王启明等：含T不锈钢治金工艺进展 1455· 锈钢力学性能的影响，提出N元素是奥氏体稳定 表1350℃时不同Ti含量铸锭的拉伸性能 元素，Cr和Mo元素是铁素体稳定元素，且铁素体 Table 1 Tensile properties of ingots with different Ti contents at 350C 比奥氏体硬度大：通过调整相关元素的含量来改 Mass fraction Yield strength/Ultimate tensile Ingot Tensile of Ti/% MPa strength/MPa elongation / 变铁素体的含量以及奥氏体的形貌，从而影响双 S1 0.0036 207.41 452.31 31.20 相不锈钢的力学性能.结果表明，提高N元素，铁 S2 020 229.11 471.27 30.92 素体含量降低，双相不锈钢的屈服强度降低而抗 S3 0.45 238.89 494.87 31.20 拉强度提高，后者是由于N元素提高了不锈钢的 加工硬化指数；Cr和Mo元素含量的增加导致铁 6 结论 素体含量增大，不锈钢屈服强度和抗拉强度同时 提高.Wang等7在实验室内利用2kg真空感应 T元素在不锈钢中应用广泛，其合金化作用 炉熔炼Ti元素质量分数分别为0.0036%、0.2%和 主要体现在稳定化、钉扎晶界和弥散强化等方面 0.45%的Fe-20Cr-8Ni不锈钢铸锭，观察钛含量对 但是T在冶金过程的添加容易导致连铸水口堵 不锈钢中铁素体含量的影响.不同钛含量铸锭的 塞、超声探伤不合和表面质量缺陷等问题.相关 微观组织如图10所示，其中白色区域表示奥氏 冶金技术的主要进展为： 体，黑色区域表示铁素体；随着钛含量的提高，不 (1)含钛不锈钢冶炼过程中连铸水口堵塞物主 锈钢中铁素体的面积百分数从24.8%提高到 要为Al2O3、镁铝尖晶石、(MgO-Al2O3)rich-CaO-TiOx 42.6%.两相比例接近双相不锈钢.进一步研究了 等高熔点氧化物夹杂；实际生产中可以通过采用 350℃时三组试样的拉伸性能，结果如表1所示. 优化的脱氧制度、钙处理工艺和钛的添加时机来 随着钛含量的提高，不锈钢屈服强度从207.41MPa 提高钛合金的收得率，减少夹杂物的数量和使夹 提高到238.89MPa,抗拉强度从452.31MPa提高 杂物低熔点化：钙处理不足时，氧化铝类夹杂物改 到494.87MPa,而断后延伸率保持不变；主要由于 性不足，钙处理过量时，容易生成高熔点钙钛矿夹 不锈钢中铁素体的屈服强度大于奥氏体，提高钛 杂物 含量导致不锈钢中铁素体含量增大，从而提高了 (2)含Ti不锈钢中TN夹杂在钢液中容易碰 不锈钢铸坯的拉伸性能 撞聚合，形成TN团簇，对不锈钢表面质量和力学 性能产生不利影响：MgO等高熔点夹杂物能促进 (b) TN夹杂的析出及长大，加剧TN夹杂的聚合；大 尺寸氧化物也会促进TN团簇的形成；控制钢液 中T和N元素含量、氧化物夹杂数量，以及钢液 冷却速率是改善TN团簇的重要方向. grain boundary (3)氧化物-TiN复合核心可以作为8-Fe的异 50m 50 um 质形核核心，并通过真空感应滴落快速冷却装置 得到了Ti,O,-TN复合核心诱导超纯铁素体不锈 钢非均质形核的直接证据；镁铝尖晶石和TN之 间的错配度为4.82%，Ti2O3和TN之间的错配度 为0.6%，而TN和铁素体之间的错配度为3.57% 50 um 50μm 因此均能有效促进TN的形成，从而提高连铸坯 grain boundary ( 的等轴晶率 (4)Ti元素是铁素体稳定元素，C、N元素是奥 氏体稳定元素：随着奥氏体不锈钢中T元素含量 的提高，钢中固溶T元素含量增大，而固溶C、 50μm N元素含量减小，导致铸件中铁素体含量增大，进 一步提高不锈钢铸件的力学性能 图10不同Ti质量分数的Fe-20Cr-8Ni不锈钢微观组织.(a,b) 0.0036%Ti:(c.d)0.2%Ti:(e,f)0.45%Ti 参考文献 Fig.10 Microstructure of Fe-20Cr-8Ni stainless steel with different Ti contents:(a,b)0.0036%Ti;(c,d)0.2%Ti;(e,f)0.45%Ti [1]Huang X Z,Wang D,Yang Y T.Effect of precipitation on锈钢力学性能的影响，提出 N 元素是奥氏体稳定 元素，Cr 和 Mo 元素是铁素体稳定元素，且铁素体 比奥氏体硬度大；通过调整相关元素的含量来改 变铁素体的含量以及奥氏体的形貌，从而影响双 相不锈钢的力学性能. 