Effect of alloy addition on inclusion evolution in stainless steels

The number, morphology, size and composition of inclusions after deoxidation and alloying in Ti-stabilised stainless steel were investigated. This was carried out by electrolytic extraction of inclusions from steel matrix, followed by microscopic examination. It was found that after the addition of ferrosilicon and manganese, and later aluminium, the composition of inclusions changed from manganese silicate-rich inclusions to alumina-rich inclusions. After tapping and titanium wire feeding, three types of TiN inclusion morphologies were observed, single, twinned and clusters. Both the turbulence and Stokes' collision mechanisms play a considerable role in the formation of TiN clusters.     

火花源光发射光谱法分析钢中夹杂物的研究进展

为更好了解与试样电火花烧蚀有关的实验现象,我们设计了一种新算法,并报道了其用于测定夹杂物尺寸的结果。在此算法中,用元素氧化物、硫化物和氮化物测量通道的单火花强度分析技术测定了某一特定类型夹杂物中各元素的浓度,包括铝、钙、镁、锰、钛以及硅等。对每个相关通道,计算了指定类型夹杂物有关的强度峰值对应的强度值之和与所有强度值和之间的比值。在光谱化学分析中,此比值与测试浓度相乘,所得结果为指定类型夹杂物中元素的平均浓度。结合单火花烧蚀质量与夹杂物成分的化学计量学分析,可以估算夹杂物的尺寸。通过进一步的分析可以实现夹杂物尺寸（小、中和大级别）的辨别。本方法的创新性在于,单火花源强度既不需要漂移修正也不需要校正。本算法可以直接用于计算钢中大部分常见夹杂物的平均浓度和尺寸的分析,例如氧化物、硫化物和尖晶石。测定结果显示夹杂物的平均直径在1~10 μm之间。     

Some aspects of behaviour of calcium in silicon killed steels

Abstract

Irregular flow can occur randomly in a casting sequence and mostly occurs in Si-Mn killed high C steels. Irregular flow increases reoxidation, mould level fluctuations and slag entrainment, all of which cause deterioration of the surface quality of the billets. The effect of calcium on irregular flow in billet casting of Si-Mn killed steels is discussed based on experience at two Corus steelplants, Scunthorpe and IJmuiden. Some theoretical aspects of calcium treatment are also discussed.     

Q355B铝镇静钢夹杂物演变及钙处理工艺优化

 基于某钢厂Q355B铝镇静钢冶炼过程生成高熔点夹杂物,出现探伤不合格的问题,通过全流程取样分析钢中夹杂物的演变规律,发现原工艺LF精炼过程钙处理前夹杂物主要为低CaO含量的CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物,Al₂O₃质量分数约为77%。钙处理后,钢液中CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物向液相区左侧CaO含量高的区域靠近,Al₂O₃质量分数减少至32%;同时,CaS在钙铝酸盐表面异质形核,出现CaS-CaO-Al₂O₃系夹杂物,夹杂物中CaS质量分数增加至23%。应用热力学平衡模型计算钙处理钢液中S-Ca、Al-Ca及Al-S反应平衡曲线。结果表明,在1 873 K下生成C₃A、C₁₂A₇、CA_L等低熔点钙铝酸盐类夹杂物,钢液内w([Al])和w([Ca])的关系应分别满足 w([Al])2/w([Ca])3≤7.83×103、2.36×105、1.18×107,w([Al])和w([S])的关系应分别满足 w([S])3×w([Al])2≤7.79×10-12、8.36×10-11、8.14×10-10;当钢液中w([Al])为0.007 5%时,w([Ca])和w([S])分别控制在0.000 62%～0.001 9%、0.001 6%～0.005 1%范围内有利于生成理想液态产物C₁₂A₇。结合夹杂物分析及热力学计算,优化调整了脱氧、喂线等生产工艺,将铝块加入量由0.8 kg/t降低至0.7 kg/t,喂硅钙线量由300 m/炉降低至200 m/炉,并进行全流程取样分析夹杂物变化。发现钙处理后,CaS-CaO-Al₂O₃系夹杂物中,CaS质量分数降低至约5%,夹杂物分布在低熔点液相区域附近,铸坯中钢液w([Ca])由0.003 1%降低至0.001 5%～0.002 2%;最终夹杂物体系为(CaS)-CaO-(MgO)-Al₂O₃低熔点复合相夹杂物,防止了高熔点钙铝酸盐类夹杂物及CaS类夹杂物的产生,提高了铸坯质量。     

