含硫易切削钢夹杂物控制试验研究

通过高温试验研究了钙处理和镁处理对含硫易切削钢中夹杂物的控制效果。钙处理后钢中夹杂物为CaAl-O+(Ca,Mn)S复合夹杂物、(Ca,Mn)S以及Mn S夹杂物;镁处理后钢中夹杂物为Mg Al2O4+(Mg,Mn)S、Al2O3+Mn S复合夹杂物、(Mg,Mn)S以及Mn S夹杂物。钙处理和镁处理后钢中的复合夹杂物所占比例分别为0.67%和3.57%。镁处理后钢中Ⅱ类Mn S夹杂物明显减少,91.7%的夹杂物尺寸小于3μm,纺锤率达到72.5%,其对夹杂物的控制效果优于钙处理。     

镁钙处理对车轮钢中夹杂物及疲劳性能的影响

在250 t钢包内对某车轮钢分别进行了镁、钙处理,探讨了夹杂物特征对钢疲劳寿命的影响,得出如下结论:镁处理、钙处理钢中T.O含量变化不大,均在0.0025％以下,但镁处理钢氮含量比钙处理钢普遍要低;钙处理精炼结束后钢中典型夹杂物主要为铝酸钙和(Ca,Mn)S,而镁处理钢中主要为尖晶石—铝酸钙复合夹杂物、尖晶石—硫化钙包裹型复合夹杂物,夹杂物尺寸较钙处理明显减小;当外部应力大于470 MPa后,镁处理钢的疲劳寿命几乎都大于钙处理钢,由此证明镁处理对改善钢的疲劳寿命有一定的贡献.     

Mg对刀剪用钢中夹杂物影响的试验研究

研究了镁对刀剪用钢中夹杂物的影响.试验结果表明:在中频炉出钢过程中加镁,可使钢中夹杂物由原来的以Al2O3和Al2O3-TiN为主,变为以镁铝尖晶石为主的夹杂物;加镁炉次铸坯洁净度为12.2个/mm2,不加镁铸坯为15.76个/mm2.     

非钙处理对高等级齿轮钢夹杂物的影响

 为解决水口堵塞、B类夹杂物超标及控制Ds类夹杂物,通过热力学计算和工业试验研究了SCr420H齿轮钢钙处理与非钙处理对中间包夹杂物的影响。研究发现,非钙处理炉次中间包夹杂物数量低于钙处理炉次。非钙处理炉次中间包夹杂物主要为棱角状镁铝尖晶石;钙处理炉次夹杂物主要为Al₂O₃-CaO-MgO与CaS复合球状夹杂物。优化工艺后非钙处理炉次中间包高熔点尖晶石类夹杂物数量大幅降低,水口堵塞及B类夹杂物问题得到解决。非钙处理圆钢夹杂物评级结果为,A类不大于0.5,B类不大于0.5级,C类为0,D(细)类不大于1.0级,D(粗)类不大于0.5级,Ds类不大于1.0级。     

铝镇静钢LF精炼过程中夹杂物行为研究

通过对LF精炼开始3 min、通电化渣和钙处理后3个阶段的钢水进行取样,对夹杂物的数量、形态及成分进行对比分析,来研究铝镇静钢中夹杂物在精炼过程中的变化及钙处理对夹杂物性质的影响.结果表明:钙处理在提高钢水洁净度、夹杂物改性等方面效果显著.当LF炉通电化渣后,夹杂物球化率显著提高;钙处理后,球化率进一步提高.LF精炼开始3 min后,钢中的夹杂物以Al2O3-SiO2-MnO和纯Al2O3夹杂物为主;通电化渣后,钢中夹杂物以Al2O3-CaO(CaS)-SiO2为主;钙处理后,钢中夹杂物以Al2O3-CaO为主.     

国内外油井管钢中非金属夹杂物的对比分析

 为了提高国内油井管钢质量,采用扫描电镜对比了日本和国内油井管钢中夹杂物成分和形貌,统计了夹杂物尺寸分布、夹杂物间距和夹杂物分布等参数,基于FactSage热力学软件平衡凝固模型分析了冷却过程中夹杂物的演变过程,基于夹杂物碰撞数量平衡模型,讨论了油井管钢中夹杂物碰撞率。结果表明,日本油井管钢中夹杂物主要为CaS包裹的镁铝尖晶石,国内油井管钢中夹杂物主要为钙铝酸盐包裹的镁铝尖晶石夹杂物和纯镁铝尖晶石夹杂物。日本油井管钢夹杂物比国内油井管钢夹杂物数量少、尺寸小、分布更均匀。日本油井管钢中夹杂物数量密度达到7.5个/mm2,国内油井管钢中夹杂物数量密度达到28.3个/mm2。日本油井管钢中夹杂物最大尺寸不超过5 μm,国内油井管钢中夹杂物最大尺寸达到20 μm。FactSage计算冷却过程中夹杂物演变结果与试验结果吻合。国内油井管钢中夹杂物碰撞率比日本油井管钢中夹杂物的碰撞率高2个数量级。     

