扫描电镜和电解萃取法用于超洁净钢中夹杂物的表征

非金属夹杂物对轴承钢性能有较大危害,全面掌握钢中夹杂物的信息对提高轴承钢质量至关重要。实验采用ASPEX扫描电镜检测和水溶液电解萃取相结合的方法检测了超洁净轴承钢中夹杂物颗粒的尺寸、分布、类型、原始三维形貌等信息,并且对比了两种检测方法。结果表明,两种方法都检测出该超洁净钢中夹杂物类型包括硫化物、氧化物、硫化物和氧化物的复合型夹杂物以及钛的化合物,其中大部分夹杂物是硫化物,其次是氧化物和硫化物的复合类夹杂物,颗粒尺寸多小于5μm。这两种方法在检测夹杂物类型和尺寸方面的结果是一致的,且均可靠。在大尺寸夹杂物检测方面,两种方法都检测到大尺寸的CaO夹杂物,而电解萃取的方法进一步检测到约18μm的SiO_2·Al_2O_3复合氧化物夹杂,因此电解萃取法对于数量稀少的大尺寸夹杂物的检测更为有效和可靠。     

Al2O3夹杂物在钢-渣界面处的运动特性及去除率

通过理论计算和分析,研究了夹杂物颗粒在钢-渣界面处夹杂物去除层内的运动特性及去除率。结果表明:在夹杂物去除层内,Al2O3夹杂物颗粒的布朗扩散上浮临界尺寸为1.33μm,直径小于临界尺寸的夹杂物颗粒很难上浮去除;布朗碰撞的优势区域主要是直径为2.5μm以下的夹杂物颗粒之间以及直径为2.5～5μm夹杂物颗粒与0.5μm以下的微小颗粒之间的碰撞;直径为20～150μm的夹杂物颗粒在钢-渣界面去除层中9min内很容易完全上浮去除,而直径小于10μm的夹杂物颗粒去除率很低且升高缓慢,是提高钢液洁净度的主要控制对象。     

应用格子 Boltzmann方法直接数值模拟研究钢中夹杂物上浮及碰撞行为

采用格子Boltzmann方法对钢液中夹杂物上浮及上浮过程中的碰撞行为进行直接数值模拟研究.结果表明,不同尺寸夹杂物颗粒上浮速度的模拟结果和理论值基本一致,表明本文所采用的数值算法能够精确有效地对钢液中固相夹杂物颗粒运动行为进行研究.当钢液中直径为80μm的夹杂物颗粒位于直径为40μm的下方并一起上浮时,直径为80μm的夹杂物颗粒会逐渐追赶上直径为40μm的夹杂物颗粒并发生碰撞形成大尺寸凝聚体,凝聚体的上浮速度显著大于二者单独上浮时的上浮速度.对于直径为40μm的夹杂物来说,形成凝聚体后的上浮速度比单独上浮时的上浮速度增加300%.实际炼钢过程中,采取必要的措施增加夹杂物颗粒之间上浮过程中的碰撞凝聚,对于提高夹杂物颗粒的上浮速度,尤其是小尺寸夹杂上浮去除速度,提高钢液的洁净度具有重要的意义.      

28MnCr5冶炼过程钢中夹杂物的变化情况研究

通过SEM、EDS和大样电解试验对28MnCr5冶炼过程中夹杂物的大小、形貌、数量进行了分析。结果表明：LF精炼后夹杂物多为钙镁铝氧化物及硫化钙夹杂,夹杂物的尺寸较小,多为1μm～3μm,形状为方形。经VD处理后,较LF阶段夹杂物尺寸增大,夹杂物的组成多是钙镁铝尖晶石类及MnS夹杂。连铸过程中夹杂物的成分主要为MgO-Al2O3-MnS-MnO系夹杂物,夹杂物多呈圆形,其尺寸在3μm～6μm。通过大样电解发现大部分大型夹杂物都是多元复合夹杂物,颗粒粒径多在100μm以上,对钢材性能影响极大。     

