开浇过程二次氧化对铝脱氧不锈钢中夹杂物的影响

为了研究铝脱氧不锈钢开浇过程中二次氧化对钢水洁净度和夹杂物演变的影响,实现钢中夹杂物的有效控制,分别在LF精炼出站、开浇过程中不同时刻取样,采用扫描电镜、ASPEX自动分析仪、热力学计算等不同方法研究了铝脱氧不锈钢中夹杂物的形貌、成分、数量和尺寸分布,确定了铝脱氧不锈钢开浇过程中夹杂物的演变行为和对应机理。研究结果表明,开浇过程钢中氧氮质量分数、夹杂物数密度变化规律类似,20 min时分别增加至7.4×10?5、0.0674%、17.1 mm?2,此后随着浇铸过程进行逐渐降低;LF精炼出站时钙处理改性夹杂物效果较好,其类型主要为CaO?Al₂O₃?SiO₂?MgO,开浇过程中二次氧化降低了钙处理操作的作用效果,20 min时夹杂物类型转变为MnO?Al₂O₃?SiO₂?CaO复合夹杂物,浇铸约60 min时,连铸过程中钢水的洁净度基本达到稳定,此时夹杂物类型重新转变为CaO?Al₂O₃?SiO₂?MgO;二次氧化使得钢液中氧质量分数较高,促进了MnO?Al₂O₃-SiO₂?CaO夹杂物的生成,而钢中大尺寸的CaO?Al₂O₃?SiO₂?MnO?(MgO)夹杂物主要通过夹杂物间的碰撞聚合形成;凝固过程中随着温度的降低,促进了MgO?Al₂O₃尖晶石相和CaO?2MgO?8Al₂O₃相的析出,提高了夹杂物中Al₂O₃组分的含量。      

硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响

大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物容易引起轴承钢疲劳失效,大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的控制是生产高端GCr15轴承钢的关键因素之一。精炼过程中合金引入杂质元素、渣精炼和精炼过程中卷渣是铝脱氧轴承钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的主要潜在来源。硅铁合金通常用来提高轴承钢的淬火和抗回火软化性。本文通过实验室实验、样品分析和热力学计算,研究了硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响。硅铁合金主要由深色的硅相和浅色的硅铁相组成,钙元素在硅相和硅铁相的界面处以金属化合物形式存在。研究发现,加入硅铁合金后,钢中总钙（T.Ca）含量增加,钢中的Al₂O₃和MgO·Al₂O₃夹杂物被改性为CaO?Al₂O₃类夹杂物,夹杂物尺寸随着夹杂物中CaO含量增加而减小,钢中并未生成大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物。随着钢中T.Ca含量增加,夹杂物平均尺寸降低,钢中T.O含量增加,表明硅铁合金中金属钙元素不会直接引起钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的生成。但是生成的小尺寸固相CaO?Al₂O₃类夹杂物在水口处粘附结瘤,结瘤物脱落后会成为钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的来源之一。      

Q235钢中夹杂物演变规律和生成机理分析

 为了更好地控制Q235钢中非金属夹杂物的种类和数量,提高钢的冲击韧性,采用自动扫描电镜分析了Q235钢中非金属夹杂物在LF精炼、中间包和连铸坯中成分和形貌的演变规律。采用FactSage热力学软件对钢中各类夹杂物的生成机理进行了分析。研究发现,钢中非金属夹杂物的演变规律为均相的SiO₂-MnO夹杂物→均相的SiO₂-Al₂O₃-MnO-TiO_x夹杂物→双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物→多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。样品冷却过程中均相的SiO₂-MnO夹杂物发生相变析出纯SiO₂导致在LF精炼初期钢中出现双相SiO₂-MnO类夹杂物。加入的硅钙钡合金中铝含量较高,导致液态夹杂物在钢液中析出MgO·Al₂O₃,以及在LF出站钢样品中出现双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物。含钛的夹杂物在连铸坯凝固冷却过程会析出纯的Ti₃O₅,并且钢中还会析出MnS析出相,因此连铸坯中存在多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。     

