二次氧化及钙处理对超低氧特殊钢中非金属夹杂物的影响

开展工业试验研究了二次氧化以及钙处理对超低氧特殊钢中非金属夹杂物的影响,研究结果表明:采用LD→LF→RH→CC工艺路线,通过铝脱氧、造高碱度精炼渣,可生产w(T.O)0.000 7%的42CrMo特殊钢;钙处理虽有利于改善钢水浇铸性能,但将导致钢中大尺寸钙铝酸盐类夹杂物数量增加;二次氧化将导致液态CaO-MgO-Al_2O_3夹杂物向固态CaO-MgO-Al_2O_3夹杂物转变,同时导致Al_2O_3夹杂物和镁铝尖晶石夹杂物生成,对钢水洁净度不利。因此,生产超低氧特殊钢应尽量避免二次氧化和钙处理。     

"BOF→LF→RH→钙处理→CC"工艺生产管线钢过程夹杂物演变

对"BOF→LF→RH→钙处理→CC"工艺生产X70管线钢过程的夹杂物行为演变进行了研究。发现LF精炼过程夹杂物由多面体Al_2O_3转变为球形的MgO-Al_2O_3-CaO-CaS复合夹杂。RH精炼过程夹杂物成分变化不大,但是夹杂物数量和尺寸都减小。钙处理后,夹杂物中的CaO和CaS含量增加,w(CaO)/w(Al_2O_3)增大,平均成分偏离低熔点区。在连铸过程由于二次氧化导致钢中Al_s和T.Ca含量降低,同时中间包夹杂物中CaO和CaS含量有所降低,夹杂物数密度和最大尺寸都有所增加,应加强浇铸过程的保护浇铸,以更好地保证钙处理效果。由于降温过程钢-夹杂物之间平衡的移动,夹杂物由中间包中液态的CaO-Al_2O_3转变为铸坯中的以Al_2O_3-CaS和MgO-Al_2O_3类型为主的高熔点夹杂物。     

轴承钢LF-VD精炼过程夹杂物行为变化研究

采用夹杂物自动扫描分析仪Aspex对轴承钢炉外精炼过程中的非金属夹杂物进行大面积扫描,系统研究了炉外精炼过程钢液纯净度变化,对关键工序进行氧、氮含量分析,同时利用"无水电解"提取各个工序夹杂物,以便观察夹杂物三维形貌,以指导生产实践。研究表明,LF-VD过程,夹杂物经历了Al_2O_3→MgO·Al_2O_3→CaO-MgO-Al_2O_3演变。LF精炼初期,钢液中形成大量Al_2O_3夹杂物,随着LF精炼地进行,钢液中逐渐形成MgO·Al_2O_3、钙铝酸盐、CaO-MgO-Al_2O_3等复合夹杂物,VD真空后,钢液中形成大量CaO-MgO-Al_2O_3夹杂物。LF精炼初期,钢液中夹杂物数量密度达到16.25个/mm~2,随着LF精炼的进行,夹杂物数量逐渐减少,VD破空后钢液中夹杂物数量密度降低为6.87个/mm~2,随着静搅地进行,钢液中夹杂物数量密度逐渐降低,VD吊包夹杂物数量密度增加,可能是卷渣造成。     

SPHD钢中夹杂物在RH-CC工序 的演变规律

以SPHD钢在BOF-RH-CC工艺生产过程中夹杂物的演变为研究对象,分析了从精炼出站到连铸过程钢中T. O、[N]的变化情况,研究了夹杂物数量、尺寸分布以及成分演变规律.结果表明:从RH精炼出站到中间包,钢中T. O和[N]含量增加,单位面积夹杂物数量升高,钢水因二次氧化产生了Al_2O_3夹杂.夹杂物尺寸变化主要集中在10μm以下的夹杂物,其中小于5μm夹杂物所占比例降低,5～10μm夹杂物所占比例增多,钢包与中间包之间的保护浇铸需要加强.部分Al_2O_3夹杂可转变为低熔点且易被去除的CaO-MgO-Al_2O_3系或CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系等复合夹杂,铸坯内夹杂物主要以Al_2O_3,Al_2O_3-SiO_2,CaO-SiO_2以及CaO-Al_2O_3-SiO_2等形式存在,也有附着少量MnS的Al_2O_3夹杂.     