Mg处理钢生成细小尖晶石夹杂物的研究

采用热力学方法对镁处理钢中夹杂物的变性进行了计算,计算结果表明,钢中w(Al3)=0.02%～0.05%,只要有微量镁的存在,就有可能生成单独的MgO·Al2O3.在热力学计算的基础上,对轴承钢进行了镁铝合金脱氧实验研究,结果表明镁铝合金处理钢液后,钢中的夹杂物主要以MgO·Al2O3夹杂物为主,随机分布在钢中,这种尺寸细小的尖晶石夹杂物对钢的疲劳等性能有害程度很小.溶解在轴承钢中的镁起到了球化碳化物的作用,并且随着镁铝合金中镁含量的增加,这种效果越明显.     

Q345精炼过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

Q345钢采用铝硅锰复合脱氧,在LF精炼过程中,钢—渣—夹杂物—耐火材料—合金—空气多元体系下夹杂物成分会发生转变。由于纯铁液脱氧热力学不能指导工业生产实践,且目前实际钢液的脱氧热力学没有系统化,需要进行深入研究。结合Factsage7. 0热力学计算,分析了Q345钢LF精炼脱氧、耐材侵蚀、钙处理等引起的钢液[Al]、[Si]、[Mg]、[Ca]含量变化对夹杂物成分的影响。转炉出钢采用铝硅锰复合脱氧,脱氧产物主要为Al2O3,随着钢中[Mg]含量上升,夹杂物由Al2O3转变为MgO·Al2O3尖晶石。钙处理会将夹杂物由MgO·Al2O3尖晶石转变为液态Ca-Al-Mg氧化物,但当喂钙过量时,夹杂物中CaO含量偏高,会影响夹杂物改性效果。利用Factsage7. 0热力学软件分析出的夹杂物成分与直接检测结果一致。     

CSP生产低碳铝镇静钢的钙处理

通过对国内某钢厂CSP工艺生产的低碳铝镇静钢钙处理前后钢中夹杂物类型的变化研究,从热力学上分析了钢中Al2O3夹杂物的变性机理及夹杂物中wCaS较高的原因。同时,重点描述了钢中夹杂物不同类型的发展过程和夹杂物中CaS的存在形式。研究结果表明,钙处理后钢中镁铝尖晶石和钢中Ca、S元素会结合并相互扩散;且在现有工艺条件下,钢中wS过高使钢液钙处理后钢中原有的高熔点镁铝尖晶石夹杂物没有转变为低熔点夹杂物,同时也是钢中生成了大量CaS的主要原因;在现有工艺水平下,钢中wT[Ca]应控制在0.001 4%~0.002 8%较为合适。     

轴承钢夹杂物行为的原位观察

利用高温共聚焦激光显微镜(CLSM)将4个炉次的高等级轴承钢样品加热至液态,炼钢温度下动态原位观察夹杂物碰撞长大行为,保温后快速冷却,再利用扫描电镜观察试样中的夹杂物,并用能谱分析EDS确定其成分。结果表明,未经过高温共聚焦显微镜处理的轴承钢原始样中夹杂物主要是尖晶石核心外包覆CaS;经过相应处理的轴承钢试样中夹杂物则主要是球状铝酸钙夹杂物,并观察到部分液态的铝酸钙夹杂物在钢液-气相界面铺展,同时观察到了铝酸钙夹杂物与镁铝尖晶石碰撞长大。根据观察结果可判断,轴承钢钢液中液态化程度高的铝酸钙夹杂物相互碰撞以及其与镁铝尖晶石之间的碰撞融合长大是形成Ds夹杂物的重要原因,降低钢中钙含量可以降低夹杂物中的CaO含量,从而提高夹杂物熔点以降低其在钢液中的液态化程度,从而减少Ds夹杂物形成。     

