合金元素与铁、碳的相互作用
合金元素加入钢中后,主要以三种形式存在钢中。即:与铁形成固溶体;与碳形成碳化物;在高合金钢中还可能形成金属间化合物。
1. 溶于铁中
几乎所有的合金元素(除Pb外)都可溶入铁中, 形成合金铁素体或合金奥氏体, 按其对α-Fe或γ-Fe的作用, 可将合金元素分为扩大奥氏体相区和缩小奥氏体相区两大类。
扩大γ相区的元素—亦称奥氏体稳定化元素, 主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等, 它们使A3点(γ-Fe α-Fe的转变点)下降, A4点( γ-Fe的转变点)上升, 从而扩大γ-相的存在范围。其中Ni、Mn等加入到一定量后, 可使γ相区扩大到室温以下, 使α相区消失, 称为完全扩大γ相区元素。另外一些元素(如C、N、Cu等), 虽然扩大γ相区, 但不能扩大到室温, 故称之为部分扩大γ相区的元素。
缩小γ相区元素——亦称铁素体稳定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。它们使A3点上升, A4点下降(铬除外, 铬含量小于7%时, A3点下降; 大于7%后,A3点迅速上升), 从而缩小γ相区存在的范围, 使铁素体稳定区域扩大。按其作用不同可分为完全封闭γ相区的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分缩小γ相区的元素(如B、Nb、Zr等)。
合金元素对回火转变的影响
(1)提高回火稳定性 合金元素在回火过程中推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变(即在较高温度才开始分解和转变), 提高铁素体的再结晶温度, 使碳化物难以聚集长大,因此提高了钢对回火软化的抗力, 即提高了钢的回火稳定性。提高回火稳定性作用较强的合金元素有:V、Si、Mo、W、Ni、Co等。
(2)产生二次硬化 一些Mo、W、V含量较高的高合金钢回火时, 硬度不是随回火温度升高而单调降低, 而是到某一温度(约400℃)后反而开始, 并在另一更高温度(一般为550℃左右)达到峰值。这是回火过程的二次硬化现象, 它与回火析出物的性质有关。当回火温度低于450℃时, 钢中析出渗碳体; 在450℃以上渗碳体溶解, 钢中开始沉淀出弥散稳定的难熔碳化物Mo2C、W2C、VC等, 使硬度重新升高, 称为沉淀硬化。回火时冷却过程中残余奥氏体转变为马氏体的二次淬火所也可导致二次硬化。
产生二次硬化效应的合金元素
产生二次硬化的原因 合 金 元 素
残余奥氏体的转变 沉淀硬化 Mn、Mo、W、Cr、Ni、Co①、V V、Mo、W、Cr、Ni①、Co①
①仅在高含量并有其他合金元素存在时, 由于能生成弥散分布的金属间化合物才有效。
(3)回火脆性 和碳钢一样, 合金钢也产生回火脆性, 而且更明显。这是合金元素的不利影响。在450℃-600℃间发生的第二类回火脆性(高温回火脆性) 主要与某些杂质元素以及合金元素本身在原奥氏体晶界上的严重偏聚有关, 多发生在含Mn、Cr、Ni等元素的合金钢中。 这是一种可逆回火脆性, 回火后快冷(通常用油冷)可防止其发生。钢中加入适当Mo或W(0.5%Mo, 1%W)也可基本上消除这类脆性。
近日,经过连续数日的努力奋战,引松供水项目顺利完成首节钢管制作,提前完成的10月1日首节成型的节点工期,向祖国70*献上了一份贺礼。钢砌施工在隧道股份公司水利工程中尚属首例,此次首节钢管的顺利完成,不仅开创了历史也标志着引松项目出口工区891米钢衬施工进入实质性推进阶段。
标段钢衬施工地域地质条件复杂,位于沟谷及富涌水段,隧洞埋深浅且岩体破碎,总体施工难度大。依据中水东北勘测设计研究院《引松供水工程小河沿段、家草甸子隧洞衬砌优化设计报告》合同文件,设计施工图纸变更及工程实际自然条件和施工特点,项目将原预应力混凝土衬砌优化为有压钢管衬砌,在确保满足安全、质量、工期情况下,为确保引松四标段全面完成衬砌任务和建设单位要求的通水节点目标,提供了坚实**。
项目自正式方案确定后,快速梳理场地,紧密安排起重设备安装,快速组织施工,严格落实技术交底,培训压力钢管的各项技术要求及作业流程。安装钢板钢材为Q345C,钢板内径5.61米,单节钢管长度3米含加劲环总重量8.37吨,其制作流程要求规范严格,要在规定期内完成制作。由于钢衬施工对项目属于,项目在今年3月份收到单位将该段优化为钢衬方案的通知后,认真结合设计院下发的优化报告,并参照项目实际情况论证了该方案的可行性,邀请了**单位的项目总工和技术部长到场钢管施工。随后项目组织骨干团队到兄弟单位对钢管施工进行学习,历经几个月摸索,掌握了从场区规划、设备采购、钢管制作、安装及人员配置等关键工序的要领,在保证安全经济、快速的施工组织下,制定了一套切实可行的施工方案。
为减少Q345B钢板边部气泡缺陷,改善现状,经分析研究后,制定了以下措施:
5.1 加强转炉终点出钢控制。严加关注转炉出钢碳的含量,杜绝出钢终期出现下渣现象,并根据出钢C含量的不同加入不等量的脱氧剂。具体脱氧方案如表4所示。
5.2 加强合金管理。严加管控合金的运输过程,提高合金现场存放期间的管理水平,启用合金烘烤装置,保证入炉合金干燥无潮湿。
5.3 优化精炼过程。精炼过程造好渣、造白渣,保证精炼炉渣流动性良好,确保白渣稳定时间≥20分钟,保证软吹时间≥8min,确保钢液中的夹杂物及气泡能够充分上浮。
5.4 严加关注钢包烘烤情况。加强全新备用钢包的烘烤管理,确保每次投入使用前的烘烤时间及烘烤温度满足生产工艺要求。
5.5 加强连铸过程保护浇注的控制。确保钢包浸入式长水口垂直无偏斜,确保中包液面始终保持黑面无露红,确保保温覆盖剂的加入次序。
5.6 定期抽检水分化验。定期抽检合金、中包覆盖剂及保护渣等物料的水份含量,一经发现水份**过工艺要求则立即采取有效控制措施或停用问题批次物料。
6 结论
6.1 边部气泡原因定论
通过分析发现,造成Q345B钢板边部气泡缺陷主要为转炉冶炼终点过氧化、出钢脱氧剂加入不足、全新备用钢包烘烤不良、出钢过程加入的合金受潮、高性能中包覆盖剂水份含量过多等原因所致。
6.2 结果
综合以上实验结果,通过加强对转炉冶炼终点及出钢过程的控制、加强合金存放及运输环节的管理、保证全新备用钢包的烘烤效果以及连铸过程保护浇注的控制,Q345B钢板边部气泡缺陷改善显著,缺陷比例从早期的0.616%降低至目前的0.07%,下降比例达0.609%。