14MnNb管线钢生产过程中析出物计算与洁净度研究

摘要

为了进一步提高管线钢的性能以及现场生产的控制水平，以及为后期新产品开发提供参考。本文在规则溶液和平衡反应的基础上，分析了钢中Nb，Ti，Al以及MnS的热力学析出条件，得出结论如下:
　　(1)14MnNb管线钢在液相区(温度高于1791K)，碳化物、氮化物以及硫化锰等析出物都不满足析出的热力学条件，故钢液中不会存在以上化合物的析出。
　　(2)随着温度下降，钢液进入凝固过程（温度在1736K至1791K之间）后，随着钢液的凝固，TiN会在1780K时析出，其他析出物则不满足析出条件不会析出。
　　(3)钢液全部凝固(温度低于1736K)形成奥氏体，随着温度的继续降低，大部分析出物都在此阶段析出。析出物析出顺序为:MnS＞NbC＞TiC＞AlN＞NbN;对应的析出温度为:1670K、1444K、1357K、1313K、1308K。
　　此外，采用光谱分析法、红外分析法、大样电解法、图像分析仪分析法、扫描电镜结合能谱分析等方法对EAF-LF-VD-CC工艺流程下生产的14MnNb管线钢洁净度进行研究。得出如下结论:
　　(1)钢液中全氧含量大体而言呈现出下降的趋势。其中绝大部分的[O]都是在LF和VD精炼工艺中被去除。14MnNb钢从VD精炼结束到中间包过程中平均氧含量上升了2.2ppm，这说明在运输浇注过程中钢液存在二次氧化。钢水中的氮含量总体呈现上升趋势。由于在VD炉内进行抽真空处理，有利于钢中溶解的氮析出。经过VD精炼，钢液中平均氮含量减少了11.67％。
　　(2)14MnNb管线钢在整个生产工序下钢水中夹杂物数量整体呈下降趋势。其中LF精炼和VD精炼对于钢水中各类夹杂物的去除效果显著。主要的显微夹杂物为CaO·CaS·Al2O3、MnS，次要夹杂物为CaO·MgO·Al2O3、CaO·Al2O3。铸坯中，大型夹杂物主要为CaO·Al2O3·SiO2、 CaO·MgO·Al2O3、CaO· TiO· SiO2·Al2O3等复合夹杂物，还有少量的TiN以及K2O·Al2O3·SiO2、Na2O·CaO·Al2O3·SiO2等。其中，存在含有K和Na的夹杂物说明在浇铸过程中存在结晶器保护渣的卷入问题。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 管线钢简介

1．2 管线钢的化学成分组成

1．2．1 碳和锰

1．2．2 氧、氢、硫和磷

1．2．3 微合金元素

1．2．4 其他元素

1．3 管线钢性能

1．3．1 纯净度

1．3．2 高强度高韧性

1．3．3 焊接性

1．3．4 耐腐蚀性

1．4 管线钢生产工艺

1．4．1 生产工艺要点

1．4．2 国内典型生产工艺

1．5 管线钢发展趋势与现状

1．6 研究背景与内容

1．6．1 研究背景

1．6．2 研究内容

1．6．3 研究方法

第2章 析出物热力学计算

2．1 液相中析出物

2．2 凝固过程析出物

2．3 固相中析出物

2．4 热力学计算结果与分析

2．4．1 计算条件及参数选择

2．4．2 液相中

2．4．3 凝固过程中

2．4．4 奥氏体相中

2．5 小结

第3章 14MnNb洁净度研究

3．1 14MnNb生产工艺流程

3．2 钢中化学成分

3．3 钢中氧氮分析

3．4 显微夹杂物分析

3．4．1 显微夹杂物数量分析

3．4．2 显微夹杂物组成及形貌

3．5 大型夹杂物分析

3．5．1 大型夹杂物数量分析

3．5．2 大型夹杂物组成及形貌

3．6 小结

第4章 结论

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目