硅脱氧弹簧钢55SiCr玻璃态夹杂在铸坯加热过程中的结晶变化

将55SiCr硅脱氧弹簧钢LF精炼结束提桶样分别随大方坯开坯加热和热轧坯轧制加热处理,并采用FEI Explorer 4自动扫描电镜对提桶样热处理前后氧化物夹杂的形貌与成分变化进行检测.检测分析表明,不管是随大方坯高温扩散还是热轧坯加热处理,玻璃态夹杂物均发生结晶现象.在1 250℃保温约2.5 h,夹杂物结晶尺寸较大...     

钙处理对硅脱氧弹簧钢55SiCr氧化物夹杂的影响

摘要：为了将硅脱氧弹簧钢中SiO2类高熔点硬质夹杂改性成低熔点夹杂物,在炼钢生产中进行了钙处理试验。利用FEI Explorer 4自动扫描电镜对硅脱氧弹簧钢55SiCr在正常工艺与钙处理工艺处理后的铸坯、盘条中氧化物夹杂的成分、尺寸、数量、形貌进行检测,统计分析2种工艺下夹杂物尺寸、夹杂物轧制变形性的差异,并通过弹簧钢丝Nakamura旋转弯曲疲劳测试对比2种工艺下夹杂物控制水平。分析结果表明：硅脱氧弹簧钢55SiCr钙处理工艺后氧化物夹杂主要为CaO SiO2 (CaS)类,尺寸较大,且此类夹杂物在盘条轧制过程中不易变形细化,最终恶化弹簧钢疲劳性能;正常工艺处理后氧化物夹杂尺寸随着夹杂物中Ca含量升高有增大倾向,CaO SiO2 Al2O3系相图中方石英、磷石英与莫来石交界区的夹杂物轧制变形性优于假硅灰石和钙长石共熔区的夹杂物。     

不同脱氧条件下弹簧钢氧化物夹杂的性质和形貌

用光学显微镜和扫描电镜研究了工业生产条件下用不同脱氧工艺生产的60Si2MnA弹簧钢氧化物夹杂Al2O3、SiO2和铝硅酸盐的性质、形貌和控制。     

LF软吹时间对硅脱氧弹簧钢氧化物夹杂控制影响

 对于一些采用硅锰脱氧冶炼工艺的特殊钢,为保证钢水洁净度,常会选择较长时间的LF软吹处理,导致过程能耗增加。通过工业试验,借助FEI Explorer 4自动扫描电镜检测,研究不同LF精炼软吹时间对硅脱氧弹簧钢55SiCr铸坯氧化物夹杂成分、数量的影响;并采用夹杂物极值统计法,对比评价不同LF精炼软吹时间对应成品盘条横截面最大夹杂物尺寸控制情况。结果表明,在LF软吹10 min与软吹40 min 两种工艺条件下,铸坯中尺寸大于5 μm的氧化物夹杂成分接近,均在CaO-SiO₂-Al₂O₃相图中假硅灰石、钙长石和钙铝黄长石共晶低熔点区,其中软吹10 min工艺铸坯氧化物夹杂组成落入低熔点区的数量所占比例更大。LF软吹10 min与软吹40 min铸坯中尺寸大于5 μm的氧化物夹杂数量密度分别为11.70个/100 mm2和14.59个/100 mm2,尺寸大于15 μm 的氧化物夹杂数量密度分别为0.53个/100 mm2和1.65个/100 mm2,LF软吹10 min工艺铸坯大尺寸氧化物夹杂数量密度略低于LF软吹40 min工艺。当预测面积为30 000 mm2时,两种LF软吹时间对应成品盘条横截面最大夹杂物尺寸分别为27.1 μm和28.1 μm,盘条最大夹杂物尺寸控制无显著差别。结合硅锰脱氧钢中大尺寸低熔点CaO-SiO₂-Al₂O₃系夹杂物主要源自钢包渣乳化卷入,具有与钢水和氩气泡界面接触角很小、难以通过吹氩上浮去除的特点,建议硅锰脱氧钢LF软吹过程按短时间快节奏进行控制。     

合成渣处理对弹簧钢脱氧及夹杂物控制的影响

在实验室条件下研究了酸性和碱性合成渣处理弹簧钢时钢中酸溶铝、钙和氧含量的变化规律,并通过工业生产试验比较了两种不同精炼工艺条件下（Ｉ：高碱度渣精炼＋喂铝丝;Ⅱ：酸性渣精炼＋ＶＤ）钢中酸溶铝和氧含量随工艺过程的变化。分析结果肛艺Ｉ生产的弹簧钢的夹杂物尺寸分布明显优于工艺Ｉ。     