轴承钢二次精炼过程夹杂物演变规律

 研究了轴承钢LF精炼和RH真空处理过程各类夹杂物的成分、种类和数量变化,并结合热力学模拟计算了夹杂物与钢液的界面参数,并对试验结果进行分析讨论。夹杂物分析结果表明,精炼25 min后,脱氧产物Al₂O₃消失,钢中夹杂物以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。继续精炼65 min至LF精炼结束,钢中夹杂物仍以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。RH真空处理25 min后,钢中夹杂物总数量较LF精炼结束降低75%,其中,纯尖晶石和含少量CaO的尖晶石去除率分别为99.5%和93.2%,CaO·2Al₂O₃去除率为67%。RH破空后钢中夹杂物以液态钙铝酸盐CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃为主。精炼过程尖晶石类夹杂物尺寸集中在10 μm以下,尺寸大于20 μm夹杂物主要为处于液相区的钙铝酸盐,这些钙铝酸盐在LF精炼前期就已经存在。与钢水接触角大于90°的固态夹杂物纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石和CaO·2Al₂O₃在RH真空处理过程容易去除,与钢水接触角小于90°的液态夹杂物CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃不易去除。因此,将LF精炼结束的夹杂物控制为固态夹杂物有利于RH真空处理过程夹杂物的高效去除。热力学计算结果表明,当钢中w(T[O])为0.001 0%、w([Mg])大于0.000 18%时,脱氧产物Al₂O₃热力学上就不能稳定存在。铝脱氧、高碱度渣精炼条件下很难稳定地获得固态Al₂O₃夹杂物。为获得完全固态尖晶石或高熔点钙铝酸盐夹杂物,钢中w([Ca])需控制在0.000 1%以内。钢中w([Ca])大于0.000 2%,就具备生成液态夹杂物的热力学条件。     

石油套管钢管壁内缺陷的形成机理

针对某石油套管钢管壁内缺陷,采用扫描电镜?能谱仪（SEM-EDS）分析,并结合FactSage8.0软件计算进行研究,结果表明缺陷纵向面主要由浅条纹及深条纹组成,浅条纹处存在大量MgO·Al₂O₃夹杂物,深条纹处有大量的Al₂O₃、MgO·Al₂O₃、CaO·Al₂O₃·SiO₂等夹杂物聚集在一起。缺陷横截面上的夹杂物主要为CaO·Al₂O₃·SiO₂、CaO·Al₂O₃·MgO和CaO·Al₂O₃·MgO·SiO₂ 3类。推测钢管壁内缺陷形成机理主要为:①大包钢水在浇注末期钢水卷带钢包渣进入中间包钢水中,该渣滴随后吸附钢中高Al₂O₃含量的微细xAl₂O₃·yCaO或Al₂O₃夹杂物,导致渣滴中的Al₂O₃含量升高;②大包钢水在真空脱气（VD）精炼过程大Ar气搅拌下卷入了钢包渣,该渣滴随后吸附钢中的微细Al₂O₃夹杂物,导致渣滴中的Al₂O₃含量升高;以上两种形式形成的渣滴在凝固冷却过程中,转变为CaO·Al₂O₃·SiO₂, CaO·Al₂O₃·MgO,CaO·Al₂O₃·SiO₂·MgO 3种类型的夹杂物。圆管坯在穿孔变形过程中,在纵向拉应力和横向切应力作用下,使卷入的大型渣滴沿纵向及横截面延伸扩展,最终形成钢管壁内的缺陷。      

CaO-SiO2-Al2O3-CaF2系精炼渣对钢绞线用 SWRH82B钢中D类夹杂物的控制研究

通过钢渣平衡实验研究，分析了精炼渣成分对82B钢液T.O和点状不变形夹杂物成分的影响；通过Fact-Sage热力学计算，得出硅锰脱氧82B钢中MgO·Al₂O₃尖晶石夹杂的生成条件.结果表明:降低精炼渣碱度、提高Al₂O₃含量均利于钢水全氧含量的降低；随着Al₂O₃含量的提高，复合氧化物夹杂的熔点升高.当熔渣碱度为0.93、Al₂O₃含量为5.1%时，夹杂物熔点最低；熔渣碱度为1.14、Al₂O₃含量为25.6%时，高Al₂O₃活度的熔渣导致MgO·Al₂O₃尖晶石夹杂生成；熔渣碱度为1.97、Al₂O₃含量为25.9%时，由于碱度升高，钢中无MgO·Al₂O₃尖晶石类夹杂物生成；熔渣碱度为0.93、Al₂O₃含量为5.1%时，由于Al₂O₃含量降低，钢中无MgO·Al₂O₃尖晶石类夹杂物生成，且夹杂物熔点较低.      

