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。     

钙处理对含硫非调质钢中夹杂物演变行为的影响

进行了钙处理变性含硫非调质钢中夹杂物的工业试验,通过SEM+EDS定性研究钢中夹杂物类型随工序的变化,得到钙处理对夹杂物演变的影响。针对硫化物夹杂的形态控制,用牛津INCA能谱仪Feature工具的自动扫描夹杂物功能定量分析钙处理前后钢中硫化物夹杂的类型、数量和尺寸的变化。研究结果表明,钙处理能够增加钢中复合硫化物数量,尤其是含钙复合硫化物,从而有利于降低轧材中长条状硫化物的比例,形成较多的球状或纺锤状硫化物,改善钢材的各向异性。进一步分析钙处理改性硫化物的作用机理,在不影响钢材机械性能前提下,钙处理适当降低钢液洁净度有利于含硫非调质钢中硫化物的形态控制,工业生产中采用钙处理的方法来进行硫化物的形态控制是可行的。     

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。     

镁对X120管线钢夹杂物的作用

 运用热力学计算了X120管线钢中氧化镁及其复合夹杂物在钢液中的析出条件,以X120管线钢酸溶铝目标质量分数0.025%为例,0.00046% 0.0033%,钢中将有MgO生成。在X120管线钢的成分下,w(［Ti］)=0.016%时,w(［Mg］)=00008%就可以生成2MgO·Ti2O3复合夹杂。微镁处理的X120管线钢中的夹杂物全部是细小的含镁复合氧化物或是含镁氧化物与硫化物的复合夹杂。镁处理钢中的夹杂物小于2 μm的占85%,2~5 μm的占14.5%,5~10 μm的夹杂物仅有0.5%,看不到大于10 μm的夹杂物,大大优于钙处理钢。     

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。     

钙处理对高碳铝镇静钢中夹杂物的影响

 为了研究高碳含硫铝镇静钢中夹杂物的控制策略,利用ASPEX自动扫描电镜研究了钙处理对高碳铝镇静钢中夹杂物形貌、成分等特征的影响。结果表明,钙处理后夹杂物并未由LF精炼结束时的MgO·Al2O3转变为低熔点钙铝酸盐,而是转变为[x(MgO·Al2O3)·(1－x)CaS]复杂成分体系,夹杂物中MgO/Al2O3的质量比维持在1[∶]3不变。原因在于,钢液中[w([S])/w(T[O])]比较高,导致钙主要与硫结合生成CaS,而较少参与MgO·Al2O3的改性;精炼渣碱度低使得钙无法还原MgO。在此基础上对钙处理时夹杂物的生成与转变机理进行了讨论。     

含硫齿轮钢20CrMnTiH(ZH)冶炼实践

针对某特钢企业炼钢厂含硫齿轮钢20CrMnTiH(ZH)生产过程中存在的硫成分控制不稳定、钢水易结瘤问题，开发出一种LF精炼前期造高碱度炉渣(R₃>1.6)脱氧，后期改性为低碱度R₃为1.2～1.4增硫的冶炼新工艺，并对硫合金化和钙处理工艺进行了优化，硫合金化时机由VD处理后调整到VD处理前，减少真空处理后钙线喂入量，钢中硫成分得到稳定控制，A类非金属夹杂物评定级别降低，细系2.5级别检验合格率98.04%,细系3.0级别检验合格率100%,较工艺优化前效果改善明显。金相检验结果显示，钢中硫化物夹杂尺寸细化，长度较短，在钢中均匀分散分布，对改善钢材切削性能和减少对钢材力学性能的危害更为有利。钢中全氧平均质量分数由18×10^-6降低到11×10^-6,改善了可浇性，单中包平均连浇炉数由9炉提高到12炉以上。     

