SWRH 92A帘线钢中异相形核TiN复合夹杂析出机制

摘要：高碳帘线钢中析出的非金属夹杂物如钛夹杂,对钢材疲劳强度影响巨大。系统分析过共析帘线钢中钛夹杂的析出行为对控制夹杂物形成及产品质量提升尤为重要。结合形核理论以及热力学耦合模型,对SWRH 92A帘线钢盘条存在的Al2O3 TiN复合夹杂物的形成机制进行了研究。结果表明：TiN夹杂在钢液凝固进程凝固分数约为0.866(温度为1457K)时开始析出;凝固前期Ti、N偏析比基本相当,然而当凝固接近结束时Ti的偏析比明显大于N,分别为6.059和2.367×10-6。TiN夹杂物形成过程中,其异相形核功小于均相形核功,异相形核半径大于均相形核半径,并且形核功与形核半径变化曲线在1457K时均达峰值。呈球形形态的Al2O3夹杂在TiN析出之前就已经析出,并且尺寸较小的Al2O3将被推动至凝固前沿被TiN捕获并以此为核心析出长大最终形成Al2O3 TiN复合夹杂。     

帘线钢中钛夹杂的控制

为了控制帘线钢中的钛夹杂,要同时降低钢水中的w(Ti)及w(N)。通过采用低钛合金、优化转炉出钢工艺、控制转炉下渣量等措施控制钢水中的w(Ti);采用低氮增碳剂,优化全工序降氮操作等措施降低钢水中的w(N)。实践表明:当钢中w(Ti)控制在不大于0.000 4%,w(N)控制在不大于0.004%时,能显著降低甚至杜绝钛夹杂的析出。     

高强度帘线钢中氮化钛夹杂的固溶行为分析

为了提高帘线钢盘条的质量,实现轧制过程高强度帘线钢中大颗粒氮化钛夹杂的有效控制,通过试验钢中氮化钛夹杂的固溶试验研究,探讨了高强度帘线钢在加热过程中氮化钛夹杂的固溶行为和影响机制。结果表明,氮化钛夹杂在加热升温阶段存在较为明显的固溶行为,且固溶效果与加热温度和保温时间密切相关。通过适当提高轧钢加热炉温度和延长保温时间以及随后的快速冷却,可以对高强度帘线钢中大颗粒氮化钛夹杂的尺寸和数量进行有效控制。     

碳含量对帘线钢凝固析出TiN夹杂的影响

对含碳量(质量分数)分别为0.72%、0.82%和0.95%的帘线钢凝固析出TiN夹杂进行热力学研究,结果表明:碳含量对于不同强度级别的帘线钢中TiN夹杂的析出有着明显的影响.随着帘线钢碳含量增加,凝固前沿温度逐渐降低,析出TiN夹杂所需的氮钛活度积也逐渐下降.在相同的钢液初始Ti、N含量条件下,较高碳含量的帘线钢中析出的TiN夹杂尺寸会大于较低碳含量帘线钢中析出的TiN夹杂尺寸.为了控制超高强度级别的过共析帘线钢中TiN夹杂的析出对帘线钢加工性能的有害影响,必须通过冶炼工艺进一步降低钢液中的钛、氮含量.     

帘线钢连铸坯氧化物夹杂分布规律研究

为了探索帘线钢中氧化物夹杂在连铸坯内的分布规律,对铸坯中氧化物夹杂的尺寸和成分进行了取样分析。结果表明,随着凝固时间的延长,帘线钢连铸坯中氧化物夹杂的尺寸由连铸坯表面到心部不断增大。采取连铸快冷及增强凝固末端电磁搅拌的措施后,夹杂物最大尺寸控制在20μm以下。     

帘线钢铸坯氧化物夹杂分布研究

本文对帘线钢铸坯氧化物夹杂的分布进行了研究,发现帘线钢铸坯氧化物夹杂尺寸及数量分布与铸坯疏松密切相关。在铸坯疏松位置,夹杂物尺寸大,且数量多。通过优化脱氧工艺与连铸工艺,有利于消除铸坯疏松、减小夹杂物尺寸和数量。     

帘线钢氮化钛夹杂的控制实践

为了降低帘线钢中的氮化钛夹杂,鞍钢股份有限公司炼钢总厂采用专用合金和专用钢水罐、转炉工序采取高拉碳一次点吹和低氮增碳剂、LF炉工序造泡沫渣和钢水弱脱氧、机前采取长水口吹氩等措施。结果表明,帘线钢氮化钛夹杂罚分由平均32.5降低到14.8,帘线钢实物质量得到提高。     

