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。     

超低氧特殊钢中非金属夹杂物研究

针对超低氧含量特殊钢中大型非金属夹杂物问题开展了相关工业试验和实验室研究,研究结果表明:1)当钢液w(T.O)低于(13~15)×10~(-6)后,通过LF精炼进一步降低钢液总氧和夹杂物含量变得困难。而RH真空精炼在钢液超低氧含量条件下则具有非常强的进一步降氧和去除夹杂物的能力,将RH精炼时间延长至33 min左右,钢液w(T.O)降至4.7×10-6,尺寸1.5μm以上夹杂物数量减少至1.77个/mm~2。2)超低氧特殊钢中夹杂物在钢液二次精炼过程会经历"Al_2O_3→MgO-Al_2O_3→CaO-MgOAl_2O_3→CaO-Al_2O_3"转变,其中Al_2O_3向MgO-Al_2O_3系夹杂物转变是由于钢液[Mg]与Al_2O_3夹杂物的反应,而[Mg]主要来源于[Al]还原钢包包衬MgO的反应。3)在w(T.O)=5.9×10-6的特殊钢连铸圆坯试样中检测到尺寸100~330μm的大型簇群状CaO-MgO-Al_2O_3系夹杂物,构成簇群的微小颗粒与钢液中微小夹杂物类似,表明是在连铸过程由钢液中微小夹杂物聚合而成。4)经过RH精炼,钢中夹杂物绝大多数已转变为液态CaO-Al_2O_3系夹杂物,而连铸过程发生的二次氧化,会将钢中夹杂物转变为高熔点的CaO-Al_2O_3系、MgO-Al_2O_3系或CaO-MgO-Al_2O_3系固态夹杂物,固态夹杂物更易聚合为大型夹杂物,因此在超低氧特殊钢生产中必须非常严格地控制二次氧化。     

钢包MgO-C砖抗氧化剂对帘线钢酸溶铝的影响

为了避免帘线钢中脆性夹杂物的生成,通过采取控制入炉物料及合金含Al量、LF精炼炉造低碱度渣系的方法,钢液中酸溶铝(Al_s)质量分数可以控制在9×10~(-6)左右。通过优化钢包镁碳衬砖抗氧化剂的种类和含量,把抗氧化剂金属Al粉质量分数由1.61%降低至0.15%,其余部分使用等量的Si粉代替,在其它工艺不变的情况下,钢液中w(Al_s)从8.8×10~(-6)降低至6.1×10~(-6),降幅达30.7%。钢中典型复合夹杂物中Al_2O_3平均质量分数为8.6%,最大值为23.8%,复合夹杂物可控制在低熔点塑性区。     

LF精炼渣碱度变化对304不锈钢夹杂物成分的影响

采用氧氮分析仪、扫描电镜、金相显微镜等分析手段,系统研究LF精炼渣系对304系不锈钢全氧质量分数wT[O]、夹杂物数量、尺寸及成分的影响。研究结果表明,当LF精炼渣碱度由1.5升高至2.6时,LF出站溶解氧质量分数w[O]由11.6×10~(-6)降低至4.8×10~(-6),铸坯wT[O]由47×10~(-6)降低至24×10~(-6),铸坯夹杂物总数量降低,但当量直径不大于10μm的夹杂物所占比率由77.7%增加至95.1%。热力学计算结果表明:在钢液中各元素达到平衡状态时,渣系碱度越高,低熔点夹杂物2MgO·2Al_2O_3·5SiO_2生成区域越小,MgO·Al_2O_3尖晶石类夹杂物生成区域越大,与生产试验结果一致。随着LF炉渣碱度升高,铸坯夹杂物成分中MgO和Al_2O_3的质量分数分别升高了14.4%和9.1%,当碱度不大于1.9时,铸坯中不会存在镁铝尖晶石。     

ER70S-6焊丝钢LF脱氧与夹杂物控制

通过热力学计算和工厂试验研究了ER70S-6钢LF精炼过程中钢水脱氧和夹杂物的控制。用扫描电镜和能谱仪(SEM/EDS)分析了钢水中夹杂物的形貌、成分和尺寸。计算结果表明:Si-Mn合金脱氧后,钢水中的溶解氧质量分数在40×10-6以上;通过控制钢包渣的成分可将钢水中的溶解氧质量分数降到10×10-6以下。试验结果表明:在精炼过程中钢水中大于20μm的夹杂物比例从22.3%降到6.1%;精炼结束后钢水中的夹杂物主要为球形的CaO-Al2O3-SiO2-MnO-Ti2O3夹杂物,89.8%的夹杂物熔点都小于1 600℃。生产数据显示:成品中w(T.O)平均为24.5×10-6,满足下游客户的要求。     