钙处理对涟钢高强机械用钢夹杂物的影响

对涟钢LG600/LG700XL冶炼过程中夹杂物的衍变机理进行分析,分批次试验研究了精炼渣性能和钙处理工艺对钢液洁净度和钢中夹杂物的影响。结果表明,在钙处理工艺下,夹杂物的衍变路线为Al_2O_3→MgO-Al_2O_3→Al_2O_3-CaO,中间包钢液中的夹杂物主要是Al_2O_3-CaO和Al_2O_3-TiO_x复合氧化物。取消钙处理以后,铸坯中氧的质量分数从16×10~(-6)降低到11×10~(-6)。两种工艺下,材样中绝大部分夹杂物都是核心为铝酸盐、外层为TiN的复合夹杂,钙处理工艺下夹杂物核心是Al_2O_3-CaO-CaS,取消钙处理工艺下夹杂物核心是MgO-Al_2O_3尖晶石。两类复合夹杂物尺寸都比较小(10μm),对钢材性能的影响有限。取消钙处理以后,钢液可浇性基本保持不变,没有发生水口堵塞,说明取消精炼过程中的钙处理工艺对涟钢高强机械用钢而言是可行的。     

316L不锈钢精炼过程中夹杂物成分演变

从"AOD→LF→钙处理→连铸"进行全流程取样,重点分析316L不锈钢中氧氮含量、夹杂物数密度和成分。研究发现:在冶炼过程中,钢中w(T.O)逐渐降低,钙处理后为24×10~(-6),较AOD还原结束时降低183×10~(-6),浇铸时存在二次氧化,铸坯试样中w(T.O)增加8×10~(-6)。AOD还原期结束时,夹杂物类型主要为SiO_2-MnO系。LF进站时为CaO-Al_2O_3-SiO_2系和CaO-Al_2O_3-MgO系,前者主要来源于AOD卷渣和钢中Al反应生成,后者主要来源于SiO_2-MnO系夹杂物与钢中Al以及渣相反应生成。对于CaO-Al_2O_3-SiO_2系,LF进站时夹杂物平均成分偏离低熔点区,随着精炼过程的进行,夹杂物中CaO含量降低,Al_2O_3含量升高,其平均成分位于低熔点区内;对于CaO-Al_2O_3-MgO系,夹杂物中MgO含量升高,MgO·Al_2O_3尖晶石夹杂物数量增加,经过钙处理和静置上浮,CaO-Al_2O_3-MgO系夹杂物逐渐消失,夹杂物改性较为充分。     

X65管线钢全流程夹杂物转变规律及控制

针对X65管线钢探伤不合缺陷,从夹杂物转变过程分析了缺陷产生的原因,并提出了合理的钙处理工艺,达到控制B类夹杂物、降低探伤不合发生率的目的。研究结果表明,原工艺冶炼过程中夹杂物的转变过程为Al_2O_3→MgO-Al_2O_3→MgO-Al_2O_3-CaO→CaO-Al_2O_3,且最终夹杂物主要为低熔点区的高CaO质量分数钙铝酸盐;通过热力学计算,针对管线钢夹杂物控制提出了新的夹杂物控制目标,并建立了钙处理模型,根据实际的钢液条件计算钙处理控制窗口,用于指导不同w([S])、w(T[O])条件下的合理喂钙量。通过优化处理工艺,钢中钙质量分数由原工艺的0.003 0%~0.004 0%降低至0.001 0%~0.002 0%,铸坯中夹杂物类型为MgO-Al_2O_3-(CaO)-CaS低熔点和高熔点相复合的夹杂物,B类夹杂不大于2.0的一检合格率由96.5%提高至97.5%,夹杂物引起的探伤不合格率由10.0%降至1.5%以下,提高了管线钢的产品质量。     

特殊钢发展新趋势与工艺创新

根据国内外文献总结提出21世纪特殊钢质量提升的重点从洁净钢冶炼转移到大型夹杂物控制,特别应加强硫化物控制。最大夹杂物尺寸对钢材疲劳性能有明显影响,当w(T.O)≤5×10~(-6)时硫化物影响最大。大型夹杂物主要来源于渣钢反应产生的MgO-Al_2O_3和CaO-Al_2O_3夹杂以及卷渣形成的CaO-SiO_2-Al_2O_3系夹杂。控制大型夹杂物必须改进生产工艺:降低炉外精炼负荷、改变脱氧工艺、严格控制卷渣和促进连铸过程夹杂物上浮。     

