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。     

高碳钢82B微镁处理工艺研究

以生产钢绞线用高碳钢82B为研究对象,研究了镁处理对于高碳钢中夹杂物的改性效果。研究表明,高碳钢82B经过镁处理后,钢中的非金属夹杂物成分和尺寸均发生明显变化。夹杂物由镁处理前的CaO-SiO_2-Al_2O_3系复合夹杂物转变为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO系,夹杂物中SiO_2含量明显降低。随着钢中Mg含量的增加,盘条中小于3μm的夹杂物数量显著增加,大于5μm的夹杂物数量显著降低。镁处理后盘条的抗拉强度提高了17%左右。热力学计算表明,夹杂物中MgO含量增加可扩大夹杂物液相区面积,但MgO质量分数不宜高于22%。因此,依靠镁处理工艺来细化钢中的夹杂物,可以显著降低高碳钢盘条拉拔过程中非金属夹杂物的危害,生产出高质量的钢绞线产品。     

重轨钢凝固和冷却过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

为了研究钢液凝固和冷却过程中非金属夹杂物的生成热力学,以U75V重轨钢为研究对象,通过Aspex自动扫描电镜对不同钢液成分的中间包钢水样和连铸坯样进行分析,结合热力学计算,得到了重轨钢凝固和冷却过程中夹杂物的转变机理。研究结果表明,重轨钢中间包内主要为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO型夹杂物,且夹杂物成分均匀;凝固冷却过程不仅导致夹杂物成分的变化,也会导致相的不均匀性,连铸坯中的夹杂物为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO-CaS型,夹杂物中CaO含量降低,CaS含量升高,凝固冷却后的夹杂物由CaS、MgO·Al_2O_3以及CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO等多相组成,其中MgO·Al_2O_3相位于CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO相内部,最外层包裹CaS。热力学计算结果与试验结果基本吻合,夹杂物成分差异可能由于热力学和动力学条件不足引起。     

关于钢洁净度指数的讨论

首先从高品质钢的洁净化、精准化、均质化和细晶化四个方面引申出了钢中非金属夹杂物的问题,阐述了"非金属夹杂物不是钢的所有问题,但所有钢都有非金属夹杂物的问题"、"非金属夹杂物是钢的天然成分,可以通过研究非金属夹杂物的生成机理来确定其控制方略,进而改善钢的质量"等重要观点。讨论了总氧含量(T.O)作为钢洁净度指数的不足之处,进而提出了钢的洁净度指数(I_c=xT.O+y(Al_2O_3)),即对于铝脱氧钢,式中y为零,夹杂物的控制主要强调钢中T.O含量要低;对于硅锰脱氧钢,式中x为零,夹杂物的控制主要强调夹杂物中的Al_2O_3含量要低。基于此洁净度指数,总结了多种钢的洁净度和非金属夹杂物的控制目标。文中还讨论了稳态浇铸与非稳态浇铸对钢洁净度的影响,提出了钢水洁净度水平最好的情况是非稳态持续时间短,且钢中非金属夹杂物控制水平好。最后讨论了钢中非金属夹杂物数量和个数表征的几个经典问题,包括如何计算夹杂物的平均含量和平均尺寸、夹杂物尺寸组的大小和数量的关系、如何把二维的夹杂物尺寸分布结果转化为三维的结果。     

中间包二次氧化对304不锈钢洁净度的影响

为了提高304不锈钢的洁净度水平,对中间包二次氧化过程中TO含量与氮含量,以及夹杂物成分、数密度、平均尺寸和面积分数的变化进行了分析。研究表明,LF出站时钢中夹杂物主要为CaO-SiO_2-Al_2O_3,由于开浇时钢液发生了二次氧化,钢中生成大量小尺寸的高MnO夹杂物,夹杂物主要成分转变为Al_2O_3-SiO_2-MnO;同时,夹杂物面积分数升高,数密度增大,平均尺寸减小。随着浇铸过程的进行,由于二次氧化影响较小,夹杂物由SiO_2-Al_2O_3-MnO逐渐转变为CaO-SiO_2-Al_2O_3,夹杂物的数密度、面积分数逐渐减小。通过热力学计算得出,随着二次氧化吸氧量的增加,夹杂物中MnO含量持续增高,导致大量Al_2O_3-SiO_2-MnO夹杂物生成。     

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。     

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。     

12CaO·7Al_2O_3精炼渣吸附非金属夹杂物的试验研究

从理论上简要分析了12CaO·7Al_2O_3精炼渣吸附非金属夹杂物的原理,在试验室条件下,对12CaO·7Al_2O_3的预熔工艺和吸附非金属夹杂物进行了研究。效果显示:12CaO·7Al_2O_3具有较高含量的CaO和Al_2O_3,能够吸附大量的铝脱氧产物-Al_2O_3,而且在吸附钢液中Al_2O_3夹杂物后,不会造成精炼渣成分波动太大,比较适用于铝脱氧钢。     

转炉--CAS--连铸工艺生产低碳铝镇静钢中非金属夹杂物的研究

采用添加示踪剂方法研究了转炉— CAS精炼—连铸工艺生产的低碳铝镇静钢中的非金属夹杂物 ,发现出钢或 CAS精炼过程钢包炉渣与钢液作用生成的夹杂物 ,其中尺寸在 30 μm以下的夹杂物很难从钢液中完全上浮排除。铸坯中主要的非金属夹杂物为来源于钢包炉渣与钢液作用生成的球形夹杂物、块状 Al2 O3夹杂物和簇群状 Al2 O3夹杂物。连铸坯 T[O]在 ( 1 4～ 1 7)× 1 0 - 6之间 ,非金属夹杂物含量在 2 .3mg/ 1 0 kg左右 ,表明该工艺可以生产较高洁净度的低碳铝镇静钢铸坯。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