高碳铭GCrl5轴承钢中镁铝夹杂物形成与控制工艺实践

GCr15钢的生产流程为120 t BOF-LF-RH-CC工艺。BOF出钢加200 kg铝块进行强脱氧,同时LF过程控制Al含量至0.030%～0.045%,LF结束夹杂物主要为MgO·Al₂O₃,RH真空后MgO·Al₂O₃夹杂物被去除,钢水中夹杂物以钙铝酸盐为主,但是连铸浇铸过程MgO·Al₂O₃夹杂物又会重新生成。因为LF精炼过程Al-MgO和C-MgO反应的存在,高碳铝脱氧GCr15轴承钢LF精炼结束更容易获得MgO·Al₂O₃夹杂物,并促进中间包钢水MgO·Al₂O₃夹杂物重新生成。当BOF出钢仅加40 kg铝块进行预脱氧,LF结束钢水MgO·Al₂O₃夹杂物数量显著降低,同时中间包钢水中MgO·Al₂O₃夹杂物不再重新生成。此外,将低钛低铝硅铁由出钢过程改为LF过程加入,也可以有效控制钢水中MgO·Al₂O₃夹杂物数量。      

EH36钢120 t BOF-LF-RH-CC流程精炼过程中夹杂物演变研究

对采用“120tBOF-LF-RH-260mm板坯CC”工艺流程生产的EH36钢,在精炼过程中的夹杂物演变规律进行了研究。通过现场各工序取样检测,结合夹杂物形成热力学计算,分析了夹杂物种类和尺寸的变化。研究表明,在“LF→RH→中间包”的精炼过程中,钢中夹杂物数量密度呈逐渐降低趋势,而其中直径>5μm的大颗粒夹杂物数量密度则逐渐增加。大颗粒夹杂物种类为MnO-SiO₂系氧化物和CaO-Al₂O₃系钙铝酸盐,如3CaO·Al₂O₃,12CaO·Al₂O₃和CaO·Al₂O₃。在精炼过程中,当钢中Ca含量较低时,形成CaO·6Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃,随着钢中Ca含量的升高,主要形成12CaO·7Al₂O₃和3CaO·Al₂O₃。     

铝脱氧钢中尖晶石夹杂物的生成与转变

研究了140 t LD-LF-RH-CC流程冶炼超低氧钢时精炼过程铝脱氧钢中夹杂物的变化。试验钢出钢过程加足够的铝脱氧,以尽快降低钢液中溶解氧。为使Al₂O₃转变为钙铝酸盐夹杂,选用CaO-Al₂O₃精炼渣系,渣中含3.00%～8.42%SiO₂。结果表明,精炼时钢液中夹杂物的变化趋势为:纯Al₂O₃→尖晶石夹杂→CaO-Al₂O₃-MgO复合夹杂物,炉渣中8.42%SiO₂炉次夹杂物转变慢于3.00%SiO₂炉次;当炉渣CaO/Al₂O₃为1.60时,钢中夹杂物大多转变为低熔点CaO-Al₂O₃-MgO复合夹杂。精炼渣的成分控制应为(%):55～60CaO,35～40Al₂O₃, 5～10MgO。     

GCr15轴承钢连铸过程MgO·Al2O3夹杂物形成机理

为了研究GCr15轴承钢浇铸过程MgO·Al₂O₃夹杂物形成原因，以改善钢的可浇性，对LF结束、RH结束、中间包冲击区、中间包浇铸区进行夹杂物全流程分析。LF结束夹杂物主要为镁铝尖晶石，并含有少量钙铝酸盐夹杂物。RH真空处理后镁铝尖晶石夹杂物被高效化去除，钢液中仅剩少量低熔点和高熔点钙铝酸盐夹杂物，中间包浇铸时可以在钢液中检测到许多MgO·Al₂O₃夹杂物。采用不含氧化镁的中间包覆盖剂和铝质中间包内衬，在不改变连铸其他工艺参数条件下，中间包MgO·Al₂O₃夹杂物数量并没有得到显著降低，中间包钢液中仍然可以检测到许多MgO·Al₂O₃夹杂物，这说明中间包钢-渣-耐火材料间的反应并不是MgO·Al₂O₃夹杂物的生成原因。向铁质提桶取样器中加入成分以SiO₂、Cr₂O₃、Fe₂O     