100t BOF-LF-RH-CC流程冶炼GCr15轴承钢非金属夹杂的演变

试验GCr15轴承钢(/%:1.00C,0.20Si,0.39Mn,0.015P,0.005S,1.50Cr,0.003Ti,0.015Als)的冶炼工艺流程为预脱硫铁水-100 t BOF-LF-RH-200 nm×200 mm坯连铸。主要工艺特点为BOF出钢过程加1.2 kg/t铝脱氧,LF精炼采用白渣操作,精炼初渣主要成分为(/%:22Al_2O_3,56CaO,10SiO_2,5MgO),RH 67 Pa,25 min,连铸过程保护浇注。两炉钢冶炼分析结果表明,钢中氧氮含量在RH破空样品中同时达到最低分别为7×10~(-6)~8×10~(-6)和24×10~(-6)~26×10~(-6),钢中非金属夹杂尺寸主要集中在3~8μm,并且单位面积夹杂物数量在RH破空样中达到最小;铸坯中非金属夹杂以Al_2O_3-CaO夹杂为主;在高碱度渣的条件下,钙铝酸盐与镁铝尖晶石很容易发生反应,碱度为2~3时会出现少量MgO-Al_2O_3,在渣碱度达到4以上时不会出现MgO-Al_2O_3系夹杂物,并且高碱度条件下MgO-Al_2O_3-CaO系夹杂物中MgO含量会降低。     

超低氧石油套管钢LF-VD过程非金属夹杂物的转变

系统分析和研究了采用“EAF→ LF→VD→CC”工艺流程生产试验钢时,各工序的全氧与氮含量的变化情况、钢液中非金属夹杂物的生成与变化以及精炼初渣对夹杂物去除的影响.结果表明:试验钢在LF精炼过程中w(T.O)平均下降42.83％,经VD真空处理后w(T.O)和w(N)平均下降48.77％和10.72％.在LF精炼过程中,钢液中非金属夹杂物按“Al2O3系夹杂物→MgO-Al2O3系夹杂物→CaO-MgO-Al2O3系夹杂物”顺序转变,其中MgO-Al2O3系夹杂物向CaO-MgO-Al2O3系夹杂物转变是由外向内逐步进行,并且夹杂物中CaO与MgO互不相溶.精炼初渣碱度控制在2.5左右对于炉渣吸收夹杂较为有利.     

精炼渣碱度对弹簧钢夹杂物的影响研究

为了评价不同精炼渣对弹簧钢中夹杂物数量、组成、尺寸及形态的影响,在EAF→LF→RH→CC工艺流程下,设计了两种不同渣系,通过全氧分析、渣样分析、夹杂物分析等手段评价了两种精炼渣全氧及夹杂物控制水平。研究表明,相对于低碱度渣(1.0),高碱度渣(1.7)有利用钢水脱氧、脱硫,钢水全氧含量更低;不同碱度情况下,钢中夹杂物类型基本相同,主要由MnS、CaO-SiO_2-Al_2O_3、Al_2O_3-MgO、CaS-MnS、TiS-MnS等夹杂物所组成,低碱度精炼渣钢中MnS与CaO-SiO_2-Al_2O_3夹杂物数量显著多于高碱度精炼渣;高碱度渣的钢中A类、B类和D类夹杂物控制更好;从夹杂物控制水平考虑,采用碱度1.7的精炼渣更为合适。     

无取向电工钢WG350生产过程中夹杂物的行为与控制

为了更好地控制WG350无取向电工钢中的夹杂物,采用扫描电子显微镜、Aspex系统分析了精炼、连铸过程和成品板中夹杂物的类型、数量及尺寸的演变规律。结果表明,氩站开始出现大尺寸含P复合夹杂物,该类型夹杂物大部分在RH脱碳后会上浮去除。RH加铝脱氧时生成的Al_2O_3以团簇状和块状为主,前者尺寸范围为0.5～5μm且大部分被去除,而块状Al_2O_3会一直遗留至成品中。RH合金化后,钢液中夹杂物数量达到最大,夹杂物类型除Al_2O_3外,主要还有复合氧化物、复合氧硫化物。成品板中夹杂物种类及数量关系为:氧硫化物氧化物氮化物氮化物+氧化物氮化物+硫化物氮-氧-硫复合物硫化物。钢中氧硫(质量分数)由49×10~(-6)降低至13×10~(-6)时,夹杂物种类及数量均会大幅度减少。     

