800H镍基合金综合力学性能的作用机理。 通过试验研究,本文得出以下结论: (1)800H合金中[La]由0%增加到0.047%时,[O]由0.013%降低到0.007%,[S]由0.003%降低到0.001%,说明La具有很强的脱硫、脱氧和钢液净化能力。 (2)La可显著细化800H合金的凝固组织,当[La]由0增加到0.047%时,等轴晶比例由0增加到75%,等轴晶晶粒尺寸由6.0μm减小到3.2μm,枝晶组织变细变短,一次枝晶间距由77.5μm降低到43.8μm,二次枝晶间距基本没变。 (3)La可以显著细化800H合金的奥氏体晶粒,当合金中[La]含量由0增加到0.047%时,奥氏体晶粒尺寸由121.32μm变为42.57μm。 (4)800H合金中添加La后,大尺寸的Al2O3夹杂物与长条状、大体积的MnS夹杂物被改性为小尺寸、类球状的含La夹杂物,并生成大量高熔点的La2O3和La2O2S颗粒。错配度结果表明,800H合金(111)面/La2O3的(0001)面之间的错配度为6.7%,800H合金的(100)面/La2O2S的(0001)面之间的错配度为5.42%,因其错配度较低,能够提供大量的非均质形核有效核心,是细化800H镍基耐蚀合金合金的凝固组织得到显著细化。 (5)随着800H合金中La含量的增加,800H合金的力学性能呈现明显升高的趋势,当[La]含量由0增加到0.047%时,试样的屈服强度、抗拉强度、延伸率、和冲击功分别提高46.9%、22.3%、21.1%和23%。La改善800H合金的凝固组织,细化奥氏体晶粒及La对夹杂物的改性是提高800H合金力学性能的主要原因。