镁处理对轴承钢中夹杂物变性的热力学分析

对Mg与钢中氧化物和硫化物的相互作用进行了热力学分析,计算结果表明对于铝脱氧钢由于MgO夹杂生成区域很大,而Al2O3生成区域很小,镁处理很容易对氧化铝夹杂进行变性;对于MnS夹杂只要w(Mn)/w(Mg)≥492时就能对钢中MnS夹杂进行变性。随后通过实验对热力学结果进行验证。实验采用GCr15轴承钢原料重熔,用w(Mg)=20%的Ni-Mg合金进行Mg处理,结果表明:实验结果与热力学分析基本吻合。镁处理氧化物和硫化物的变性效果比较明显,钢中Al2O3和MnS夹杂转变成MgO-MgS、镁铝尖晶石类和MgO-MgS-MnS复合夹杂。     

高级别船板钢生产过程中夹杂物的演变规律

 通过采用扫描电镜对船板钢F40中的夹杂物进行全流程系统分析，研究了冶炼过程中夹杂物的形成和演变规律，并采用夹杂物的弹性模量概念对其在轧制过程中的变形机理进行解释。结果表明，LF出站后钢中的主要夹杂物为MgO-Al2O3复合夹杂，在钙处理后夹杂物逐渐向低熔点的CaO-Al2O3-MgO-CaS系夹杂转变。在轧制过程中，高弹性模量的夹杂物，在轧制中相对塑性变形低。热力学计算表明，当船板钢中的w（[Als]）为0.02%～0.04%时，为使夹杂物改性完全，钙处理后钢液中的w（[Ca]）应控制在0.001 8%～0.002 8%。为避免钙处理后生成CaS，可通过控制w（[S]）在0.002 1%以内，减小其对浇注过程和钢性能的不利影响。     

钙处理齿轮钢中氧硫复合夹杂物的热变形能力

采用金相分析、扫描电镜和能谱仪等分析手段,研究了钙处理加硫的DIN18CrNiMo7-6齿轮钢中氧硫复合夹杂物的形貌、成分和热变形行为.结果表明:外围硫化物的钙抑制了氧硫复合夹杂物的变形,当外围硫化物的钙原子分数约为5.0%时抑制作用达到饱和;高熔点核心氧化物的面积分数增加,复合夹杂物的变形能力降低,而低熔点核心氧化物对复合夹杂物变形能力的影响不明显.     

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.     

20CrMnTi冶炼过程形成CaO(CaS)-Al2O3-MgO夹杂的分析

 FactSage对钙处理前后钢液的平衡计算以及典型夹杂物在CaO-CaS-Al2O3三元相图中演变规律的研究结果表明：钢中硫含量大于0.01%(质量分数,下同)时,难以得到理想的钙处理效果,主要原因在于钙处理过程中钙主要与硫结合生成CaS夹杂,同时少部分钙将对Al2O3进行变性;钙处理过程中CaO(CaS)-Al2O3演变规律为Al2O3→Al2O3+CaO·6Al2O3+CaS→CaO·2Al2O3+CaS(CaO含量较少)→Al2O3·CaO+CaS(CaO含量较多)。通过对复合夹杂物电镜面分布扫描结果的描边处理能够有效辨别复合夹杂物的成分,发现典型CaO(CaS)-Al2O3-MgO夹杂物成分为xCaO·yAl2O3+xMgO·yAl2O3+Al2O3+CaS,并据此提出了一种新的评价钙处理效果的方法。     

齿轮钢锻件关键区域氧化物和硫化物夹杂的分布特征

摘要：齿轮是机械传动的关键结构部件，为了改善齿轮的服役性能，提高疲劳寿命，需要清楚齿轮钢中的夹杂物类型、数量、尺寸、分布。采用夹杂物自动扫描仪、氧含量分析手段、扫描电镜对齿轮钢锻件不同位置进行夹杂物评估。结果表明：铸件中心位置TO质量分数较高，为10×10-6，对应小尺寸夹杂物数量较多，而大尺寸夹杂物在关键区域的分布较多。钢中氧化物夹杂主要为Al2O3、Al2O3复合类的尖晶石和钙铝酸盐复合夹杂物，且尺寸较大，分布不均匀，对齿轮钢关键区域的影响较大。钢中硫化物夹杂分布均匀，尺寸较小，热力学计算表明，该类夹杂在凝固过程中凝固率g＞0.44时，MnS开始析出，通过控制硫化物夹杂析出及分布有助于改善齿轮钢质量。     

