钢中氧含量对硫化物夹杂种类和形态的影响

主要研究了钢中氧含量与硫化物夹杂物的种类和形态之间的关系,以控制合适的氧含量,从而提高线材的切削性能,对15个炉次的冶炼过程及其成品取样,分析氧含量对硫化物夹杂的成分、形态及切削性能的影响。结果表明:钢中硫化物与氧化物形成的复合夹杂物的比例会随着氧含量的增加而变大,硅、铝、钙氧化物为核心,外围包裹MnS或CaS的纺锤形或球形复合夹杂对提高切削性能非常有利,应保证成品线材中的氧的质量分数不低于0.0140%。     

超低氧钢中复合夹杂物形成的实验室研究

通过实验室真空感应炉试验,研究了超低氧条件下钢中复合非金属夹杂物的形成。研究发现:在含有一定硫的超低氧钢中高熔点氧化物夹杂很少,大部分为MnS。钢中Al2O3的尺寸较MgO-Al2O3系夹杂要大。以高熔点夹杂物为异质形核核心析出的MnS能显著提高钢材的疲劳寿命,此种复合夹杂物的形成与钢液成分、高熔点夹杂物的尺寸有关。     

钙镁复合处理20CrMnTi钢中硫化物夹杂

 20CrMnTi钢中添加硫可以改善切削性能,但也会带来力学性能变差的问题,Ca-Mg复合处理可减轻硫化物夹杂物的危害。通过实验室高温试验、电镜观察、能谱分析及统计方法,研究了对20CrMnTi钢中加硫后形成的硫化物进行Ca-Mg复合处理以及钙处理的效果。试验结果表明,复合处理可以使加硫钢中长条、链状的II类硫化物改性为球状单相或者包裹氧化物的复合夹杂物,处理后钢中夹杂物的平均长宽比、直径显著降低;复合处理时钙加入钢中形成的CaS与MnS固溶提高硫化物的球化率,镁主要形成MgO,使被包裹的氧化物核心更细小弥散,最终的夹杂物为MnS-CaS-MgO（-Al2O3-CaO）;若镁过量,则硫化物中会出现MgS,若钙过量,氧化物中出现CaO;加入镁使钙处理所需钙加入量变小,复合处理的效果优于单独的钙处理。     

超低氧钢中复合夹杂物形成的实验室研究简

 通过实验室真空感应炉试验,研究了超低氧条件下钢中复合非金属夹杂物的形成。研究发现：在含有一定硫的超低氧钢中高熔点氧化物夹杂很少,大部分为MnS。钢中Al2O3的尺寸较MgO-Al2O3系夹杂要大。以高熔点夹杂物为异质形核核心析出的MnS能显著提高钢材的疲劳寿命,此种复合夹杂物的形成与钢液成分、高熔点夹杂物的尺寸有关。     

钙处理对齿轮钢中硫化物形貌的影响

采用金相、扫描电镜、能谱仪等分析手段,研究了钙处理DIN18CrNiMo7-6齿轮钢铸态组织中硫化物夹杂物的形貌、成分和特征参数,并讨论了成分对硫化物形态和分布的影响。结果表明,钙抑制Ⅱ类硫化物的形成,铝和硫的作用反之。随wCa/wAlsol.比值的增加,氧化物向低熔点方向转化。     

无取向电工钢WG350生产过程中夹杂物的行为与控制

摘要：为了更好地控制WG350无取向电工钢中的夹杂物,采用扫描电子显微镜、Aspex系统分析了精炼、连铸过程和成品板中夹杂物的类型、数量及尺寸的演变规律。结果表明,氩站开始出现大尺寸含P复合夹杂物,该类型夹杂物大部分在RH脱碳后会上浮去除。RH加铝脱氧时生成的Al2O3以团簇状和块状为主,前者尺寸范围为0.5~5μm且大部分被去除,而块状Al2O3会一直遗留至成品中。RH合金化后,钢液中夹杂物数量达到最大,夹杂物类型除Al2O3外,主要还有复合氧化物、复合氧硫化物。成品板中夹杂物种类及数量关系为：氧硫化物＞氧化物＞氮化物＞氮化物+氧化物＞氮化物+硫化物＞氮 氧 硫复合物＞硫化物。钢中氧硫(质量分数)由49×10-6降低至13×10-6时,夹杂物种类及数量均会大幅度减少。     