结果表明，提高 N 元素，铁 素体含量降低，双相不锈钢的屈服强度降低而抗 拉强度提高，后者是由于 N 元素提高了不锈钢的 加工硬化指数；Cr 和 Mo 元素含量的增加导致铁 素体含量增大，不锈钢屈服强度和抗拉强度同时 提高. Wang 等[73] 在实验室内利用 2 kg 真空感应 炉熔炼 Ti 元素质量分数分别为 0.0036%、0.2% 和 0.45% 的 Fe−20Cr−8Ni 不锈钢铸锭，观察钛含量对 不锈钢中铁素体含量的影响. 不同钛含量铸锭的 微观组织如图 10 所示，其中白色区域表示奥氏 体，黑色区域表示铁素体；随着钛含量的提高，不 锈 钢 中 铁 素 体 的 面 积 百 分 数 从 24.8% 提 高 到 42.6%，两相比例接近双相不锈钢. 进一步研究了 350 ℃ 时三组试样的拉伸性能，结果如表 1 所示. 随着钛含量的提高，不锈钢屈服强度从 207.41 MPa 提高到 238.89 MPa，抗拉强度从 452.31 MPa 提高 到 494.87 MPa，而断后延伸率保持不变；主要由于 不锈钢中铁素体的屈服强度大于奥氏体，提高钛 含量导致不锈钢中铁素体含量增大，从而提高了 不锈钢铸坯的拉伸性能. (a) (c) grain boundary grain boundary grain boundary (d) (e) (f) (b) γ δ γ δ γ δ 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 图 10 不同 Ti 质量分数的 Fe–20Cr–8Ni 不锈钢微观组织. （a, b） 0.0036% Ti；（c, d）0.2%Ti；（e, f）0.45% Ti Fig.10 Microstructure of Fe–20Cr–8Ni stainless steel with different Ti contents: (a, b) 0.0036% Ti; (c, d) 0.2% Ti; (e, f) 0.45% Ti 表 1 350 ℃ 时不同 Ti 含量铸锭的拉伸性能 Table 1 Tensile properties of ingots with different Ti contents at 350 ℃ Ingot Mass fraction of Ti/ % Yield strength / MPa Ultimate tensile strength / MPa Tensile elongation /% S1 0.0036 207.41 452.31 31.20 S2 0.20 229.11 471.27 30.92 S3 0.45 238.89 494.87 31.20 6    结论 Ti 元素在不锈钢中应用广泛，其合金化作用 主要体现在稳定化、钉扎晶界和弥散强化等方面. 但是 Ti 在冶金过程的添加容易导致连铸水口堵 塞、超声探伤不合和表面质量缺陷等问题. 相关 冶金技术的主要进展为： （1）含钛不锈钢冶炼过程中连铸水口堵塞物主 要为Al2O3、镁铝尖晶石、(MgO−Al2O3 )rich−CaO−TiOx 等高熔点氧化物夹杂；实际生产中可以通过采用 优化的脱氧制度、钙处理工艺和钛的添加时机来 提高钛合金的收得率，减少夹杂物的数量和使夹 杂物低熔点化；钙处理不足时，氧化铝类夹杂物改 性不足，钙处理过量时，容易生成高熔点钙钛矿夹 杂物. （2）含 Ti 不锈钢中 TiN 夹杂在钢液中容易碰 撞聚合，形成 TiN 团簇，对不锈钢表面质量和力学 性能产生不利影响；MgO 等高熔点夹杂物能促进 TiN 夹杂的析出及长大，加剧 TiN 夹杂的聚合；大 尺寸氧化物也会促进 TiN 团簇的形成；控制钢液 中 Ti 和 N 元素含量、氧化物夹杂数量，以及钢液 冷却速率是改善 TiN 团簇的重要方向. （3）氧化物-TiN 复合核心可以作为 δ-Fe 的异 质形核核心，并通过真空感应滴落快速冷却装置 得到了 Ti2O3−TiN 复合核心诱导超纯铁素体不锈 钢非均质形核的直接证据；镁铝尖晶石和 TiN 之 间的错配度为 4.82%，Ti2O3 和 TiN 之间的错配度 为 0.6%，而 TiN 和铁素体之间的错配度为 3.57%， 因此均能有效促进 TiN 的形成，从而提高连铸坯 的等轴晶率. （4）Ti 元素是铁素体稳定元素，C、N 元素是奥 氏体稳定元素；随着奥氏体不锈钢中 Ti 元素含量 的提高 ，钢中固溶 Ti 元素含量增大 ，而固溶 C、 N 元素含量减小，导致铸件中铁素体含量增大，进 一步提高不锈钢铸件的力学性能. 参    考    文    献 [1] Huang X Z, Wang D, Yang Y T. Effect of precipitation on 王启明等： 含 Ti 不锈钢冶金工艺进展 · 1455 ·