Q345D钢中含钙类夹杂物的演变和生成机理分析

 通过工业实践研究Q345D钢生产过程含钙类夹杂物的演变和生成机理,并结合热力学计算研究了夹杂物凝固过程的转变机理。结果表明,钢中钙主要来源于VD真空冶炼和钙处理;真空前夹杂物CaO含量很低,破空后夹杂物CaO含量开始升高;之后由于钙处理,夹杂物CaO含量进一步升高。钢液冷却凝固过程中夹杂物发生明显转变,铸坯夹杂物中CaO含量明显降低,CaS含量显著升高,其结果与FactSage热力学计算结果一致。铸坯大尺寸含钙夹杂物主要分为钙铝酸盐、CaS包裹钙铝酸盐、CaS包裹钙铝酸盐且中间析出尖晶石、CaS和Al₂O₃黏结型及CaS和尖晶石黏结型;统计表明,铸坯中夹杂物尺寸越大,夹杂物中CaO含量越高,大尺寸夹杂物中CaS含量极低。     

稀土处理C-Mn钢显微组织和夹杂物演化

对稀土处理C-Mn钢的夹杂物和显微组织进行分析,统计稀土处理C-Mn钢中针状铁素体形核核心尺寸,并将稀土处理钢在不同温度下淬火,研究稀土夹杂物生成和长大过程.实验结果表明：C-Mn钢加入少量稀土后钢中夹杂物从MnS＋硅铝酸盐夹杂转变为La₂O₂S＋LaAlO₃＋MnS＋硅铝酸盐夹杂,尺寸得到细化,显微组织也从马氏体＋贝氏体组织变成侧板条铁素体、针状铁素体和块状铁素体组织;稀土处理C-Mn钢中针状铁素体有效形核核心的尺寸集中在1~4μm,主要是在钢液中形成,冷却和凝固过程形成的数量较少;稀土夹杂物在钢液温度和冷却及凝固过程容易碰撞黏合长大,上浮从钢液中去除,MnS能在稀土夹杂物颗粒间析出.     

拉伸与低周疲劳载荷作用下夹杂物特征参数对航空用超高强度钢中裂纹萌生与扩展的影响

为了研究非金属夹杂物对航空用超高强度钢性能的影响,采用扫描电镜原位观测的方法,跟踪观察了拉伸和低周疲劳载荷作用下两种航空用超高强度钢中不同种类、形态和尺寸的夹杂物导致裂纹萌生与扩展的微观行为.结果表明,对于单个TiN和AlN夹杂,在拉伸载荷作用下,裂纹均首先在夹杂内部萌生.夹杂面积越大,夹杂内萌生的裂纹条数越多,第1条裂纹萌生所需的应力越小.在疲劳载荷作用下,对于单个TiN夹杂,裂纹也首先萌生于夹杂内部.但对于以点链状形式存在的AlN夹杂,无论是在拉伸还是疲劳载荷作用下,裂纹均首先在点链状夹杂内部两夹杂之间的母材中萌生,然后沿点链状夹杂向两侧扩展.以点链状形式存在的夹杂对材料疲劳性能的危害比单个夹杂严重得多,夹杂物对材料疲劳性能的危害远大于对拉伸性能的危害.     

