钢中钛夹杂的行为与控制.doc

《钢中钛夹杂的行为与控制.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、高碳钢线材生产过程中钛夹杂行为的研究摘要：高碳钢中钛夹杂影响钢材的质量。本文通过分析钢中钛夹杂的成分、形貌和分布，以及钛夹杂在连铸坯和线材中的特征，并通过钛夹杂的热力学计算，分析了高碳钢线材生产中钛夹杂的行为，对生产过程中钛夹杂的控制有一定的指导意义。关键词：高碳钢线材钛夹杂热力学1前言钢中非金属夹杂物通常是以氧化物、硫化物、氧硫化物、碳化物、氮化物、碳氮化物等形势存在。这些夹杂物对钢的韧性、延性和焊接性能是有害的。对于含钛的夹杂物主要是碳化钛、氮化钛和碳氮化钛颗粒。由于这些颗粒在晶界处析出，使钢的延性变差[1]。钛在高

2、碳钢线材中被视为有害元素，它与溶解于钢中的氮有着极强的亲和力，多以氮化钛､碳氮化钛夹杂的形式残留于钢中(图1)。氮化钛夹杂物外形的几何形状较明显，造成拉丝时应力集中而断丝。(1)钛夹杂在拉拨过程中不变形，切割基体；(2)钛夹杂的高硬度，提高模耗；(3)钛夹杂降低钢丝的疲劳性能；(4)钛夹杂使断丝率升高。图1钛夹杂在拉拨过程切割钢基体产生的裂纹2Ti夹杂物类型经观察分析，钢中有以下几种Ti夹杂类型：（1）氮化物类型的Ti夹杂TiN呈规则的几何形状，方块状、三角状等。该夹杂物熔点高，约为2950℃，无可塑性。在金相显微镜明场

3、下观察，其颜色随钢中含碳量的增加而按浅黄—金黄—粉红—紫红规律变化。在暗场下不透明，周围为光亮的线条所围绕。偏光下呈各向同性，不透明。氮化物类型的Ti夹杂大致可分为两类：一类是孤立无规律分布的TiN，尺寸都在15um-6-以下聚集成群落状；另一类TiN围绕在其他氧化物夹杂周围。Ti与N、C还常会形成Ti(C、N)，其外形特征较TiN圆滑，常呈长条状，色泽黄中带青灰[2]。（2）硫化物类型的Ti夹杂硫化物夹杂一般在铸坯厚度的中心部位出现，沿晶界呈网状分布。成分主要含Ti、Ca、S，判断为(Ti、Fe)S、CaS夹杂。（3）

4、氧化物类型的Ti夹杂大致可分为：铝酸钙类型的Ti夹杂，复合Al2O3的Ti夹杂。TiO2夹杂显微镜明场下发淡红色，偏光下各向同性。夹杂物呈疏松状[3]。3Ti夹杂分布用能谱仪对试样中的夹杂物进行成分分析，含Ti钢的试样的夹杂物中都含有Ti，并发现Ti以不同的形式分布在夹杂物中。钢中的Ti夹杂物可以分成三类。（1）芯部型：Ti处在夹杂物心部的位置，和周围的Al、Mn、Si、S等元素形成Ti的复合夹杂。（2）外层型：夹杂物的心部是Al、Si、Mn、Ca等元索，而Ti杂夹包在外层。（3）弥散型：Ti呈块状均匀地分布于整个夹杂物

5、之中[4]。4热力学分析通过热力学分析，笔者确定了下列平衡：(1)(2)式中，——反应标准吉布斯能。式(1)的平衡常数KTiN为：(3)当式（1）中钛和氮的标准状态均为1%时，该反应的平衡常数为：(4)式(2)的平衡常数KTiC为：-6-(5)当反应式（2）中钛和碳的标准状态均为1%时，该反应的平衡常数为：(6)式(1)、(2)中a和f分别为成分的活度和活度系数。例如，aTiC是以纯固体碳化钛为标准状态时碳化钛的活度。1873K时Fe-Ti-N-C合金活度系数的一级相互影响系数的数值eTiTi=0.013、eNTi=-1

6、.8、eCTi=-0.21、eCTi=-0.53、eCN=0.13、eTiC=-0.049、eNC=0.11、eCC=0.14[3]。根据下列关系式，就可以得到Fe-Ti-N合金稀溶液中钛和氮的活度系数：lgfTi=0.013[%Ti]－1.8[%N](7)lgfN=－0.53[%N](8)应用上述方法，可以得到碳氮化钛固溶体中碳化钛和氮化钛的活度。相互影响参数和采用化学分析方法测定的钛、氮和碳的平衡含量，并利用下列关系式，就可以计算Fe-Ti-C-N稀溶液中钛、氮和碳的活度系数：lgfTi=0.013[%Ti]－0.2

7、1[%C]-1.8[%N](10)lgfC=0.14[%C]+0.11[%N]－0.049[%Ti](11)lgfN=0.13[%C]－0.53[%Ti](12)根据热力学计算，可以估计析出物平衡时这些元素的平衡浓度。如果钢中的钛、氮、碳含量都低，那么可以用这些元素的质量浓度表示平衡溶度积。对于氮化钛，溶度积是[%Ti][%N]，对于碳化钛溶度积为[%Ti][%C]。在冷却、热处理、热轧等过程中，溶度积偏离元素的平衡浓度时，钢内都会析出氮化物、碳化物和碳氮化物。5试验钢的检验分析在100t的转炉冶炼生产一炉试验高碳钢，其

8、铁水成分和成品化学成分见表1。通过连铸工艺生产200×200㎜2的铸坯，连铸坯轧制成φ5.5㎜的线材，供用户拉拔钢丝。表1试验高碳钢成分分析（%）样号CSiMnCrPSAlsCuTiT.ON铁水4.550.330.26-0.1040.00310.00219-0.00637--成品0.810.220.490.0090.