广义帕累托分布在轴承钢夹杂物评价方面的应用

通过ASPEX试验检测技术与广义帕累托分布(GPD)模型,分析了中国和日本4批超洁净GCr15轴承钢中的TiN夹杂、氧化物夹杂与硫氧复合夹杂3种类型夹杂物的数据。发现所有钢中TiN夹杂物均可通过GPD模型计算出最大夹杂物极限尺寸,但氧化物夹杂、硫氧复合夹杂则在某些情况下由于数据中存在少量远大于平均值的极端值而无法得到极限尺寸;这是由于氧化物夹杂在产生后上浮的过程中可能由于偶然的碰撞、聚集长大至很大尺寸,硫化物容易包裹氧化物形成较大的硫氧复合夹杂物,而微米级的TiN多是在钢水凝固过程中析出的,聚集长大可能性小。另外,GPD模型计算结果表明,转炉工艺对于氧化物夹杂的尺寸控制较电炉工艺为优;但硫氧复合夹杂物的尺寸与冶炼工艺的关系更为复杂,无明显规律。     

无取向电工钢WG350生产过程中夹杂物的行为与控制

为了更好地控制WG350无取向电工钢中的夹杂物,采用扫描电子显微镜、Aspex系统分析了精炼、连铸过程和成品板中夹杂物的类型、数量及尺寸的演变规律。结果表明,氩站开始出现大尺寸含P复合夹杂物,该类型夹杂物大部分在RH脱碳后会上浮去除。RH加铝脱氧时生成的Al_2O_3以团簇状和块状为主,前者尺寸范围为0.5～5μm且大部分被去除,而块状Al_2O_3会一直遗留至成品中。RH合金化后,钢液中夹杂物数量达到最大,夹杂物类型除Al_2O_3外,主要还有复合氧化物、复合氧硫化物。成品板中夹杂物种类及数量关系为:氧硫化物氧化物氮化物氮化物+氧化物氮化物+硫化物氮-氧-硫复合物硫化物。钢中氧硫(质量分数)由49×10~(-6)降低至13×10~(-6)时,夹杂物种类及数量均会大幅度减少。     

汽车用含硫非调质钢中夹杂物的研究

采用金相显微镜观察、扫描电镜结合能谱仪分析等方法,对不同的汽车用含硫非调质钢试样中的夹杂物进行研究.研究结果表明:汽车用含硫非调质钢中的夹杂物形态主要为条状、纺锤状和球状,呈弥散分布或群落状分布;夹杂物以单一的硫化物为主,存在少量以氧化物、氮化物为核心外裹硫化物的复合夹杂物,几乎没有单独存在的氧化物和氮化物;复合夹杂物多为球状或纺锤状(90％以上长宽比小于3);纺锤状硫化物25％为存在核心或为伴生的复合夹杂物;较高的氧含量有利于形成复合硫化物.     

Mg脱氧对船板结构钢中夹杂物的影响

研究了Mg脱氧对于船板结构钢中微米级夹杂物演变行为的影响.钢中典型夹杂物是中心为氧化物、外围为MnS的复合夹杂物.随着钢中Mg含量的增高,独立氧化物和独立硫化物的数量减少,氧化物和硫化物的复合夹杂物数量增多,同时夹杂物的尺寸减小、数量增加.随着钢中Mg含量从0升高到27 ×10^-4％、38×10^-4％、99 ×10^-4％,夹杂物中心氧化物成分的变化趋势是：Al2O3→（Mg-Al-Ti-O）→MgO.     

轴承钢冶炼过程夹杂物行为及其来源的分析

利用金相、SEM等分析方法,取样分析了某电炉厂EAF—LF—VD—CC流程GCr15轴承钢精炼过程非金属夹杂物的行为,试验结果表明,LF处理后夹杂物以云团状Al2O2、点状不变形夹杂物和硫化物为主;VD处理后Al2O3和点状不变形夹杂物明显减少,而含钙、镁、铝、硫等的复合夹杂有所增加;成材试样中未发现点状不变形夹杂物,只有少量尺寸很小的三氧化二铝、硫化物和含钙、镁、铝、硫等的复合夹杂。精炼过程夹杂数量呈下降趋势,并分析了各类夹杂物的来源.     