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。     

铝镁合金脱氧实践及钢中夹杂物分析

为了解决铝脱氧钢Al_2O_3夹杂物改质共性问题,进行了铝镁合金脱氧探索实践,取得了稍优于铝脱氧的脱氧效果,脱后氧活度10×10~(-6)以下,夹杂物评级小于1.0级。与铝脱氧相比,铝镁脱氧的铸坯和板材中大于30μm的夹杂减少,硫化物夹杂物数量明显减少。镁铝合金中镁含量从5%增至7.5%,脱氧后钢中夹杂物减少明显。铝镁合金脱氧过程中,可逐渐形成Al_2O_3-MgO及Al_2O_3-M_xO_y-MnS-CaS复合夹杂物,并上浮排除,降低了单纯铝脱氧的条簇状Al_2O_3夹杂物的危害,钢中夹杂物变细小。同时,镁气泡在上浮的过程中吸附夹杂物,能减少夹杂数量,具有洁净钢水功效。     

齿轮钢锻件关键区域氧化物和硫化物夹杂的分布特征

齿轮是机械传动的关键结构部件,为了改善齿轮的服役性能,提高疲劳寿命,需要清楚齿轮钢中的夹杂物类型、数量、尺寸、分布。采用夹杂物自动扫描仪、氧含量分析手段、扫描电镜对齿轮钢锻件不同位置进行夹杂物评估。结果表明:铸件中心位置TO质量分数较高,为10×10~(-6),对应小尺寸夹杂物数量较多,而大尺寸夹杂物在关键区域的分布较多。钢中氧化物夹杂主要为Al_2O_3、Al_2O_3复合类的尖晶石和钙铝酸盐复合夹杂物,且尺寸较大,分布不均匀,对齿轮钢关键区域的影响较大。钢中硫化物夹杂分布均匀,尺寸较小,热力学计算表明,该类夹杂在凝固过程中凝固率g0.44时,MnS开始析出,通过控制硫化物夹杂析出及分布有助于改善齿轮钢质量。     

Ce含量对EH40船板钢热影响区夹杂物的影响

利用夹杂物自动分析系统在实验室中研究了钢中Ce含量对热影响区夹杂物演化的作用。结果表明,随着钢中Ce含量的增加,夹杂物的数量密度、平均尺寸和以Al_2O_3为核心的复合夹杂物比例都减少,夹杂物中Ce的含量和含Ce夹杂物的比例都增加,典型夹杂物核心由Al_2O_3+Ce_2O_3变为Ti_2O_3+Ce_2O_3,外部都析出MnS。当钢中Ce质量分数大于140×10~(-6)时,出现以Ti-Ce复合氧化物为核心的夹杂物。随着夹杂物中Ce含量的增加,钢中夹杂物的尺寸减小。Ce氧化物冶金工艺对夹杂物的细化作用明显。     

炉渣反应平衡对钢中总氧和非金属夹杂物影响的研究

高强度低合金钢为了控制钢中硫含量,生产过程中采用高碱度、低氧化性精炼渣,致使钢中生成尺寸较大的塑性夹杂物,严重影响钢材质量。炉渣组成对钢中夹杂物有很大影响,文章介绍了采用钢-渣平衡的方法对五种渣系(不同CaO/SiO_2和Al_2O_3%)钢中总氧和非金属夹杂物影响的研究。结果表明,钢-渣反应平衡后,顶渣中Ca O/SiO_2在1.93~4.54,Al_2O_3 %在21%~30%;钢中T.O在7×10~(-6)~19×10~(-6);钢中夹杂物呈球形,绝大多数尺寸在5μm以下,类型为Al_2O_3-Si O2-CaO-MgO系,部分夹杂物中含有少量MnO。当顶渣中Al_2O_3含量一定时,随着顶渣中(CaO+MgO)/SiO_2提高,T.O下降;夹杂物中MnO含量降低,CaO/Al_2O_3增加。当顶渣CaO/SiO_2一定时,随着渣中Al_2O_3含量的提高,T.O增加;夹杂物中Al_2O_3含量增加,CaO含量也相应增加,CaO/Al_2O_3变化不大,约在1,夹杂物中MgO含量和MgO/Al_2O_3下降。随着钢中T.O含量的增加,夹杂物的数量呈上升的趋势;钢中出现大尺寸夹杂物的几率增加。     