国内外23CrNi3Mo钎具钢洁净度的差异

通过国内外23CrNi3Mo钎具钢的洁净度对比，找出在冶金环节上与国外钎具钢的差距，并对国外钎具钢中夹杂物的生成机理进行了理论热力学计算。结果表明，国外钎具钢的洁净度较高，易偏析元素砷、磷等含量远低于国内钎具钢；夹杂物的类型主要以单独的Mg Al O类夹杂物和Mg Al O外包裹MnS类夹杂物为主，夹杂物的尺寸主要为0～3 μm；纵截面上MnS夹杂物具有很明显的拉长现象，且具有很好的熔断效果，宽度为1 μm左右，纵横比为3～6。国内钎具钢中夹杂物主要为单独的Mg Al O类夹杂物和Mg Al O外包裹(Ca,Mn)S类夹杂物，尺寸以3～6 μm为主；纵截面上，单独的(Ca,Mn)S沿轧制方向几乎不变形。热力学计算表明，MnS类夹杂物的两次析出是导致Mg Al O类夹杂物的包裹率达到70%、复合类夹杂物尺寸较小的主要原因。     

A kinetic model for Ca treatment of Al-killed steels using FactSage macro processing

A kinetic model was developed to investigate the evolution of inclusions during the Ca treatment of Al-killed steels. Evolutions of steel chemistry and inclusion composition in Al-killed Ca-treated steels from previous experimental works were accurately predicted using the current kinetic model. The model was widely used to predict the evolution of inclusions during the Ca treatment of Al-killed steels with varying concentrations of Al, S, O and Ca. During the Ca injection of Al-killed steels, a large number of CaS and CaO inclusions are transiently generated in the Ca-rich zone due to the excessive Ca. Al₂O₃ inclusions are gradually modified to calcium aluminates in the bulk steel with the addition of Ca. The superfluous Ca or S may lead to the formation of solid CaS in the liquid steel.     

Effect of Calcium Treatment on Non-Metallic Inclusions in Ultra-Low Oxygen Steel Refined by High Basicity High Al2O3 Slag

 The influence of calcium treatment on non-metallic inclusions had been studied when control technology of refining top slag in ladle furnace was used in ultra-low oxygen steelmaking. A sufficient amount aluminium was added to experimental heats for final deoxidizing during BOF tapping, and the refining top slag with strong reducibility, high basicity and high Al2O3 in ladle furnace was used to produce ultra-low oxygen steel and the transformation of non-metallic inclusions in molten steel was compared by calcium treatment and no calcium treatment. The results show that the transformation of Al2O3→MgO·Al2O3 spinel→CaO-MgO-Al2O3 complex inclusions has been completed for aluminum deoxidation products and calcium treatment to molten steel is unnecessary when using the control technology of ladle furnace refining top slag to produce ultra-low oxygen steel, and the complex inclusions are liquid at the temperature of steelmaking and easily removable to obtain very high cleanliness steel by flotation. Furthermore, the problems of nozzle clogging in casting operations do not happen and the remaining oxide inclusions in steel are the relatively lower melting point complex inclusions.     

Investigations of Inclusion Modification in High Grade Pipeline Steel

SiCa line was injected into liquid pipeline steel at the end of LF refining as calcium treatment, and samples were taken from liquid steel in ladles before and after calcium treatment, liquid steel in mould, and slabs. Results show that Ca content in steel decreased obviously after calcium treatment with production, and the compositions, morphologies and sizes of inclusions in steel also varied with time; Al2O3 inclusions turned to be fine irregular CaS-CaO-Al2O3 compound inclusions after calcium treatment, and then to be fine globular CaO-Al2O3 inclusions in mould, and finally changed to be a few larger irregular CaS-CaO-Al2O3 complex inclusions in slabs; reoxidation of molten steel treated by Ca deteriorates effect of calcium treatment. Thermodynamic study revealed that inclusion variations were related with preferential reactions among Ca, Al2O3 and S and precipitation of S in high sulfur capacity CaO-Al2O3 inclusions. New calcium treatment controlling rules were put forward according to the inclusion variations and requirements of pipeline on inclusion controlling.     

镁提高钢水纯净度的研究

 在真空感应炉内分别向42CrMo钢液单独加入铝进行脱氧、铝脱氧后加入钙进行钙处理、铝脱氧后加入镁进行镁处理三种不同的工艺条件,得出镁处理的铝脱氧钢总氧含量略低于钙处理的铝脱氧钢,并且明显低于单独用铝脱氧的钢。用镁处理铝脱氧钢中单位面积上夹杂的个数比钙处理铝脱氧钢降低了将近2/3,比单独用铝脱氧钢中单位面积上夹杂的个数降低了将近4/5。并且用镁处理的铝脱氧钢中绝大多数都是细小、尺寸小于2 μm的镁铝尖晶石类夹杂,它们对钢的性能几乎不会产生影响。     