Thermodynamics for Precipitation of CaS Bearing Inclusion and Their Deformation During Rolling Process for Al‐Killed Ca‐Treated Steel

Thermodynamics for CaS bearing inclusions precipitation and their deformative behaviors during compact strip production (CSP) rolling process for Al‐killed calcium treatment steel were researched using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) combined with the results of industrial trials. In addition, thermodynamic software FactSage was applied to calculate component activities of an inclusion and to analyze properties of sulfide‐oxide duplex inclusions. It is possible for CaS bearing inclusion precipitation during secondary refining and continuous casting in two manners: the first is that Ca and S react directly after calcium treatment; the other is as the well modified calcium aluminates react with dissolved sulfur and aluminum in liquid steel. Correspondingly, two types of sulfide‐oxide duplex inclusion were observed in casting slab. For the first type duplex inclusion, nearly no chemical reactions occur between outer CaS layer and solid inclusion core, thus the outer CaS rich layer is easily separated even taken off from the inner core during rolling process, and a crack may be generated correspondingly. The later one performs a better deformation during rolling process.     

硫化物改质对20MnCr5齿轮钢夹杂物和切削性能的影响

 齿轮钢广泛应用于汽车、机械等传动系统,易切削化是提高齿轮加工效率、降低制造成本的主要途径之一。提高钢中硫元素含量是改善齿轮钢切削性能的有效方式,然而过多的硫元素在轧制时会形成条带状MnS,增大钢的各向异性,因此需要对硫化物进行改制处理。分别采用Ca处理和Mg处理两种方式对20MnCr5齿轮钢进行硫化物改质,通过对力学性能、组织形态、夹杂物分布以及切削性能等表征,对比分析不同改制方式对材料的影响。结果表明,Ca处理和Mg处理后试验钢的强度和塑性保持一致,而Mg处理试样的晶粒尺寸较小,因而韧性较高。Ca处理试验钢中MnS夹杂物数量较多,长条状夹杂物比例相对较高;而采用Mg处理可以有效降低钢中夹杂物的数量,夹杂物平均尺寸有所增大,同时小长径比夹杂物数量增多,但是复合氧化物型夹杂物的数量也有所增加。在240~280 m/min条件下进行了干切削试验,结果表明两种试验钢均出现前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损,其中Ca处理试样的刀具磨损较为严重,同时在较高切削速度下出现了积屑瘤和崩角现象,而Mg处理试样则具有更长的刀具使用寿命,对切削速度的敏感性也较低。分析可知,Mg处理后钢中存在较多的大尺寸球状硫化物夹杂物,提高了应力集中效应,更有利于改善切削性能,因而改制效果更好。     

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。     

含硫齿轮钢20CrMnTiH洁净度控制

为降低齿轮钢中硼含量和钢材夹杂物评级,针对含硫高品质齿轮钢洁净度要求高的特点,采用FactSage计算了 B2O3和铝的化学反应平衡、齿轮钢的等活度图以及MgO-Al2O3-SiO2三元相图.计算结果表明,钢液中铝含量较高可以还原钢液中存留的B2O3,提高精炼渣中Al2O3含量以及中间包干式料中MgO含量,降低SiO2...     

含钙钡合金脱氧和非金属夹杂物控制技术研究

采用MoSi2电阻炉在1〖KG-*9〗873 K下开展了含钙钡合金脱氧和非金属夹杂物控制技术研究。结果表明，各组实验终点钢中夹杂物平均长度均小于8 μm，并都有纯三氧化二铝夹杂物存在。采用含钙钡合金的复合脱氧工艺，终点钢中未发现含钡夹杂物，有较多以CaO Al2O3为主要成分的复合夹杂物，w（T.O）＞50×10-6。用AlMnCa脱氧，终点钢样w（T.O）＝37×10-6，含氧化钙夹杂物较少，大于20 μm的夹杂物数量占总夹杂物数量的1.2%。     

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.