过共析帘线钢中Ti夹杂的析出热力学与形成机制

过共析帘线钢中析出的含Ti夹杂对钢丝拉拔性能产生有害影响,研究钢中Ti夹杂的析出行为对夹杂物性质控制以及钢材质量提高具有重要意义.考虑夹杂物析出对凝固前沿溶质浓度和温度影响下,基于传统Ohnaka模型建立了相应的耦合模型并以此计算了92级过共析帘线钢中TiN夹杂的析出热力学.结果表明,耦合模型条件下TiN夹杂的析出时间...     

帘线钢82B精炼过程中的酸溶铝控制

通过热力学计算和工业试验研究了影响高碳帘线钢(82B)生产过程中钢中酸溶铝含量的各种因素。为控制钢中酸溶铝含量在极低水平,首先必须使用w(Al)<0.05％的硅铁合金化;其次应该严格控制精炼温度、精炼渣的Al_2O_3含量和精炼渣碱度,以避免LF精炼过程钢液增铝。指出高碳帘线钢用VD法进行真空处理时钢液具有强烈的增铝倾向。     

帘线钢中钛夹杂形成的热力学分析

对帘线钢中TiN夹杂的形成热力学进行了计算,通过理论计算表明,在帘线钢凝固过程后期,固液界面的TiN平衡浓度积较低,易形成钛夹杂.相对碳含量较低的帘线钢而言,碳含量较高的帘线钢在凝固后期由于固液界面的温度较低,导致TiN平衡浓度积也较低,更易于形成钛夹杂.根据理论分析结果,采取了相应的技术措施,使与钛夹杂相关的帘线钢合格率得到明显提高.     

帘线钢小方坯夹杂物的控制

阐述了帘线钢对夹杂物的要求,及夹杂物对盘条性能的影响。针对本钢北营炼钢厂小方坯连铸机生产的帘线钢出现的夹杂物断丝的问题,通过检测分析得出其主要夹杂物为钛夹杂、铝夹杂、铝镁复合夹杂、氧化钾及氧化钠等。从夹杂物的产生机理入手,通过对钛来源进行控制、炼钢全流程控氮降低氮化钛析出,精炼渣系调整及铝含量控制避免纯Al2O3析出,精炼过程碱度的调整和萤石量降低避免耐材侵蚀MgO析出,连铸液面自动控制改进避免卷渣后钾钠氧化物夹杂带入,工艺优化后再未出现钛夹杂超标以及夹杂物引起的断丝率超标问题。     

首钢帘线钢夹杂物控制技术

在帘线钢的生产中，通过采用Si—Mn合金终脱氧以及改变精炼渣系，达到控制钢中酸溶销含量，进而控制钢中夹杂物组成的目的，改善了夹杂物彤态；通过各个工艺环节的控制，降低了钢中总氧含量。     

帘线钢中氧化物夹杂塑性化控制技术研究

为将帘线钢中氧化物夹杂转变为低熔点塑性夹杂物,在实验室开展了夹杂物组成、钢液成分和顶渣组成之间的关系研究,基于研究结果提出了工业生产中实现钢中夹杂物塑性化控制的技术方案,并进行了精炼工艺技术对钢中夹杂物塑性化影响的工业试验,夹杂物成分位于低熔点液相区,实现了夹杂物塑性化控制。制丝过程将Ф1.25 mm的粗丝拉为Ф0.2 mm帘线,2 000 m试验拉拔的全部生产过程未出现断丝,且盘条中夹杂物数量也降低到3个/mm2。工业生产中制丝过程的断丝率为0.47次/t。     

帘线钢凝固过程中夹杂物析出

为了充分了解帘线钢中夹杂物,对钢液凝固过程析出夹杂物进行了分析.结果发现:Al₂O₃夹杂物在凝固过程中先析出,且Al₂O₃夹杂物长大的限制性环节为[Al]在钢液中的扩散;当凝固分数为0.44时SiO₂开始析出,且SiO₂长大的限制性环节为[O]在钢液中的扩散;析出夹杂物的半径随着冷却强度的增大而减小;当冷却速度为100K·min^-1时,凝固末期析出Al₂O₃夹杂物的半径为2.5μm,析出复合Al₂O₃-SiO₂夹杂物的半径为4.7μm;随着凝固的进行,夹杂物中SiO₂含量增加,Al₂O₃含量下降.     