U75V重轨钢生产过程中非金属夹杂物的行为演变

为了研究重轨钢全流程非金属夹杂物的行为演变,进一步控制重轨钢中夹杂物,提高产品质量。以U75V重轨钢为研究对象,通过对LF-VD-CC工艺重轨钢生产全流程系统取样,结合氧氮分析、钢液成分分析、非金属夹杂物分析以及热力学计算,从夹杂物化学成分、数量及尺寸等方面研究其演变过程。结果表明,U75V重轨钢生产全流程氧氮含量持续降低,最终TO、[N]质量分数分别约为0.001 0%和0.004 0%;LF进站主要为MnO-SiO_2-Al_2O_3型夹杂物,为脱氧产物;LF精炼化渣后,MnO-SiO_2-Al_2O_3型夹杂物转化为CaO-SiO_2-Al_2O_3型夹杂物,BaCaSi和FeSi等合金辅料带入的Ca、Als是产生该结果的主要原因;LF离站时主要为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO型夹杂物,夹杂物中CaO和MgO含量增加;VD精炼过程CaO-Al_2O_3-MgO型夹杂物基本消失,VD破空至铸坯中主要为CaO-SiO_2-Al_2O_3型夹杂物;钢轨中镁铝尖晶石类夹杂物比例增加,为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO型夹杂物,热力学计算结果表明钢轨中尖晶石类夹杂物为降温冷却过程中形成,且计算值与实际值总体吻合。     

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。     

高速重轨钢B类夹杂物控制技术

研究了B类夹杂物的控制技术。高速重轨要求B类夹杂不高于1级,钢水中w(Alt)≤40×10~(-6)。采用无铝脱氧后,熔渣碱度的提高,提高了渣中Al_2O_3的活度,精炼尾期加入大量的硅铁,促进了反应的进行。将熔渣碱度控制在2~3之间,精炼前期加入硅铁,精炼过程中硅铁加入总量控制在300kg以内,可有效控制钢水中w(Alt)的增加。采取措施后,B类夹杂物超标率由2.64%降为0.11%。     

SWRH82B硬线钢CaO- Al2O3- SiO2系夹杂物塑性化控制的生产实践

为了研究SWRH82B硬线钢通过控制精炼渣的组成实现夹杂物塑性化的可行性,通过对炼钢过程中各工序的精炼渣和钢液进行取样,并对精炼渣成分、钢液总氧含量以及夹杂物的形貌、尺寸、成分等进行检测分析。结果表明,采用无铝化脱氧,并将精炼渣的碱度控制在0.8~1.2,Al2O3质量分数控制在10%以下时,能使CaO- Al2O3- SiO2系夹杂物成为塑性夹杂物;钢水经过RH真空精炼后夹杂物尺寸变大,并且夹杂物的Al2O3质量分数降低,SiO2质量分数升高,通过相关检测分析了造成此现象的原因,并提出了改进措施。     

铈对新型超级双相不锈钢2707HD夹杂物变性的影响

为了提高钢的洁净度,实现夹杂物无害化控制,研究了稀土铈对新型超级双相不锈钢2707HD中夹杂物变性行为的影响。通过热力学计算,初步判定了加入铈后钢液中可能生成夹杂物的类型。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和Image-Pro6.0软件对钢中夹杂物的尺寸、形貌和类型进行表征和分析。结果表明,当铈的质量分数为0.03%时,钢中尺寸小于1和1~2μm夹杂物的比例均增加,而大于2μm夹杂物的比例下降;当铈的质量分数为0.06%时,小于2μm夹杂物的比例下降,并且有大于5μm的夹杂物生成。铈使不规则的Al_2O_3夹杂物变性为规则的Ce_2O_3和Ce_2O_2S稀土夹杂物,并伴有Ce_2O_3-Ce_2O_2S和CeAlO_3-Ce_2O_2S复合夹杂物的生成,有效减少了钢中不规则夹杂物的数量。     

