高碳硬线钢中B类非金属夹杂物微观尺度结构生长的三维重构与变形/性行为研究

high carbon hardwire steel is used for high quality metal wire. Nonmetallic inclusions have important influence for fracture and fatigue resistance of wire, so the inclusion modification is the basis guarantee for high quality steel wire products industry. it is very necessary to research inclusion modification deeply. This project intends to conduct a systematic research onB class inclusion modification phenomena in hardwire steel . Three dimensional micro/nano structure of inclusion would be rebuild, the growth of inclusion will be reasonable enlarged.and variance of analysis of inclusion will be reduced or avoided. Laser confocal microscopy of high temperature and micro-Raman spectroscopy with melt crystal growth apparatus is used for real-time observation of inclusion/molten steel boundary layer around inclusions, to investigate the structure of boundary layer of inclusions based on the analysis of Crystallography.Combined with morphology analysis to research dynamics of inclusion modification process, reveal the mechanism of inclusion modification in molten steel, so as to provide theoretical support for improving the practical effect of inclusion modification in high carbon hardwire steel.

高碳硬线钢是用于金属线材深加工的高端产品之一。非金属夹杂物对线材拉拔过程中的断丝及其抗疲劳性能有重要影响，对其进行变形/变性处理是开发高性能金属制品的基本保障，因此，对其进行深入研究是十分必要的。本项目拟通过对硬线钢中B类夹杂物微纳结构生长的三维重构，合理放大夹杂物的生长过程，排除现有淬冷取样法的不足，减轻或避免超细夹杂物表征过程中的分析偏差，对硬线钢中非金属夹杂物的变形/变性过程进行研究。采用激光共焦显微高温拉曼光谱仪和微型熔体晶体生长装置，对夹杂物/钢液界面层进行观测，在晶体学分析的基础上，开展变形/变性边界层结构的研究，通过研究获得对脆性夹杂物变形/变性的影响因素并对其进行优化，结合形貌分析，研究夹杂物变形/变性过程的动力学，揭示钢中夹杂物的变性/变形机理，为提高高碳硬线钢脆性夹杂物处理的实际效果提供理论依据。

高碳硬线钢是金属线材深加工的高端产品之一，随着我国国民经济的快速发展，特别是油田开采、矿山采掘、航运交通、架空索道、桥梁钢缆等工程对高强度钢绞线、钢丝的需求量也在逐年上升。丝绳产品在加工过程中，需要经过多道次的拉拔，非金属夹杂物会导致线材拉拔过程中的断丝及在实际应用中导致早期断裂。开展硬线钢生产中夹杂物控制技术的研究是开发高性能金属制品的基本保障。. 项目主要开展了对SWRS82B硬线钢中的非金属夹杂物B类夹杂物变性过程的热力学和动力学研究。研究了钙/镁处理以及稀土处理过程中的夹杂物变性过程。. 研究结果表明：随钙添加量的增多，夹杂物逐渐发生以下转变：Al2O3→CA6→CA2→液态钙铝酸盐。钙处理夹杂物变性过程中Al在夹杂物层的扩散为限制环节，钢液中Ca含量升高，夹杂物完全变性时间显著减少。镁处理夹杂物变性过程中Mg在夹杂物层的扩散为限制环节。随钢液中Mg含量的增加，夹杂物变性时间显著缩短。当钢液中镁含量低于钙含量时，Ca、Mg元素在夹杂物中分布均匀。当钢液中镁含量高于钙含量时，Ca分布在夹杂物外部，Mg分布在夹杂物中心部位。钙镁复合处理高碳硬线钢中夹杂物的改性效果优于单独元素处理时的改性效果。. Ce变性处理SWRS82B钢中的Al2O3夹杂物的改性途径为：Al2O3→Ce2S3+CeAlO3+Ce2O2S+Al2O3→Ce2S3+CeAlO3+Ce2O2S/Ce2S3+Ce2O2S→Ce2S3+Ce2O2S。La变性处理钢中的Al2O3夹杂物的改性途径如下：Al2O3→LaAlO3+La2O3•11Al2O3+La2S3→LaAlO3+La2O2S+La2S3→La2S3+La2O3。Y变性处理钢中的Al2O3夹杂物的改性途径如下：Al2O3→Y2S3+YAlO3+Al2O3→Y2S3+YAlO3+Y2O2S+YAlO3+Al2O3→Y2S3+Y2O2S。. 钢中夹杂物的尺寸、界面间距、数量密度、均匀度、面积密度等分布可以看出，混合稀土对钢夹杂物的处理效果最好，稀土La处理效果次之，稀土Y处理效果再次之。稀土处理后钢中夹杂物的平均尺寸、最大面密度占比均可减小，夹杂物形状趋于球化。实践应用表明夹杂物的危害性大大减轻。