中碳珠光体型高速车轮钢的韧化机理

 韧性是影响高速车轮运行安全的关键性能指标。为了阐明中碳珠光体型高速车轮钢的韧化机理,对夹杂物改性和组织韧化两方面进行了深入研究。研究结果表明,硫化物包裹氧化物的夹杂物改性提高了车轮钢的韧性。车轮钢中的氧化物夹杂容易在夹杂物与基体界面处产生裂纹,并向周围基体扩展;当氧化物被硫化物包裹后,裂纹仅在夹杂物本身产生,保护了周围基体。在w（Mn）＝0.75%的成分体系下,当硫的质量分数提高到0.006%及以上时,硫化物在固相线温度以上析出,可以实现对氧化物的较好包裹,改善车轮钢的韧性;硫化物在车轮热加工过程中会发生回溶与再析出,破坏复合夹杂物的包裹效果,提高硫质量分数或降低热加工温度,可以提高复合夹杂物的热稳定性。奥氏体晶粒尺寸和先共析铁素体体积分数是车轮钢组织韧化的关键控制因素。细化奥氏体晶粒尺寸、提高铁素体体积分数,断口中解理面尺寸减小,韧性撕裂区增多。     

含Ca汽车控制臂用钢中复合硫化物控制机理

 汽车控制臂由于形状复杂,切削量大,部分汽车控制臂用钢在加入质量分数0.03%硫元素的基础上,又进一步添加了少量钙元素,希望将钢中常见的细长条状MnS转变为纺锤状(Ca, Mn)S以增加零件的切削性能。然而,硫质量分数为0.03%时,钙元素在钢液中的溶解度很低,冷却和凝固过程单一的纯(Ca, Mn)S生成量极少。因此,提出了利用钢液中生成的含CaO类的氧化物来诱导(Ca, Mn)S在其外围形核长大,形成大量双层结构复合硫化物的形貌控制机理。为了研究最佳双层结构复合硫化物形成机理,选取了3炉不同冶炼工艺的汽车控制臂用钢,利用带能谱分析的电子扫描显微镜观察了铸坯和轧材中典型复合硫化物形貌、成分特征,并手动测量了其尺寸,最后利用热力学软件FactSage计算了钢中夹杂物的生成行为。研究结果表明,当钢中不进行钙处理时,复合硫化物内部氧化物主要为Al₂O₃或低MgO比例的镁铝尖晶石,外围硫化物为纯MnS,轧制后成细长条状。当钢中进行钙处理后,可以得到两种不同类型的复合硫化物。一种内部氧化物中CaO组元含量较高,外围硫化物主要是高CaS比例的(Ca, Mn)S,基本不变形,成典型的D类或Ds类形貌;另一种核心氧化物中CaO组元低,外围硫化物主要是低CaS比例的(Ca, Mn)S,轧制后成纺锤状。控制钙处理后钢液氧化物中合适的CaO比例使得氧化物既具有高效的硫化物形核能力,又能促进合适CaS比例的(Ca, Mn)S在其外围生成,这是钢中得到大量纺锤状双层结构复合硫化物的关键。当钢中Ca/S比约为0.07时,外围硫化物中的钙元素质量分数为2%~5%最为理想。     

钙处理对成品无取向硅钢夹杂物特性的影响

通过取样检测结合热力学计算,分析了钙处理对成品无取向硅钢中夹杂物特征及硫化物夹杂的析出机制的影响。结果表明,钢中尺寸大于3μm的有害夹杂物主要是AlN、MgO-SiO2、CaO-Al2O3-SiO2类复合夹杂物及其与MgS、MnS、CaS的复合析出物。钙处理钢中没有检测到单独的Al2O3、SiO2及铝酸钙类夹杂物。钙处理钢中形成的液态3CaO·Al2O3、MgO·SiO2和Al2O3夹杂物被精炼渣吸收,改性去除了钢中大尺寸Al2O3夹杂物。钙处理钢中尺寸大于3μm的氧化物夹杂主要是含CaO和(或)CaS的Al2O3-SiO2类夹杂。硫化物在MgO-SiO2类氧化物表面的析出有利于其形貌趋于规则。钢中不同形貌的AlN夹杂物呈多尺度分布,钙处理对大尺寸AlN的析出特性影响不大。氧硫化物及其与AlN复合析出并定向长大的过程,与其晶体结构有关。氧化物夹杂的硫容量决定了其与硫复合的难易程度。钙处理钢中CaS在氧化物表面呈局部包裹析出和局部吸附析出。     

细小异相去除夹杂物的试验研究

提出用脱氧净化剂产生细小气泡去除夹杂物并同时生成低熔点液态复合氧化物吸附夹杂物的控制技术，用SiMo电阻炉进行了热态试验。结果表明，脱氧净化剂在高温下分解生成小气泡和小渣滴，去除了细小夹杂物，处理后钢中的氧化物夹杂物显著降低，全氧的质量分数最低达到19×10^-6。     