非调质钢中夹杂物生成热力学

为了研究非调质钢中非金属夹杂物的演变规律和生成条件,实现对钢中夹杂物的精准控制,揭示了非调质钢冶炼全过程非金属夹杂物的形貌和成分转变。初始钢中夹杂物主要为镁铝尖晶石夹杂物,随着冶炼反应的进行,钢中逐渐出现部分含有CaO和CaS的夹杂物,同时还伴有MnS析出相生成。系统地通过热力学计算了1 873 K下一元脱氧钢中Al、Ti、Mg和Ca与O的平衡关系,二元脱氧钢中Al-Mg、Al-Ti、Al-Ca和Al-Mg-Ca脱氧夹杂物的生成区域。可为非调质钢脱氧过程脱氧剂的加入、钢液中溶解氧含量的控制以及非调质钢中不同夹杂物的生成和控制提供理论指导。     

后期渗氮工艺制备取向硅钢的组织转变

后期渗氮工艺是一种低温板坯加热生产技术,广泛应用于取向硅钢生产企业。通过金相＋ODF织构分析对工艺各阶段组织进行研究。实验结果表明：热轧及常化织构板沿板厚方向分布不均匀,{110}＜001＞织构在距热轧板表面1/4厚度处分布最强;冷轧板织构主要是α线和γ线织构;脱碳退火后α线织构大量减弱,{111}＜112＞织构得到加强,而渗氮后织构变化不明显。二次再结晶组织大晶粒内部出现少量小尺寸的孤岛小晶粒,{001}＜100＞位向孤岛小晶粒是 Goss晶粒无法吞并的。     

Formation and evolution of macro inclusions in IF steels during continuous casting

The evolution of macro inclusions during continuous casting was investigated by large-area inclusion characterization using ASPEX and analysis of nozzle blockage deposits. Six kinds of inclusions over 5?μm were observed in samples taken from the tundish and the slabs: single alumina particles, alumina dendrites, refractory-related alumina, alumina associated with bubbles, alumina clusters and Al–Ti complex oxides. By examining the morphology of the nozzle blockage deposit, it was concluded that the refractory-related alumina in the slabs came from the decarburization layer washed away by the steel stream. Some of the alumina clusters that came from the nozzle blockage deposit dislodged by the steel flow, were formed by the agglomeration and sintering of 5–20?μm inclusions that were carried over from the tundish. Two kinds of Al–Ti oxides were found in the tundish, and their evolution mechanisms during the casting process were proposed.     

界面理论在夹杂物尺寸演变中的作用

以铝镇静钢为研究对象,在120t钢包内分别进行了镁处理和钙处理试验,对比了钢中夹杂物的成分、形貌、尺寸和分布.结果表明:镁处理试验炉次TO的去除率超过50％,钙处理炉次仅为30％,证明镁处理净化钢液效果更为明显;镁处理可将Al2O3迅速变质为尖晶石或MgO,夹杂物分布弥散,尺寸细小且基本不随时间延长而增大;钙处理对夹杂物的变质速度稍慢,夹杂物数量先增加后降低,尺寸降低不明显.界面理论计算表明,在同一体系内,将Al2O3变质为尖晶石比变质为铝酸钙具有更低的界面自由能,即镁处理可获得比钙处理更小的夹杂物尺寸,证明了精炼过程中夹杂物成分控制的重要性.     

非铝脱氧GCr15轴承钢的夹杂物演变和控制

铝脱氧轴承钢中常含有较多的D类、Ds类夹杂物,对轴承钢的疲劳性能影响较大.为了减少这类夹杂物,国内某钢厂采用低碱度渣、非铝脱氧的新冶炼思路冶炼轴承钢.对冶炼流程进行了过程取样,使用电镜、夹杂物自动分析系统等方法对夹杂物进行了表征,并研究了夹杂物的演变机理.研究表明,这种轴承钢中的全氧质量分数达到0.000 6％?0.0...     

