含钛夹杂在X120 钢中析出及对铁素体形核的诱导.doc

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)=%计算,当ω(Al)=%~%时,生成Al2O3·TiO2;ω(Al)>%时,则有Al2O3生成;要生成纯的MgO夹杂,钢中ω(Mg)>×1013;ω(Mg)=%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·Ti2O3、MgO·Al2O3、SiO2、Al2O3、Ti2O3、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