钙处理对成品无取向硅钢夹杂物特性的影响

通过取样检测结合热力学计算,分析了钙处理对成品无取向硅钢中夹杂物特征及硫化物夹杂的析出机制的影响。结果表明,钢中尺寸大于3μm的有害夹杂物主要是AlN、MgO-SiO_2、CaO-Al_2O_3-SiO_2类复合夹杂物及其与MgS、MnS、CaS的复合析出物。钙处理钢中没有检测到单独的Al_2O_3、SiO_2及铝酸钙类夹杂物。钙处理钢中形成的液态3CaO·Al_2O_3、MgO·SiO_2和Al_2O_3夹杂物被精炼渣吸收,改性去除了钢中大尺寸Al_2O_3夹杂物。钙处理钢中尺寸大于3μm的氧化物夹杂主要是含CaO和(或)CaS的Al_2O_3-SiO_2类夹杂。硫化物在MgO-SiO_2类氧化物表面的析出有利于其形貌趋于规则。钢中不同形貌的AlN夹杂物呈多尺度分布,钙处理对大尺寸AlN的析出特性影响不大。氧硫化物及其与AlN复合析出并定向长大的过程,与其晶体结构有关。氧化物夹杂的硫容量决定了其与硫复合的难易程度。钙处理钢中CaS在氧化物表面呈局部包裹析出和局部吸附析出。     

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。     

氧含量对易切削钢中硫化物生成行为的影响

通过实验研究了氧含量对硫化物形态的影响.结果表明:随着氧含量的增加,MnS夹杂物的形态由Ⅱ类向Ⅰ类转变,其平均直径和面积分数增大,数量减少,长宽比减小.通过数学模型以及Fe-Mn-S和Fe-Mn-S-O体系的四元相图研究了氧含量对硫化物形态产生影响的机理.在氧质量分数高达0.022%时,凝固初期形成了大量的MnO系低熔点液态氧化物,促进了MnS的形成方式从共晶方式向偏晶方式转变,形成Ⅰ类MnS;氧质量分数在0.01%以下时,凝固初期形成的MnO系低熔点液态氧化物较少,大部分MnS是在凝固末期以共晶形式析出,形成Ⅱ类MnS.     

汽车用高品质非调质钢生产过程中的非金属夹杂物研究

研究了"顶底复吹转炉炼钢-LF精炼-VD真空处理-喂硫线增硫"工艺生产高品质汽车用非调质钢铸坯的全过程,特别关注了冶炼过程中非金属夹杂物的演变规律.对冶炼过程全程提取钢样和渣样,分析了钢样和渣样的化学成分.采用SEM-EDX系统地分析了钢样中非金属夹杂物的形貌和成分.实验结果表明:采用制定工艺路线,能生产出[P]的质量分数在0.012%以下,T[O]的质量分数为10×10-6左右的非调质钢铸坯.连铸坯中观察到的非金属夹杂物绝大部分是纯MnS夹杂物,尺寸较大呈浅色不规则形状.铸坯中只存在很少量的、尺寸较小的氧化物夹杂.这些氧化物和MnS组成复合的夹杂物,呈深色在MnS夹杂物的中心,其尺寸较小约为2um.研究表明:此工艺路线生产出的超低氧高品质非调质钢完全能满足汽车用的需要.     

钢液钙处理过程有效钙硫比对303 t超大钢锭中硫化物形貌的影响

通过工业实验研究了钙处理对303 t的16Mn重型管板铸锭中硫化物形貌的控制.未钙处理的锻件缺陷主要分布在轴向上靠近顶部、径向上在距中心1/2以内位置,缺陷主要为大尺寸Ⅱ类MnS夹杂物.采用Micro-CT检测了铸锭顶部中心位置MnS夹杂物三维分布,夹杂物为长条状和片状,数密度为0.77 mm^-3,最大直径为1370μm.在真空脱气后对钢液进行钙处理,钙处理不仅将钢液中原生Al₂O₃夹杂物改性为液态钙铝酸盐,并且钙会在钢液凝固和冷却过程中优于锰先与硫结合生成CaS.通过FactSage热力学计算得到,钙处理将MnS夹杂物的析出温度由1244.7℃降低至1227.9℃,同时减少了MnS夹杂物析出量.钙在改性硫化物之前先改性了钢中氧化物,因此提出了有效钙硫比Ca/Seff.用来表征钙处理对硫化物形貌的影响,Ca/Seff.的含义为改性硫化物的有效钙和钢中硫的原子浓度比,可以直接根据钢液的总氧T.O含量、总硫T.S含量和总钙T.Ca含量计算得到,此公式适用于硫质量分数小于30×10^-6的低硫钢.随着钢中C...