Precipitation behaviour and control of TiN inclusions in rail steels

This paper studied the precipitation behaviour and the control of TiN inclusions in rail steels by thermodynamic calculation and industrial experiments. The results showed that TiN inclusions could not precipitate in molten steel at present condition owing to low [Ti] and [N] content in rail steels; but when solid fraction exceeded 0.87 in mushy zone during solidification process, TiN inclusions could precipitate because of the separation–crystallisation of [Ti] and [N], and even long strip inclusions were formed around grain boundaries. Two types of TiN inclusions, including long strip type with size ranging 20–30?μm and block type with size below 10?μm, could be found in rail steels. The formation of TiN inclusions could be affected by the content of [Ti] and [N], the superheat of liquid steel, secondary cooling intensity and the intensity of strand electromagnetic stirring. The metallurgical process III was conducive to the control of TiN inclusions precipitated and grown up. The results of thermodynamic analysis were consistent with those of the metallurgical process tests.     

稀土处理钢中夹杂物对晶内针状铁素体形成的影响

分析了稀土处理钢中夹杂物的特征(夹杂物种类、尺寸分布和体积分数)对微观组织中针状铁素体形成的影响.结果表明,钢中夹杂物种类和体积分数对针状铁素体组织的形成非常重要.稀土氧化物(包含稀土氧硫化物)与铁素体具有低至1.9%的错配度降低针状铁素体在夹杂物表面的形核能垒,从而促使它在稀土氧化物上形核.反之,稀土硫化物与铁素体具有高达42.5%的错配度不能诱导生成针状铁素体组织.此外,微观组织中针状铁素体的体积分数随着夹杂物体积分数的增加而增大,当钢中夹杂物体积分数是9.5×10^-4时其体积分数达到53%.     

GCr15轴承钢BOF-LF-RH-CC流程夹杂物的生成及演变

 为研究GCr15轴承钢中夹杂物的演变规律,对某钢厂BOF-LF-RH-CC工艺流程生产的GCr15轴承钢进行了全流程取样,并利用ASPEX扫描电镜和热力学计算对各工序钢中夹杂物的演变进行了系统的分析。研究表明,在LF精炼初期,钢中夹杂物主要为高Al₂O₃(w(Al₂O₃)=84%)的MgO-Al₂O₃和CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物;LF精炼结束时,MgO-Al₂O₃和CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物的数量所占比例分别为74%和26%,此时钢液中夹杂物尺寸主要为1～6 μm,数量所占比例为87%。LF-RH精炼期间,夹杂物总数量由LF精炼结束时的198 个/(20 mm2)降低至RH破空后的103 个/(20 mm2),降幅为48%,其中MgO-Al₂O₃夹杂物主要在LF精炼期间生成,然后在RH精炼时基本被去除,具体表现为,其数量由LF进站时的88 个/(20 mm2)增加至LF出站时的139 个/(20 mm2),在RH软吹结束时降低为4 个/(20 mm2);CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物主要在RH精炼期间生成,其数量由LF出站时的49个/(20 mm2)增加至RH软吹结束时的108 个/(20 mm2),这表明RH真空精炼对夹杂物去除效果较好。热力学计算结果表明,二次精炼过程中钢中Al_s、Mg含量处于MgO-Al₂O₃夹杂物优势区内,这表明MgO-Al₂O₃夹杂物更易生成;当钢中w([Mg])为0.000 3%时,w([Ca])大于0.000 25%,满足MgO-Al₂O₃夹杂物转变为CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物的热力学条件,而且当w([Al_s])为0.022%时,w([Ca])控制为0.000 25%～0.007 00%时更有利于生成液态化的钙铝酸盐。试验过程钢中w([Ca])约为0.000 1%～0.000 4%,因此夹杂物更多地转变为CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物。     