高级别焊丝钢磷硫控制工艺优化

为了研究采用全三脱工艺KR铁水脱硫→脱磷转炉→脱碳转炉→RH精炼→板坯连铸工艺生产的高级别焊丝钢洁净度水平,进行了5炉工业试验。通过对冶炼过程系统取样分析,研究了钢中总氧含量变化、夹杂物的转变规律及机理。结果表明,转炉终点氧质量分数平均为610.2×10~(-6),进站钢水氧质量分数平均为484×10~(-6),加Al前氧质量分数为220×10~(-6),破空氧质量分数为4.6×10~(-6),整体控制较好。RH进站时夹杂物主要为MnO-SiO_2-Al_2O_3类复合夹杂,夹杂物大多为球形,其中有部分夹杂物尺寸超过20μm;RH破空后,中包至铸坯夹杂物均主要为Al_2O_3型夹杂物,同时含有少量的MgO-SiO_2类夹杂。     

BOF-LF-VD-CC生产20CrMnTi齿轮钢的夹杂物行为研究

通过氩站、LF、VD、中间包、及铸坯的系统取样,采用扫描电镜(SEM)结合能谱(DES)自动扫描分析功能(可获取试样大面积范围内的夹杂物信息),对某钢厂BOF-Argon station-LF-VD-CC工艺生产20CrMnTi钢中夹杂物在各工序的种类、数量、化学成分进行研究。结果表明:随着工艺的进行,夹杂物在氩站出站时以Al_2O_3为主;LF精炼后,夹杂物转变成熔点较低、易于上浮的MgO-Al_2O_3、MgO-Al_2O_3-CaO;VD结束后,主要有MgO-Al_2O_3、CaOAl_2O_3、CaO-MgO-Al_2O_3三大类夹杂物;夹杂物数量在氩站结束时最多,中间包和铸坯中夹杂物数量最少,同时夹杂物状变也由不规则变为球形,说明LF、VD有着较好的精炼效果。通过对该厂夹杂物随冶炼工艺演变的研究发现:该厂夹杂物控制水平能够满足一般齿轮钢的质量要求,并为将来冶炼高品质齿轮钢打好基础。     

钙处理船板钢洁净度研究

对采用"铁水预处理→BOF→LF精炼→RH精炼→CC→轧板"工艺生产的船板钢进行系统地取样,采用扫描电镜对样品中夹杂物的形貌、尺寸及组成进行分析,结果表明:钙处理前,夹杂物主要为Al_2O_3-CaO及少量的MgO和SiO_2,尺寸在5μm以内;钙处理后,夹杂物主要为Al_2O_3-CaO-CaS,部分尺寸达10μm以上。钢板中主要夹杂物为CaS-CaO-Al_2O_3夹杂以及CaO-Al_2O_3-MgO。对夹杂物在轧制过程的变形情况进行了分析,结果表明,轧制过程发生变形的长条状夹杂物成分为CaO-Al_2O_3,而未变形的夹杂物为CaO-Al_2O_3外包裹着CaS。     

EH36船板钢生产过程中夹杂物成分的变化

对采用"BOF→LF→RH→CC"工艺生产EH36船板钢过程中的夹杂物进行了研究。用SEM-EDS分析了试样中的夹杂物形貌和成分,用FactSage软件计算了夹杂物的析出情况。研究表明:LF进站钢液中夹杂物主要为SiO_2,试样中的MnS是在试样凝固过程中形成的。Ca处理后,液态夹杂物数量增多。经过RH处理后,夹杂物中Al_2O_3含量升高,CaO和MgO含量降低。中间包钢液中夹杂物的Al_2O_3含量降低,CaO含量升高,夹杂物与渣发生反应,使夹杂物成分向低熔点区靠近。中间包渣中SiO_2含量较高,与钢中Al发生反应,使钢液中Si含量升高,Al含量降低。钢液凝固过程中发生成分偏析,使铸坯中夹杂物的S含量明显升高,Al_2O_3含量升高,CaO含量降低。在铸坯中形成了CaO和Al_2O_3比例不同的钙铝酸盐夹杂物以及Al_2O_3夹杂物,且部分钙铝酸盐表面形成CaS。     

