“两次造渣法”冶炼不锈钢超薄带理论和工业应用

 精密压延不锈钢冷轧超薄板带(<0.3 mm)要求具有良好的洁净度和夹杂物塑性化以获得良好的表面质量和力学性能,但钢水的洁净化和夹杂物塑性化在冶炼上是相互矛盾的,这增加了精密压延不锈钢板带的冶炼难度。为解决不锈钢超薄带夹杂物塑性化和钢水洁净化的矛盾问题,通过热力学理论分析和实验室渣-金平衡试验研究了精密压延不锈钢冶炼的关键问题并得出相应应对策略,炉渣碱度降低,对脱氧和脱硫不利,钢水洁净度变差,高碱度渣的使用是获得较高洁净度钢水的必要条件;随着炉炉渣碱度降低,夹杂物由CaO-SiO₂-Al₂O₃系演变为良好塑性的SiO₂-Al₂O₃-MnO系,低碱度炉渣是夹杂物塑性化必需条件; 钢中Al_s含量降低,夹杂物中Al₂O₃含量明显减小,塑性变好; 通过在渣中配加适量的MgO,可以有效抑止低碱度渣对炉衬的侵蚀。并在此基础上开发出新的“两次造渣法”冶炼工艺,在AOD脱硫期造高碱度渣脱硫和脱氧,在LF精炼造低碱度渣塑性化钢中夹杂物,实现不锈钢优异的钢水洁净度和夹杂物塑性化。工业试验结果表明, w(T[O])小于0.002 5%, w([S])小于0.001 0%,夹杂物成分为以SiO₂-Al₂O₃-MnO系为主的硅锰铝榴石类夹杂物,Al₂O₃平均质量分数小于20%,具有良好的塑性,满足生产不锈钢超薄板带的要求。     

硅脱氧弹簧钢中夹杂物在轧制过程中的演变行为

不变形大尺寸氧化物夹杂是造成弹簧疲劳失效的主要原因,可通过获得具有良好变形性能的低熔点塑性夹杂物,减少轧制后氧化物夹杂的尺寸,以减轻夹杂物的不利影响。为了研究工业化生产的硅脱氧弹簧钢中氧化物夹杂在轧制过程中的演变行为,采用SEM+EDS分析连铸坯、中间坯到成品线材各阶段中氧化物夹杂的形貌、成分、尺寸和密度变化。结果表明,连铸坯中主要为SiO₂-Al₂O₃和SiO₂-Al₂O₃-CaO两类呈球状的夹杂物,基本处于低熔点区,中间坯中SiO₂-Al₂O₃和SiO₂-Al₂O₃-CaO类夹杂物呈长条状,同时发现了蝌蚪状的SiO₂类夹杂物,线材中存在5类夹杂物,其中4类呈长条状的夹杂物,除了SiO₂-Al₂O₃和SiO₂-Al<...     

贝氏体钢生产流程中典型夹杂物变化规律

贝氏体钢轨强度高、塑性好，具有优良的抗接触疲劳和耐磨性，被誉为“21世纪的钢轨钢”,但贝氏体钢生产工艺具有一定的特殊性，钢中的夹杂物严重影响钢轨的塑性、韧性以及抗疲劳性能。为了研究贝氏体钢中典型夹杂物的变化规律，以国内某钢厂150 t转炉→双150 t LF→VD脱气→280 mm×380 mm方坯连铸生产的贝氏体钢为研究对象，对生产全流程取样，结合氧氮分析、钢液成分分析和非金属夹杂物分析，研究典型夹杂物的来源和形成机理。研究结果表明，贝氏体钢生产过程中氧氮含量持续降低，浇铸末期钢中氧、氮质量分数分别为0.000 8%和0.004 0%;一次LF化渣后夹杂物为CaO-SiO₂-Al₂O₃,主要是合金、脱氧剂和白灰带入的Ca、Al_s与钢中的氧或氧化物发生反应的脱氧产物；一次LF合金化后，夹杂物为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO,夹杂物中CaO和MgO含量增加，Al₂O₃含量降低；二次LF进...     

CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣对Al2O3的溶解

为了控制低碳铝镇静钢中Al₂O₃夹杂物,并提升渣系对Al₂O₃夹杂物吸附能力,采用FactSage 8.1模拟计算CaO-SiO₂-Al₂O₃-5%MgO-5%FeO渣系的等黏度图和等ΔC/η(ΔC=C■-C■,η为渣的黏度)值线图。根据模拟计算图选取合适的五元精炼渣做Al₂O₃的吸附试验,试验研究了Al₂O₃在CaO-SiO₂-Al₂O₃-5%MgO-5%FeO渣系中的溶解速率,讨论了Al₂O₃棒浸入深度、直径、转速、渣成分以及温度对Al₂O₃溶解速率的影响,求解了Al₂O₃在溶解过程中的活化能。最后,采用场发射扫描电子显微镜(Apreo S HiVa...     

高品质含钛焊丝钢生产过程中夹杂物的行为演变

采用扫描电镜观察了含钛焊丝钢中夹杂物的形貌与组成,重点分析了冶炼过程中夹杂物的形成和演变规律。结果表明,LF进站前的夹杂物主要类型为球形的SiO₂-Al₂O₃复合夹杂物,其尺寸在6 μm左右;在LF精炼中,SiO₂-Al₂O₃型夹杂物转变为不规则椭球形SiO₂-Al₂O₃-CaO型夹杂物,其尺寸为5～10 μm。且随着精炼的进行,夹杂物的数量密度由LF进站前的131.81变成最终出站时的42.84个/mm2。在钢水精炼期间,夹杂物成分由最初的w(Al₂O₃)＜20%的区域向CaO含量升高的区域移动,Al₂O₃的质量分数为20%～35%;LF精炼结束后的夹杂物类型除了SiO₂-Al₂O₃-CaO外,还存在较多的近球形SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO与形状不规则的SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO-TiO_x系夹杂物。另外,在铸坯中的复合氧化夹杂物的外层还发现有TiN夹杂物析出。夹杂物成分最终在铸坯中停留在w(Al₂O₃)＜25%的区域,数量密度降低到27个/mm2左右。     

精炼渣Al2O3含量对铝脱氧钢中夹杂物的影响

为研究中等碱度精炼渣中Al₂O₃含量对钢洁净度和夹杂物的影响,在1 873 K温度下用MgO坩埚开展了初始碱度为4、不同Al₂O₃含量的CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO顶渣与铝脱氧钢的平衡试验。结果表明,渣-钢反应后,夹杂物类型由反应前的MgO-Al₂O₃-MnS复合类转变为中心为MgO-Al₂O₃,边部为MgO-Al₂O₃-SiO₂-CaO(-MnO)系的包裹体复合类;形貌由边界多棱角的块状和簇群状转变为边界圆滑的类球状。随着渣中Al₂O₃含量的增加,夹杂物中Al₂O₃含量显著增加,MgO含量减少,其他组分含量变化不大;夹杂物尺寸呈现增大的趋势;夹杂物数量密度增大,钢的洁净度降低。该试验条件...     

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。     

高速重轨钢中尖晶石夹杂物的形成及控制

 高速重轨钢采用无铝脱氧工艺,但是钢中常发现大颗粒纯的MgO-Al₂O₃夹杂物,严重影响产品质量。为了明确高速重轨钢中尖晶石夹杂物的来源,进一步控制重轨钢中夹杂物,通过对重轨钢拉伸断口进行分析,结合水口结瘤物分析、热力学计算及典型夹杂物分析,系统研究了高速重轨钢中尖晶石夹杂物的形成机理。结果表明,重轨钢中的尖晶石夹杂物分为单独存在的尖晶石和钙铝酸盐包裹的尖晶石两类。其中钙铝酸盐包裹的尖晶石为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO复合夹杂物在降温冷却过程中析出,析出温度与夹杂物中Al₂O₃和MgO质量分数有关;单独存在的小尺寸尖晶石夹杂物为钢液凝固冷却过程中析出,与钢液成分有关。此外,研究还表明,水口结瘤也是重轨钢中出现大颗粒镁铝尖晶石夹杂物的重要原因之一。因此,严格控制合金辅料中Mg、Al_s等杂质元素质量分数,防止钢液发生二次氧化、降低耐火材料侵蚀等,尽可能降低夹杂物中的Al₂O₃和MgO质量分数,对控制重轨钢中尖晶石夹杂物,提高产品质量至关重要。     