钢包初始状态对帘线钢夹杂物的影响

运用Aspex Explorer扫描电镜对比了3种不同初始状态钢包冶炼条件下的帘线钢盘条中夹杂物成分、变形性能以及数量密度等,指出不同初始状态的钢包对帘线钢精炼渣成分和成品[Al]含量的影响。结果表明,同等条件下,分别使用冶炼过Si、Al-Si以及Al脱氧钢的钢包冶炼帘线钢时,精炼渣碱度、渣中Al_2O_3含量和成品[Al]含量均呈上升趋势,对应精炼渣碱度分别为0.95、1.1、1.4,渣中Al_2O_3质量分数分别为7.0%、11.0%、15.0%,成品[Al]的质量分数分别为7×10~(-6)、13×10~(-6)、16×10~(-6)。采用冶炼过Al、Al-Si脱氧钢的钢包冶炼的帘线钢盘条夹杂物数量密度分别为0.96、1.20个/mm~2,夹杂物中Al_2O_3平均质量分数分别为25.9%、31.8%,夹杂物塑性差,轧制后长宽比平均值分别为5.6、5.1。采用冶炼过Si脱氧钢的钢包冶炼的帘线钢盘条中夹杂物数量密度为0.79个/mm~2,夹杂物中Al_2O_3平均质量分数为15.0%,为塑性夹杂物,轧制后长宽比均值为11.3。实验证明,冶炼帘线钢不宜使用初态为Al脱氧或者Al-Si脱氧的钢包。     

316L不锈钢LF精炼过程夹杂行为热力学分析和工艺优化

采用热力学计算方法得出316L不锈钢(/%:0.02C,0.51Si,1.15Mn,0.030P,0.001S,16.77Cr,10.12Ni,2.07Mo,0.040N,0.006Ti,0.004A1)精炼过程中脱氧平衡后形成MgO·Al_2O_3、2MgO·SiO_2、3Al_2O_3·2SiO_2、2NgO·2Al_2O_3·5SiO_2优势区图,研究和分析了各类夹杂物生成与转变的热力学条件。结果表明,在1 873 K时,当钢液中的溶解Al含量低于0.001%和溶解Mg含量低于2×10~(-7)%时才能形成低熔点变形能力较好的2MgO·2Al_2O_3·5SiO_2类夹杂物;当钢液中溶解Al含量在1.7×10~(-4)%以下,钢液中不形成MgO·Al_2O_3尖晶石夹杂;2MgO·SiO_2与3Al_2O_3·2SiO_2类高熔点夹杂物形成区域最大。实践表明,加Ca对高熔点夹杂物2MgO·SiO_2与3Al_2O_3·2SiO_2变性处理的热力学条件充足,当316L不锈钢180 t LF钢液溶解氧为0.002 0%,进行喂硅钙线2 m/t,精炼终点[O]为0.001 5%,2 mm冷轧板夹杂物为C类0.5~1.0级,主要成分为CaO·Al_2O_3·SiO_2。     

管线钢钙处理工艺优化

针对X80M钢成品板材中夹杂物导致探伤合格率低的问题,对其炼钢过程进行排查发现,钙处理使用的硅钙线中有效钙含量偏低。通过更换硅钙线种类以及优化钙处理工艺,钙处理时控制钢水中w(S)25×10~(-6),将喂线速度由1.8 m/s提高至2.5 m/s,底吹流量由180～200 L/min降低为120～150 L/min,钢水中成品Ca质量分数控制在(13～25)×10~(-6),Al_2O_3夹杂均改性为低熔点铝酸钙夹杂,基本处于CaO-Al_2O_3-CaS三元相图中低熔点区,夹杂物尺寸均在50μm以下,X80M钢探伤合格率平均由94.60%提高至99.69%左右,保证了产品质量。     

82B硬线钢中夹杂物热力学分析及控制

对82B硬线钢中夹杂物的形成条件进行了热力学理论计算,结果表明:采用低碱度渣时,钢液中[Al]S随着夹杂物中wCaO/wSiO2比值和Al_2O_3含量增大而增加,为把CaO-SiO2-Al_2O_3夹杂物控制在塑性区,钢液中[Al]S应小于6×10~(-6)。实际控制结果表明,按照热力学计算结果控制精炼炉渣成分(控制顶渣中的Al_2O_3含量低于10%),同时保证充足的软吹条件(合适的氩气流量和大于15 min的软吹时间),可以达到夹杂物控制目标。     

2205双相不锈钢连铸过程中夹杂物的形成机制

为了研究2205双相不锈钢连铸过程中夹杂物的特征及形成机制,从2205双相不锈钢连铸中间包和板坯上分别取试样,利用扫描电镜分析夹杂物的类型及形貌特征,并结合热力学计算探讨夹杂物的演变规律及其形成原因。结果表明,2205双相不锈钢中间包中存在大于10μm的夹杂物,中间包中夹杂物类型主要为CaO-Al_2O_3和CaO-Al_2O_3-MgO球形夹杂物,板坯中夹杂物尺寸都小于10μm,板坯中CaO-Al_2O_3和CaO-Al_2O_3-MgO球形夹杂物外面包裹了一层TiN。错配度和热力学计算表明凝固过程中CaO-Al_2O_3和CaO-Al_2O_3-MgO球形夹杂物为TiN的析出提供了形核质点。