Mg处理对X65管线钢中夹杂物的影响

在实验室用真空感应炉冶炼3炉X65管线钢,其中2炉钢进行镁处理。分析非镁处理钢和镁处理钢中夹杂物的变化特征,研究镁处理对X65管线钢中夹杂物的影响。结果表明:1)非镁处理钢中的夹杂物主要是Al_2O_3系夹杂,镁处理钢中的夹杂物类型主要是MgO-Al_2O_3系夹杂;2)镁处理钢中粒径小(1~5μm)的夹杂物比例相对较高,大颗粒( 15μm)夹杂物明显减少;3)粒径较大的夹杂物主要是Al_2O_3夹杂和靠近低熔点区域的夹杂,靠近镁铝尖晶石成分的夹杂物粒径较小,说明镁处理可使钢中夹杂物变得细小而分散;4)镁处理钢中存在大量的尺寸细小的MgO·Al_2O_3系夹杂物,可以为硫化物的析出提供形核核心,从而减少硫化物在晶界的析出数量。     

低碳低硅铝镇静钢精炼过程钢中夹杂物行为研究

通过对唐钢FTSR冷轧基料(SPHC)钢种整个浇次全程跟踪取样,采用美国ASPEX对所取钢样中夹杂物进行自动扫描检测,分析研究了SPHC钢中非金属夹杂物的主要来源、数量、尺寸分布、组成和类型的演变规律。结果表明:到站喂铝线后夹杂物主要为Al_2O_3,精炼过程中钢液中形成MgO-Al_2O_3系夹杂物。喂铝线夹杂物上浮后,尺寸大于5μm的夹杂物数量为15%;钙处理后,Al_2O_3和Mg O-Al_2O_3系夹杂物变形效果较好,夹杂转变为CaO-CaS-Al_2O_3复合夹杂,尺寸小于5μm的夹杂物大于95%以上。提出了优化造渣、吹氩制度,优化生产组织模式,提高保护浇铸水平等措施,达到了降低夹杂物含量、缩短精炼周期、降低生产成本的目的。     

超低碳钢中Al-Ti夹杂物的形成机理和控制技术

超低碳钢对控制夹杂物要求日益提高,并且Al-Ti复合夹杂物对水口结瘤和产品质量具有重要影响。基于此,对Al-Ti夹杂物的特征、生成及演变过程、形成机理和控制要素进行了详细分析。试验在精炼过程及中间包中进行密集取样,借助Aspex扫描电镜对夹杂物数量、尺寸、形貌和化学组成进行自动分析。结果表明,钛合金化后由于钢液存在高钛浓度区域,该区域发生反应导致Al_2O_3夹杂物变性为Al-Ti夹杂物,为了抑制反应进行,应控制铝钛间隔时间为4 min;连铸过程二次氧化会影响Al-Ti夹杂物生成,二次氧化明显,炉次中间包Al-Ti夹杂物数量较多,主要原因是钢液内部w([O])的升高抑制了Al-Ti夹杂物向Al_2O_3夹杂物变性反应的进行;钢液局部w([O])较高区域,钢中铝、钛、氧直接反应生成Al-Ti夹杂物。     

DP590钢夹杂物在精炼及浇铸过程中的演变行为

围绕某钢铁企业生产的DP590钢中非金属夹杂物在精炼及浇铸过程中的演变行为,采用氧氮分析、显微夹杂统计及SEM-EDS能谱分析等手段进行了系统深入的研究。利用Fact-Sage软件计算并绘制了1 600℃时CaS-CaO-Al_2O_3三元相图,分析了精炼和连铸过程中夹杂物在CaS-CaO-Al_2O_3三元相图中的演变行为。研究发现,在该厂现行工艺条件下,LF喂钙处理可降低钢中的全氧含量和非金属显微夹杂含量。转炉炉后出钢至精炼出站全氧含量降低了27×10~(-6),非金属显微夹杂物含量减少了54.5%。稳态连铸坯中的氧、氮含量和显微夹杂含量较低。LF精炼喂钙线之前显微夹杂的主要成分为Al_2O_3。在LF精炼钙处理后,中间包及连铸坯中发现了大量的球形Ca O-Al_2O_3类夹杂,这表明钙处理效果良好,实现了将Al_2O_3夹杂物变性的目的。热力学计算结果表明钙处理过程中夹杂物的演变行为为Al_2O_3→Al_2O_3+CaO·6Al_2O_3+CaS→Al_2O_3+CaO·2Al_2O_3+Ca S(Ca S较多,Ca O较少)→Al_2O_3+CaO·2Al_2O_3+CaS(CaS较少,CaO较多)。