直结晶器弧形连铸机铸坯夹杂物研究

利用金相观察、大样电解、扫描电镜和光谱分析等方法对直结晶器弧形连铸机板坯夹杂物种类、形状、尺寸及分布等进行研究．研究表明，板坯中非金属夹杂物包括脱氧产物、硫化物、硫化物与脱氧产物形成的复合夹杂以及少量的由外来夹杂物和脱氧产物形成的复合夹杂物，以球状硅酸盐夹杂为主，在结晶器内大于280pm的夹杂物能够去除，而直径在50～280μm之间的夹杂物没能有效去除．     

高温纯铁熔体中外加氮化钛超细颗粒的研究

在高温纯铁熔体中加入平均尺寸为2.7μm的TiN颗粒,熔炼后得到铸锭试样.用扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)研究了铸锭金相试样及电解分离出来的非金属夹杂物的形貌、大小及组成.结果显示夹杂物中存在较多的含Ti夹杂,在部分含Ti夹杂物的表面发现有MnS夹杂物,呈白色点状分布或包覆于颗粒表面;另有部分TiN颗粒与熔体中的夹杂物发生了机械复合,形成相界面清晰的复合夹杂物.并从理论上分析了TiN颗粒在纯铁熔体中的热力学稳定性.     

钢液中球状夹杂物颗粒受力情况的数值模拟

通过理论分析和数值模拟的方法,研究了1873 K钢液中球状夹杂物颗粒运动过程中的受力情况.静止钢液和湍流场中,夹杂物颗粒所受的压力梯度力、虚拟质量力、Saffman力及Magnus力较小,可以忽略不计.静止钢液和均匀湍流场中,随着夹杂物颗粒尺寸的变大,颗粒所受Brown力逐渐衰减,当夹杂物颗粒直径大于20μm时颗粒所受Brown力基本不会对其运动造成影响,可以忽略不计.小于10μm的夹杂物颗粒布朗运动较为剧烈,单位质量夹杂物颗粒所受Basset力和Brown力较大,成为主导夹杂物颗粒运动的主要作用力;尺寸较大的夹杂物颗粒(直径D>50μm),Basset力、质量力和Stokes力共同作用影响夹杂物颗粒的运动、碰撞和去除.      

板坯连铸过程中的非金属夹杂物形态研究

针对安钢Ｒ６ｍ全弧型板坯连铸机生产中的板表面出现大片非金属夹杂物的问题，通过电解方法提取连铸过程各阶段中的非金属夹杂物。进行粒度分析，找出了连铸过程中非金属夹杂物的含量及粒度变化趋势，指出铸坯中的大颗粒夹杂物是由于中间包钢液中的大颗粒夹杂物被卷入的，通过改善中间包钢水流场可以减少铸坯中的大颗粒非金属夹杂物。     

304不锈钢中的夹杂物及其冷轧变形行为

非金属夹杂物是引起冷轧板坯表面缺陷的主要原因.分析了304不锈钢热轧板坯中非金属夹杂物的成分、形貌及尺寸.对304热轧板坯进行不同压下量的轧制,分析不同厚度冷轧板坯中的夹杂物形状和尺寸,研究非金属夹杂物在板坯冷轧过程中的变形行为.结果表明:304热轧板坯中的夹杂物主要组成为CaO-SiO2-MgO-Al2O3的复合氧化物,为脆性夹杂物;冷轧过程中,夹杂物的塑性变形不明显,随着冷轧压下量的增加,大颗粒的夹杂物不断被轧碎,板坯中夹杂物的平均尺寸逐渐减小.     

微小相去除夹杂物的热模拟试验

 采用50 kg真空感应炉进行了碳酸盐诱发微小相去除钢中夹杂物的模拟试验,发现了CaO基颗粒吸附夹杂物的实例,分析了捕获和去除夹杂物的机理。试验结果表明：用净化剂对钢液进行净化后,全氧质量分数、夹杂物面积比率、夹杂物个数分别有所降低。净化前夹杂物主要是簇状或链状的Al2O3夹杂物,净化后形成了低熔点的钙铝酸盐复合物,净化剂释放出的CaO基颗粒与细小非金属夹杂物发生碰撞、反应和吸附,促进了夹杂物的长大和去除。