硅锰脱氧钢中CaO-SiO2-Al2O3夹杂在固态钢中的结晶行为

 为了避免Al₂O₃、MgO·Al₂O₃等高熔点硬质夹杂物对钢材加工和产品使用性能带来危害,气门簧、切割丝用钢和手撕钢等钢种均采用了硅锰脱氧夹杂物塑性化控制工艺。夹杂物塑性化控制工艺只关注夹杂物成分是否处在相图低熔点区域是不足的,钢中硅酸盐类夹杂物之所以在非液态条件下能发生良好塑性变形,主要是因为它们具有玻璃类材料性质,其软化温度点明显低于钢材热轧温度。而硅酸盐夹杂物的热轧流变性很大程度上取决于其结晶状态,所以夹杂物从玻璃态到结晶态的转变需要予以研究和控制。从微观结构及加热软化行为方面对比了玻璃态与结晶态夹杂物的不同,指出夹杂物结晶对夹杂物塑性化控制工艺所带来的不利影响。阐明在铸坯凝固冷却和轧制前的加热过程中,玻璃态夹杂都有可能发生结晶转变。为了防止玻璃态夹杂出现严重结晶,需要结合夹杂物TTT曲线优化铸坯加热温度和时间,或控制夹杂物组成落入玻璃相更稳定区域。对于CaO-SiO₂-Al₂O₃体系夹杂物,认为磷石英、假硅灰石和钙长石三相共熔区是实现玻璃态稳定控制的理想组成区域。关于MgO及碱金属氧化物对硅锰脱氧钢氧化物夹杂结晶性能的影响规律需要进一步研究揭示,可以借助单丝法等方法来研究氧化物夹杂对应成分的TTT图。     

Q235钢中夹杂物演变规律和生成机理分析

 为了更好地控制Q235钢中非金属夹杂物的种类和数量,提高钢的冲击韧性,采用自动扫描电镜分析了Q235钢中非金属夹杂物在LF精炼、中间包和连铸坯中成分和形貌的演变规律。采用FactSage热力学软件对钢中各类夹杂物的生成机理进行了分析。研究发现,钢中非金属夹杂物的演变规律为均相的SiO₂-MnO夹杂物→均相的SiO₂-Al₂O₃-MnO-TiO_x夹杂物→双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物→多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。样品冷却过程中均相的SiO₂-MnO夹杂物发生相变析出纯SiO₂导致在LF精炼初期钢中出现双相SiO₂-MnO类夹杂物。加入的硅钙钡合金中铝含量较高,导致液态夹杂物在钢液中析出MgO·Al₂O₃,以及在LF出站钢样品中出现双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物。含钛的夹杂物在连铸坯凝固冷却过程会析出纯的Ti₃O₅,并且钢中还会析出MnS析出相,因此连铸坯中存在多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。     

Study on Transformation of CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO System Inclusions in ZG06Cr13Ni4Mo Stainless Steel

This paper aims at generally studying on the inclusions of ZGG06Cr13Ni4Mo ultra-low carbon stainless steel used for large scale hydraulic turbine sets. On the basis of analysis the industrial test samples, thermodynamic software FactSage is used to study inclusions transformation process in CaO-SiO2-Al2O3-MgO system while stainless steel is been smelting. The results illustrate the inclusions melting points and plasticity variation law. The reasonable inclusions plasticity controlling area is found out in low melting point. The melting point is up to 1280℃ While MgO weight concentration is 10% in CaO-SiO2-Al2O3-MgO system, SiO2, Al2O3 and CaO in inclusions are in weight concentration range of 50-70%, 10-20% and 10-40%, respectively. For purpose of gaining low melting point inclusions, silicon alumina radio in deoxidant should be controlled between 2-5 for ultra-low carbon stainless steel refining in industry.     

Effect of Ce on Inclusions and Impact Property of 2Cr13 Stainless Steel

 The effect of Ce on inclusions and impact toughness of 2Cr13 stainless steel were studied by SEM and electron spectroscopy. Thermodynamic calculation was used to analyze the formation of RE inclusions in 2Cr13 stainless steel. The result shows that Al2O3 and MnS can be entirely replaced by Ce2O2S and CeS. Fracture is changed from cleavage to ductile fracture by adding Ce to the 2Cr13 stainless steel, and the spherical rare earth oxysulfide inclusions-Ce2O2S in the dimple are the main factors. The transverse impact value of 2Cr13 stainless steel has been improved obviously by rare earth. The transverse impact value of RE-2Cr13 is increased 55.46% at the temperature of -40℃, comparing with 0RE-2Cr13.     