超低氧精炼时钙处理对氧化物夹杂的影响

 研究了采用LF精炼顶渣控制技术对钢液进行超低氧冶炼时,钙处理对钢中非金属夹杂物的影响。试验在转炉出钢时采用铝终脱氧,LF精炼过程采用强脱氧、高碱度、强还原性精炼顶渣对钢液进行超低氧冶炼,比较了钙处理和不钙处理的钢液中非金属夹杂物转变的情况。结果表明,采用精炼顶渣控制技术冶炼超低氧钢时,钢液不需要进行钙处理就能实现铝脱氧产物Al2O3→MgO·Al2O3尖晶石→CaO-MgO-Al2O3类复合夹杂物的转变,得到炼钢温度下呈液态的复合氧化物夹杂,这些液态的夹杂物容易通过碰撞长大上浮去除,得到高洁净度的钢液,且残留在钢液的氧化物夹杂为较低熔点的复合氧化物,在浇注过程中不会产生水口结瘤。     

钙处理管线钢中Al_2O_3夹杂物的动力学模型

在热力学计算的基础上,基于未反应核模型,建立了管线钢中Al_2O_3夹杂物变性的动力学模型.计算结果表明,Al_2O_3夹杂物变性过程最难阶段在中段,因此Al_2O_3夹杂物变性的中段应创造良好的夹杂物变性的动力学条件;Al_2O_3夹杂物的尺寸是影响夹杂物变性的重要因素,随着Al_2O_3夹杂物粒径的增加,变性难度急剧增加;本模型计算条件下,只有当钢液中Ca质量分数达到0.0014%时,夹杂物才可能变性为液态钙铝酸盐,钙处理用量不同,Al_2O_3夹杂物变性的产物也不同,应根据Al_2O_3夹杂物变性的目标产物决定用钙量,避免夹杂物变性过度.工业试验较好地验证了本模型的计算结果.     

固态钢加热过程中非金属夹杂物转变研究进展

摘要：钢中非金属夹杂物控制是炼钢的关键难题之一,在钢液条件下夹杂物的控制主要是通过夹杂物的改性或聚集长大进而从钢液中去除,在钢的热处理过程中夹杂物的转变机制与液相条件不同,包括新相析出、夹杂物转变和夹杂物结晶。综述了不同钢种热处理过程中夹杂物的转变行为。不同温度下,夹杂物与钢基体之间的热力学平衡发生变化是导致夹杂物成分转变的主要驱动力。不锈钢加热过程中夹杂物由MnO-SiO2向MnO-Cr2O3的转变,铝脱氧钢加热过程中夹杂物由Al2O3-MgO-CaO向Al2O3-MgO-CaS的转变。硅锰脱氧钢加热过程中SiO2-MnO夹杂物成分变化不大,夹杂物的变化行为主要是高SiO2相结晶析出。     

超低碳汽车外板BH钢炼钢过程中夹杂物的演变

 为了研究超低碳钢炼钢过程中夹杂物的具体演变规律,利用夹杂物自动分析系统研究了硫质量分数分别为0.010%和0.015%的两炉次(S100炉次和S150炉次)超低碳汽车外板烘烤硬化钢(bake hardening steel,简称BH钢)从RH终点到铸坯过程中夹杂物形貌、成分、数量、尺寸的演变,并利用X射线荧光光谱仪和X射线衍射仪结合RH精炼渣和中间包覆盖剂熔渣的成分进行对比分析。结果表明,BH钢中夹杂物的主要类型为Al2O3、MnS、Al2O3+MnS和含硅类夹杂物(其中含硅类夹杂物主要是Al Si O夹杂,不包括纯硅、SiC、SiO2)。由于BH钢中锰和硫质量分数较高,凝固过程中MnS大量析出,使得铸坯中MnS夹杂物数量密度和夹杂物总数量密度显著增加。硫质量分数为0.010%和0.015%的两炉次钢在RH和中间包中MnS夹杂物数量密度无明显差异,由于MnS主要在凝固过程中析出,S150炉次在铸坯中的MnS明显多于S100炉次。精炼渣中w(（FeO+MnO）)较高,w(（CaO）)/w(（Al2O3）)比低,会导致RH终点Al2O3夹杂物较多。在浇注过程中,引流砂的流入会导致中间包覆盖剂熔渣中SiO2质量分数增高,造成钢液中Si Al O等夹杂物的数量密度明显增加。结晶器过程中Al2O3夹杂不断聚集长大、上浮去除,使铸坯中Al2O3和Al2O3+MnS夹杂物数量密度减少,尺寸增大。