低合金高强钢针状铁素体组织特征和形成机理

针状铁素体是一种具有大角度晶界、高位错密度的板条状中温转变组织,该组织能有效细化晶粒并具有良好的强韧性匹配.因此,通常在低合金高强度钢焊缝和粗晶区中,利用细小的夹杂物来诱导针状铁素体形成,形成有效晶粒尺寸细小的针状铁素体联锁组织或者针状铁素体和贝氏体的复合组织,使其具有良好的韧性.然而,相关研究对针状铁素体组织的形成机理和控制原理的解释并不十分清楚,对于针状铁素体的定义和理解也存在差异.总结了针状铁素体的本质、相变、形核、形态、晶体学取向关系、长大行为、细化机理和力学性能等方面的特征,归纳了奥氏体晶粒尺寸、转变温度、冷却速度、夹杂物类型和尺寸等对针状铁素体形成的影响,提出了针状铁素体组织形态和转变机理方面几个仍需深入研究的问题和方向.     

1999年第1季度我国铁合金生产经营情况

：对１９９９ 年第１ 季度我国铁合金工业的生产、经营情况进行了较为详细的统计、分析,并提出了改进建议。这对铁合金工业企业很有参考价值。     

硅锰脱氧55SiCr弹簧钢中镁铝尖晶石的形成及演变

 某钢厂生产的55SiCr弹簧钢采用硅锰脱氧工艺,但在其冶炼过程中存在大量尖晶石类夹杂物,对最终产品的性能十分不利。尖晶石等硬、脆性夹杂物是弹簧在服役过程中疲劳断裂的主要因素之一,因此为明确弹簧钢中该类夹杂物的来源,进而控制并去除钢中非金属夹杂物,通过夹杂物自动分析、扫描电镜和能谱分析等手段,结合FactSage热力学计算分析了55SiCr弹簧钢冶炼过程夹杂物的演变及主要夹杂物的形成机理。分析结果表明,LF精炼后钢中夹杂物数量大幅上升,且其平均成分偏向SiO₂-Al₂O₃-CaO三元相图中高熔点区域;夹杂物主要以SiO₂·Al₂O₃·CaO·MgO为主,多表现为钙铝酸盐包裹或半包裹尖晶石的复合夹杂物类形态,此外还有少量单独的尖晶石夹杂物存在于钢中。对于上述夹杂物的形成及演变进行热力学计算,结果表明,钢液中Mg、Al含量上升将导致钢中析出大量尖晶石夹杂物,并与液态夹杂结合形成含镁复相夹杂物;同时,钢液成分的变化也会导致精炼过程生成的SiO₂·Al₂O₃·CaO·MgO类夹杂物中MgO、Al₂O₃含量大幅增加,在复合夹杂物内部析出尖晶石相。因此,为减少硅锰脱氧弹簧钢中尖晶石类硬脆性夹杂物的生成,需要严格控制钢中Mg、Al含量,尽可能降低夹杂物中MgO、Al₂O₃含量,以实现对弹簧钢中非金属夹杂物的塑性化控制。     

铝脱氧钢中尖晶石夹杂物的生成与转变

研究了140 t LD-LF-RH-CC流程冶炼超低氧钢时精炼过程铝脱氧钢中夹杂物的变化。试验钢出钢过程加足够的铝脱氧,以尽快降低钢液中溶解氧。为使Al₂O₃转变为钙铝酸盐夹杂,选用CaO-Al₂O₃精炼渣系,渣中含3.00%～8.42%SiO₂。结果表明,精炼时钢液中夹杂物的变化趋势为:纯Al₂O₃→尖晶石夹杂→CaO-Al₂O₃-MgO复合夹杂物,炉渣中8.42%SiO₂炉次夹杂物转变慢于3.00%SiO₂炉次;当炉渣CaO/Al₂O₃为1.60时,钢中夹杂物大多转变为低熔点CaO-Al₂O₃-MgO复合夹杂。精炼渣的成分控制应为(%):55～60CaO,35～40Al₂O₃, 5～10MgO。