超纯铁素体不锈钢中夹杂物析出行为分析

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超纯铁素体不锈钢将传统铁素体不锈钢中碳、氮的总含量控制在低于150ppm,铬含量为11%30%的水平,具有优良的抗高温氧化和局部侵蚀的性能。超纯铁素体不锈钢脱氧精炼主要采用硅铝复合脱氧,通过随后的钛、铌合金化抑制钢中聚集在晶界处的碳和氮形成的铬的碳氮化物,从而避免晶界处贫铬现象的产生。超纯铁素体不锈钢中夹杂物主要包括脱氧产物Al2O3,SiO2,MgO·Al2O3;钛合金化后生成的Al2O3-MgO-SiO2-TiOx复合夹杂物以及在钢液凝固过程中析出细小的TiN/Ti(C,N),NbC,(Nb,Ti)(C,N);钙处理后的夹杂物主要为球形的MgO-Al2O3-CaO-SiO2-TiOx类复合氧化物。这些夹杂物对钢材表面质量、耐腐蚀性能和力学性能都有较大的影响,研究超纯铁素体不锈钢中各种非金属夹杂物的成分、形貌、尺寸分布以及形成机理,对改进精炼工艺,控制夹杂物的数量和尺寸,改善研究超纯铁素体不锈钢的表面质量并提高产品性能具有非常重要的意义。为克服二维金相试样观察夹杂物的局限以及夹杂物周边金属基体成分对夹杂物成分分析产生影响,本文对某不锈钢生产厂家4种不同钛铌含量(445R,439,445J1M,443)的超纯铁素体不锈钢试样,采用恒电位非水电解法从不锈钢基体中把夹杂物提取出来并进行观察和分析。设计了电解装置,分析探讨了电解过程中产生的问题,有效地提取了超纯铁素体不锈钢中夹杂物(析出物)。利用场发射扫描电镜和能谱仪观察分析夹杂物(析出物)微观形貌以及成分。为了考察夹杂物形成的机理及渣碱度对夹杂物行为的影响,本研究在高温管式电阻炉中进行了超纯铁素体不锈钢的脱氧,钛合金化以及钙处理实验,考察了不同碱度精炼渣对夹杂物形貌,成分,数量以及尺寸的影响。研究结果如下:(1)通过非水电解法提取不同钛铌含量的超纯铁素体不锈钢中夹杂物发现,超纯铁素体不锈钢中主要有三种夹杂物:氧化物夹杂,碳氮化物夹杂,以及复合析出物。氧化物夹杂物主要为SiO2,Al2O3·SiO2,Al2O3等脱氧产物以及脱氧产物与其他金属复合而生成的尺寸较大(>10μm)的复合氧化物MgO·Al2O3-TiOx,MgO·Al2O3-TiOx·CaO。碳氮化物夹杂物主要为TiN/Ti(CN),NbC。此类夹杂物存在于单钛或单铌稳定型不锈钢中,尺寸多分布在13μm。TiN/Ti(C,N)具有两种存在形式,一种为单独存在的TiN/Ti(C,N),另一种为以氧化物(MgO·Al2O3/Ti2O3)为核心的TiN/Ti(C,N)。NbC一般为十字状,少数为球状或树枝状。NbC有效地固定钢中C元素,细化晶粒,提高板坯等轴晶率。但在冶炼过程中应合理控制铌含量,避免在钢液凝固过程中析出对钢材表面质量不利的树枝状夹杂物(尺寸大于10μm)。复合析出物主要为(Nb,Ti)(C,N),此类夹杂物存在于钛铌双稳定化不锈钢中,尺寸多集中分布在25μm。在凝固过程中,NbC在TiN上附生,Nb(C,N),Ti(C,N)固溶在一起,双重固定了钢液中的C、N元素,有效地改善表面性状以及综合性能。(2)采用硅铝复合脱氧后,钢中夹杂物主要类型为球形的MgO·Al2O3,SiO2或以MgO·Al2O3,Al2O3为主要成分同时含有少量CaO和SiO2的复合脱氧产物。精炼渣碱度增大时,夹杂物中CaO含量增多,SiO2的含量减小,同时,MgO·Al2O3尖晶石夹杂物中MgO的含量增多。(3)对比不同碱度精炼渣脱氧效果以及对夹杂物数量,尺寸,成分变化的影响,在本实验条件下,碱度R=w(CaO)/w(SiO2)=3.5,20%Al2O3,10%MgO,5%CaF2的精炼渣可以达到较好的夹杂物控制效果。
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