弹簧钢中夹杂物生成热力学

揭示了弹簧钢全流程中非金属夹杂物的形貌和成分转变。初始钢中夹杂物主要为Al_2O_3-SiO_2-MnO-CaO,合金化后夹杂物转变为MgO-Al_2O_3。随着精炼的进行,夹杂物逐渐转变为Al_2O_3-MgO-SiO_2-CaO。最终铸坯中主要夹杂物为Al_2O_3-MgO-SiO_2-CaO,同时有硫化物和氮化物析出。系统地计算了1 873 K下一元脱氧钢中Al、Si、Mg和Ca与O的热力学平衡关系和二元脱氧钢中Al-Mg、Al-Si、Si-Mn和Al-Mg-Ca脱氧夹杂物的生成区域。可为弹簧钢脱氧过程脱氧剂的加入,钢液中溶解氧含量的控制,以及弹簧钢中不同夹杂物的生成和控制提供理论指导。     

热处理对硅脱氧304不锈钢内氧化物夹杂的影响

为阐明热处理对固态钢中夹杂物特性的影响,利用电阻炉对硅脱氧304不锈钢在1 250℃下进行了热处理,并使用扫描电子显微镜分析了热处理前后试样内氧化物夹杂的形貌、尺寸和成分等特性变化。试验结果表明,热处理前,试样内夹杂物主要为球形的单相CaO-SiO_2-Al_2O_3-MnO-(Cr_2O_3),部分夹杂物边缘伴有少量Mn S。在1 250℃下热处理1 h后,部分尺寸小于4μm的夹杂物表面析出棱角状的MnO-Al_2O_3-Cr_2O_3相。随着热处理时间增加至2.5 h,能够析出MnO-Al_2O_3-Cr_2O_3相的夹杂物尺寸增加,且新析出相在夹杂物表面逐渐长大。对于热处理后仍以单相CaO-SiO_2-Al_2O_3-MnO-(Cr_2O_3)形式存在的夹杂物,CaO组元减少,MnO组元增加,Cr_2O_3,SiO_2和Al_2O_3组元无明显变化。     

SWRCH22A冷镦钢凝固冷却过程中非金属夹杂物的变化

非金属夹杂物类型、数量、尺寸、形貌对SWRCH22A冷镦钢开裂有重要的影响。为了研究SWRCH22A冷镦钢凝固冷却过程中非金属夹杂物的转变,通过Aspex夹杂物自动分析仪对连铸过程钢中非金属夹杂物类型、数量、尺寸、形貌进行观察。研究发现,实际生产中,中间包钢液中夹杂物主要为Al_2O_3-CaO类夹杂物,而铸坯中夹杂物主要为MgO-CaO-Al_2O_3-CaS夹杂物,连铸过程中夹杂物从Al_2O_3-CaO转变为MgO-CaO-Al_2O_3-CaS。铸坯中夹杂物数密度和面积分数小于中间包中夹杂物数密度和面积分数。此外,通过FactSage热力学计算软件计算了SWRCH22A冷镦钢凝固冷却过程中夹杂物的转变相图和成分,为连铸过程钢中夹杂物的转变提供理论解释。     

帘线钢轧制和拉拔过程中夹杂物变形能力的研究

对帘线钢热轧过程夹杂物变形能力及其影响因素进行了分析,并对帘线钢冷拉拔过程中夹杂物变形能力的影响因素进行了探讨。研究发现帘线钢热轧过程夹杂物的变形能力随夹杂物中Al_2O_3和(MgO+Al_2O_3)含量的增加呈现出先增加后降低的变化趋势。整体上看夹杂物热轧变形指数与夹杂物的固相线温度成反比,即随着夹杂物熔点的降低,夹杂物热轧过程中的变形能力增强。同时采用杨氏模量来评估帘线钢冷拉拔过程中夹杂物的变形能力。研究认为冷拔过程夹杂物变形能力与杨氏模量成反比,为了降低夹杂物引起的断丝率,应将帘线钢夹杂物控制到低杨氏模量区域,即SiO_2含量高且Al_2O_3含量极低的区域。     

热处理过程固态不锈钢中夹杂物的转变

通过Aspex夹杂物自动分析仪和场发射扫描电镜系统研究了氩气保护气氛下1 200℃的热处理对硅锰脱氧18Cr-8Ni不锈钢中夹杂物的影响。研究发现,在热处理前,不锈钢中夹杂物主要为MnO-SiO_2液态夹杂物,其中含有少量的Cr_2O_3和MnS。热处理过程中,钢基体中的铬将MnO-SiO_2夹杂物中的SiO_2和MnO还原,在MnO-SiO_2夹杂物表面生成MnO·Cr_2O_3尖晶石夹杂物。最终,MnO-SiO_2夹杂物被完全变性为纯MnO·Cr_2O_3尖晶石夹杂物。此外,通过FactSage热力学计算软件计算了在不同热处理温度和不同钢液成分下夹杂物的生成和转变相图,可为本文夹杂物的转变提供理论解释。     

高铁扣件弹簧钢中夹杂物的非水溶液电解分析及其控制

采用非水溶液电解法从某厂高铁弹簧钢扣件中无损伤地提取了非金属夹杂物,通过扫描电镜观察和能谱分析,确定了夹杂物的类型、尺寸及形状,并分析了其对扣件性能的影响.针对该钢种,计算了钢液-夹杂物-熔渣之间的化学平衡,得到CaO-SiO2-Al2O3系平衡时的等[O]线和等[Al]线,为实际生产降低氧含量及夹杂物控制提供了一定的理论依据.