非金属夹杂物对不锈钢耐点蚀性能影响的综述

摘要：首先,总结了3种常用的非金属夹杂物对不锈钢耐点蚀性能影响的研究方法,即原位腐蚀观察、微区电化学法、原子力显微镜。其次,总结了硫化物、氧化物、稀土夹杂物3种不同类型夹杂物对不锈钢耐腐蚀性能影响。随着硫化物含量的增多,不锈钢的耐点蚀性能会下降;对于氧化物的影响,目前的研究集中在氧化物的成分对不锈钢耐点蚀性能的影响。不同成分的夹杂物对不锈钢耐点蚀性能的影响机制还不是很清楚;稀土夹杂物对不锈钢点蚀的影响主要与稀土对不锈钢中夹杂物改性有关。而后,汇总了目前提出的夹杂物对不锈钢耐点蚀性能影响的机制,即贫Cr区机制、微缝隙机制、活性机制。贫Cr区机制主要用于解释硫化物引起的点蚀,后2种主要用于解释氧化物引起的点蚀。最后,提出了夹杂物控制提升不锈钢耐点蚀性能的展望。     

Ce对440C不锈轴承钢夹杂物演变的影响

为探究稀土Ce对440C不锈轴承钢中夹杂物的改性作用,利用实验室MoSi₂电阻炉对440C不锈轴承钢进行稀土Ce处理,采用OM、SEM等系统分析了Ce的添加对440C不锈轴承钢脱氧及夹杂物演变的影响。结果表明,随着Ce加入量的增加,其收得率逐渐升高。Ce的加入使钢中TO质量分数由0.002 5%降低至0.001 2%。未加入Ce的钢中夹杂物主要为Al₂O₃、MnS以及镁铝尖晶石;加入质量分数为0.011 5%的Ce后,夹杂物被改性为以Ce-Al-O为主的夹杂物;当Ce的添加量达到0.036 4%时,夹杂物被完全改性为Ce-O-S夹杂物。适量的Ce可以降低夹杂物尺寸及面积比例,但过量加入会使夹杂物尺寸变大。在本试验条件下,当Ce质量分数为0.011 5%时,钢中夹杂物细小弥散效果最明显。以上结论可为Ce在高碳铬不锈轴承钢中的应用提供参考。     

含铈304不锈钢夹杂物改性及耐腐蚀性能优化

 通过在304不锈钢中加入不同含量的铈,研究了铈处理前后钢中夹杂物的变化,并借助于腐蚀失重试验及电化学试验,分析了不同含量的铈处理后钢中夹杂物性质变化对304不锈钢耐腐蚀性能的影响。研究结果表明,未加铈的不锈钢中主要为MnS夹杂及复合氧化物夹杂,夹杂物的平均尺寸为8.6 μm,而钢的自腐蚀电位仅为-348.52 mV。加入稀土铈后,夹杂物逐渐改性成球状或椭球状的含铈夹杂物,平均尺寸有所降低,而不锈钢耐腐蚀性则有所提高。当铈质量分数达到0.012%时,钢中MnS夹杂全部改性成球状含铈夹杂,不锈钢自腐蚀电位高达-311.25 mV,耐腐蚀性能最好。继续增加稀土铈含量,钢中夹杂物的形状变得不规则,尺寸也有所增加,导致不锈钢耐腐蚀性能降低。     

Control of Al2O3 inclusions in austenite stainless steel

In the present study,samples were extensively collected throughout the stainless steel manufacturing process. The three-dimensional morphology of inclusions was revealed by non-aqueous solution electrolysis. The high concentration of aluminum in ferrosilicon caused the increment of [Al]sin steel and Al2O3 in inclusions,which led to the higher melting temperature of inclusions. It was concluded that the application of lowAl ferrosilicon and calcium treatment could prevent the formation of Al2O3-rich inclusions.     