帘线钢中氮的控制

介绍氮在钢中的作用与来源,阐述氮对帘线钢的显著影响,并通过热力学计算,说明在凝固过程中TiN夹杂的析出行为,最后对钢中氮的控制提出相应的措施。通过这些措施的实施和过程工艺的控制,帘线钢成品w(N)平均降低0.7×10-6,w(N)小于50×10-6的比例由原来的92.86%提高到目前的94.25%,为进一步稳定和提高帘线钢的质量提供依据。     

帘线钢凝固过程夹杂物生成热力学及工业实践

 非金属夹杂物是影响帘线钢拉拔性能的重要因素之一,为了研究帘线钢中夹杂物的生成及转变机理,使用ASPEX自动扫描电镜观察分析了帘线钢工业生产过程中不同碱度条件下从钢液到铸坯中非金属夹杂物的转变现象,并使用FactSage7.0热力学计算软件对非金属夹杂物的转变机理进行了讨论。在高碱度条件下,钢液中非金属夹杂物主要类型为低熔点的CaO-SiO₂-Al₂O₃-MnO,铸坯中非金属夹杂物的CaO和MnO含量有所降低,同时SiO₂含量有所增加。在低碱度炉次中,钢液中非金属夹杂物主要为较高熔点的SiO₂-MnO-CaO类型,Al₂O₃含量较低。连铸坯中非金属夹杂物的SiO₂含量与钢液相比有所增加,同时MnO含量降低。热力学计算结果表明,帘线钢凝固和冷却过程中的非金属夹杂物转变由夹杂物自身的相转变和析出、非金属夹杂物和钢液间的化学反应以及溶解氧和钢基体化学成分的反应3方面原因造成。热力学计算结果较好地解释了帘线钢工业生产中钢液和铸坯中非金属夹杂物成分和形貌的转变,为帘线钢中非金属夹杂物的控制提供参考。     

国内外帘线钢盘条中夹杂物对比

利用金相显微镜、扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDX）的方法对国内外帘线钢盘条夹杂物进行了对比研究。结果表明：日本神户、日本新日铁、国内A厂和C厂盘条夹杂物数量少,尺寸小;而韩国浦项、国内B厂和D厂所生产的盘条中夹杂物相对较多并发现一定数量较大尺寸夹杂。日本神户、日本新日铁、德国沙斯特、国内A厂和D厂盘条夹杂物大部分均...     

帘线钢72A精炼过程研究

对首钢帘线钢72A精炼过程的钢液中酸溶铝、总氧、夹杂物成分和形貌进行了系统的分析,发现从LF结束到VD开始过程中酸溶铝增加很大;VD精炼处理后夹杂物熔点高.分析得出合金中铝以及喂Si-Ca丝导致了钢中酸溶铝的增加;夹杂物中CaO含量过高、SiO2含量过低导致精炼结束后夹杂物处于高熔点区.提出降低脱氧剂中Ca含量,取消喂丝以及降低精炼渣碱度的改善措施.     

帘线钢82A大方坯的原位统计分布分析

采用金属原位分析仪对帘线钢82A大方坯进行了原位成分统计分布分析,并探讨了方坯不同区域中C、Si、Mn、P、S、Al和Ca元素的分布规律,发现C、S、P和Mn在中心存在明显的岛状偏析,中心区域的偏析较边部严重。C、S和Mn元素在方坯边部有明显的负偏析带,而Si的分布较为均匀。帘线钢中的Al基本上都以夹杂物的形式存在,并以Al、Ca的复合夹杂物为主,且中心的夹杂物含量明显比边部多。采用扫描电镜结合能谱分析的方法对不同区域夹杂物的尺寸和成分进行了研究,两种方法所得结果具有较好的一致性。     

帘线钢中Ti夹杂物研究

为完善Ti夹杂去除工艺以控制其生成和尺寸,采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪测定了80级帘线钢冶炼过程钢水样中Ti含量,发现平均Ti含量在电炉出钢→精炼→连铸工序呈先上升后下降趋势.TiN生成热力学、凝固偏析及长大动力学计算表明:在目前南钢80级帘线钢炼钢和连铸控制条件下,TiN只能在凝固率大于98%的两相区或固相区生成;凝固冷却速率越大,TiN析出尺寸越小;TiN析出尺寸为3～7μm,与实际金相样观察到的尺寸基本一致.