MgO与低密度钢液相互作用及其对夹杂物的影响

 为了研究高锰高铝低密度钢液与耐火材料间的相互作用规律,以Fe-20Mn-10Al-C(20%Mn、10%Al)低密度钢液与MgO耐火材料棒在1 600 ℃时界面反应为研究对象,分别反应30和60 min后对MgO耐火材料的微观结构以及钢中非金属夹杂物特征进行了观察。结果表明,反应后MgO耐火材料转变为3层结构,分别为致密的MgO·Al₂O₃尖晶石界面层,尖晶石颗粒、钙铝酸盐和MgO颗粒组成的过渡层以及MgO颗粒组成的原始层,且随着反应时间的增加,尖晶石界面层厚度增加;在高锰高铝低密度钢液与MgO耐火材料的相互作用下,钢中非金属夹杂物主要包括单一MgO·Al₂O₃夹杂、AlN夹杂、MgS夹杂和MgO·Al₂O₃-AlN、MgO·Al₂O₃-MgS等复合夹杂物。     

高速铁路车轴用25CrMoVNi超低氧钢RH精炼过程非金属夹杂物的行为

25CrMoVNi钢由120 t EAF-LF-RH脱气-φ600 mm圆坯连铸工艺生产,EAF出钢时加Al预脱气使[Al]s≥0.030%,并加入石灰造渣预精炼,LF精炼时炉渣表面加Al粒扩散脱氧,LF精炼渣的组成为（/%）:53~57CaO,10~13SiO₂,27~28Al₂O₃,6~9MgO,0.09~0.10MnO。RH脱气精炼结果表明,RH后T[O]由脱气前0.001 3%~0.001 5%降至0.000 5%;钢中TCa由0.001 9%降至0.000 9%~0.001 7%;夹杂物发生MgO·Al₂O₃→（MgO）z（CaO）x（Al₂O₃）y→（CaO）x（Al₂O₃）y的转变;最后以尖晶石类固相夹杂物数量迅速减少,以钙铝酸盐类的液相夹杂物数量呈现出先增加后减少,钢中夹杂物由6.7个/mm²下降至2.7个/mm²     

80t BOF-LF-RH-CC流程冶炼55SiCr弹簧钢洁净度的研究

55SiCr钢280 mm×325 mm铸坯（/%:0.55C,1.42Si,0.67Mn,0.008S,0.67Cr）的冶炼流程为80 t BOF-LF-RH-CC工艺。通过BOF出钢加Al和硅铁合金,同时加入精炼渣,控制精炼过程渣碱度R（CaO/SiO₂）为2.0左右,RH≥20 min,软吹搅拌≥15 min,控制钢中夹杂物转变,得到洁净弹簧钢55SiCr。分析结果表明,LF精炼过程中夹杂物由早期的Al₂O₃-SiO₂-MnO和Al₂O₃夹杂将逐渐转变为Al₂O₃-CaO-SiO₂夹杂,RH真空处理后夹杂物全部转变为Al₂O₃-CaO-SiO₂夹杂,LF开始精炼T[O]和[N]分别为36×10^-6和26×10^-6,铸坯T[O]、[N]分别为7×10^-6和43×10^-6,铸坯中夹杂物主要为Al₂O₃-CaO-SiO₂和Al₂O₃,尺寸≤10μm。      

GCr15轴承钢EAF-LF-VD-CC流程非金属夹杂物的演变

 为研究GCr15轴承钢中非金属夹杂物的演变,对某钢厂EAF-LF-VD-CC流程生产的GCr15轴承钢进行全流程取样,利用可进行大面积自动检测分析的ASPEX扫描电镜结合普通扫描电镜(SEM-EDS),系统分析了各工序中夹杂物的演变行为。结果表明,GCr15轴承钢精炼过程中夹杂物主要类型为MgO-Al₂O₃-CaO类复合夹杂物与MnS,少量SiO₂-Al₂O₃,90%以上夹杂物尺寸为1～8 μm。随着精炼的进行,夹杂物数量逐渐减少,在VD软吹阶段后期夹杂物数量及总面积降到最低。精炼期间,夹杂物成分在最初的高Al₂O₃(w([Al₂O₃])>80%)的区域逐渐向MgO、CaO含量升高的区域转移,VD破真空后MgO(w([MgO])>20%)、CaO(w([CaO])>30%)达到最高,之后向Al₂O₃含量升高的区域移动,最终在中间包浇注时停留在高Al₂O₃(w([Al₂O₃])>65%)的区域。钢中Ds类夹杂物主要为MgO-Al₂O₃-CaO类复合夹杂物,Ds类夹杂物的生成及去除随机性强,VD对Ds类夹杂物有较强去除作用。