钇含量对铝脱氧含钛不锈钢中夹杂物的影响

 以T4003铁素体不锈钢为研究对象,采用热力学计算与实验室试验的方法,对钇质量分数为0、0.007 0%、0.014 0%和0.023 0%的不锈钢中夹杂物进行了分析,研究了稀土元素钇含量对T4003铁素体不锈钢中夹杂物的影响,总结了不同钇含量对钢中夹杂物影响的规律。首先通过计算夹杂物的生成吉布斯自由能变预测了钢中生成的夹杂物种类,总结了不同钇含量试验钢中不同夹杂物的生成吉布斯自由能变随温度的变化规律。计算结果与扫描电镜对钢中夹杂物的检测结果一致。研究表明,不含钇的T4003不锈钢中夹杂物主要为尺寸不均匀的均相TiN夹杂物及少量Al₂O₃、Mg-Al-O、Ca-Ti-O与TiN的非均相复合夹杂物,添加钇后钢中夹杂物主要为小尺寸的TiN和部分以Y₂O₃和Y₂O₂S为核心表面包裹TiN的复合夹杂物。随着钢中钇含量的增加,钢中夹杂物的总含量先增加后减少,夹杂物平均直径先减小后增大。夹杂物中氧化物的改性路径为MgAl₂O₄-CaO-TiO_x→MgAl₂O₄-Y₂O₃-(CaO-)TiO_x→Y₂O₃-TiO_x→Y₂O₃-Y₂O₂S及Y₂O₃和Y₂O₂S。试验钢中含TiN夹杂物的数密度与面积分数先增加后减少,平均直径先减小后增大。钇的加入使钢中小于4 μm的小尺寸含TiN夹杂物数量增多,但钇的加入量过高时,含TiN夹杂物的细化程度减弱。当钢中钇质量分数为0.007 0%与0.014 0%时,渣中含TiN夹杂物的尺寸明显减小,大尺寸的含TiN夹杂物数量显著减少。     

薄带连铸304不锈钢凝固过程中生成的氧化物夹杂

 采用透射电镜(TEM)对双辊薄带连铸AISI304不锈钢凝固过程中生成的非金属夹杂物进行了研究,发现在薄带的晶界存在许多球型的微细氧化物夹杂,其成分主要是MnO Al2O3 SiO2类复合夹杂物,直径均小于1 μm,并采用数学模型对薄带连铸304不锈钢凝固过程中析出的氧化物夹杂的大小进行了计算,预测值与实验中观察到的结果吻合较好。与传统连铸相比,双辊薄带连铸AISI304不锈钢凝固过程中生成的非金属夹杂物数量增多,尺寸明显减小。     

Mn对2205双相不锈钢耐点蚀性能的影响

研究锰元素对2205双相不锈钢耐点蚀性能的影响, 锰质量分数的变化范围为0. 93%~1. 26%.分别采用化学腐蚀法、动电位极化法研究双相不锈钢2205的耐腐蚀性能, 采用夹杂物自动分析技术研究锰对钢中夹杂物种类及数量的影响, 通过扫描电镜、能谱及夹杂物原位分析法观察化学腐蚀及电化学腐蚀前后钢中夹杂物及其周围钢基体的变化情况.采用电感耦合等离子体发光光谱测定腐蚀产物的成分.研究结果表明, 不同类型的夹杂物对耐腐蚀性能的影响不同, (Mn、Si) 氧化物以及(Mn、Si、Cr) 氧硫化物在腐蚀液中更易溶解进而促进腐蚀, 而(Cr、Mn、Al) 氧化物却很稳定.锰的加入会促进钢中(Cr、Mn、Al) 夹杂的析出, 此类夹杂物不仅自身很容易被含Cl离子的溶液腐蚀, 而且作为点蚀的起始点, 促进了点蚀坑的形成, 加快了基体腐蚀, 最终导致不锈钢耐点蚀性能的下降.      

不锈钢带连续退火针压缺陷的研究

针压是不锈钢冷轧薄带钢在连续退火酸洗机组生产过程中经常出现的表面缺陷。现场实测及针压缺陷的显微分析结果表明：在连续退火过程中,炉辊与不锈钢带表面存在相对滑动时,辊子表面积累的颗粒状异物是形成针压缺陷的主要原因。为了减少颗粒状异物和改善表面接触状态,现场试验分析发现冷却段3%辊是产生带钢表面针压缺陷的主要部件,改变冷却段3#辊的材质和辊子形状可降低针压缺陷的发生率,采取相应措施使得针压缺陷得到了明显改善。