冷轧硅脱氧304不锈钢中氧化物夹杂的演变行为

 为实现固态钢基体内夹杂物在冷轧过程中的控制,将硅脱氧304不锈钢热轧板经多道次冷轧至不同的厚度,利用扫描电子显微镜对试样内夹杂物在冷轧过程中的演变行为进行了研究。结果表明,硅脱氧304不锈钢内夹杂物的类型主要为低熔点SiO2-CaO-MnO-Al2O3,其在热轧板内的形貌为大尺寸长条状。冷轧时,这些长度为2.0～23.0 μm的长条状氧化物夹杂发生断裂,形成多个1.0～3.0 μm小尺寸夹杂物。随着冷轧压下量的增加,断裂后形成的夹杂物尺寸逐渐减小。但当夹杂物尺寸降低至约0.5 μm时,夹杂物不再发生断裂。同时,断裂后形成的小尺寸夹杂物之间的距离与夹杂物的初始尺寸无关,由冷轧板的伸长率决定。     

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。     

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。     

弹簧钢夹杂物形态控制

分析了高应力条件下弹簧疲劳断裂的主要原因以及用稀土控制弹簧钢夹杂物形态的局限性。指出了ＭｎＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２或ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２三元塑性夹杂物的成分范围,并以６０Ｓｉ２ＣｒＶＡ为例确定之与相平衡的钢液脱氧条件,提出了相应的工艺措施。     

弱脱氧弹簧钢夹杂物形态控制研究

采用不同炉渣碱度和精炼工艺,对弹簧钢中全氧含量,夹杂物的尺寸、大小和成分进行了分析,并对夹杂物的形态分布进行了研究.结果表明,碱度高有利于脱氧和控制夹杂物尺寸,但容易形成脆性夹杂物;炉渣碱度低时,钢中氧含量相对较高,夹杂物尺寸偏大.弹簧钢要保证夹杂物的塑性,应将炉渣碱度控制在1.0~1.3,同时应适当延长软吹时间,保证钢中大颗粒夹杂的去除和钢中氧含量的降低.     

改善弹簧钢中氧化物夹杂形态的热力学条件

为了控制钢中析出氧化物夹杂的组成和形态,通过钢液－夹杂物、钢液－熔渣之间的化学平衡关系,以弹簧钢为例,计算了１８２３Ｋ时钢中强脱氧元素钙和铝的残余含量对析出夹杂物组成的影响,并给出了可使钢中析出具有良好变形能力的ＣａＯ．Ａｌ２Ｏ３．２ＳｉＯ２夹杂物的钙、铝含量的控制范围和控制方法。     

不同脱氧条件下弹簧钢非金属夹杂物尺寸分布

在工业生产条件下采用3种脱氧和精炼工艺生产弹簧钢60Si2MnA，用四甲基氯化铵溶液电解萃取法从热轧弹簧钢棒材试样中萃取出非金属夹杂物，用扫描电镜和图象分析仪等检测非金属夹杂物形貌和尺寸分布。研究表明，采用连铸法较采用模铸法能大大降低大型夹杂的尺寸的数量。     

变形条件对硅锰弹簧钢脱碳的影响

以６０Ｓｉ２Ｍｎ钢为例，研究了变形条件对硅锰钢脱碳的影响，结果表明，硅锰弹簧钢脱碳主要发生在轧前加热过程中，轧后冷却也发生脱碳。     

弹簧钢中夹杂物生成热力学

揭示了弹簧钢全流程中非金属夹杂物的形貌和成分转变。初始钢中夹杂物主要为Al_2O_3-SiO_2-MnO-CaO,合金化后夹杂物转变为MgO-Al_2O_3。随着精炼的进行,夹杂物逐渐转变为Al_2O_3-MgO-SiO_2-CaO。最终铸坯中主要夹杂物为Al_2O_3-MgO-SiO_2-CaO,同时有硫化物和氮化物析出。系统地计算了1 873 K下一元脱氧钢中Al、Si、Mg和Ca与O的热力学平衡关系和二元脱氧钢中Al-Mg、Al-Si、Si-Mn和Al-Mg-Ca脱氧夹杂物的生成区域。可为弹簧钢脱氧过程脱氧剂的加入,钢液中溶解氧含量的控制,以及弹簧钢中不同夹杂物的生成和控制提供理论指导。     

高硅弹簧钢夹杂物控制技术的研究

针对石钢公司高硅弹簧钢夹杂物缺陷率偏高的问题,通过对初炼、精炼、连铸等工序的脱氧制度、造渣吹氩制度、浇铸等工艺的优化,使高硅弹簧钢的夹杂物缺陷率大幅度降低,连铸机未产生波动甩坯,高端品种和用户满意度得到提升。     

高品质弹簧钢精炼过程氧化物夹杂的控制

研究了采用LF-VD-CC精益窄窗口控制工艺路线时,合适的脱氧、造渣、合金及夹杂物控制等技术对钢水洁净度的影响。结果表明,采用本工艺能够生产出全氧质量分数低于0.000 8%、Ti质量分数低于0.001 8%、Al_s质量分数低于0.002 2%的高品质弹簧钢;将精炼顶渣中Al₂O₃质量分数控制在不超过5%时,能够有效实现氧化物夹杂的低熔点化和塑性化;精炼过程中,熔点进入1 600 ℃等温线以内的氧化物夹杂在不断长大,并且通过上浮去除,而残留于钢中的夹杂物不仅熔点低、变形性能好,而且尺寸细小,对疲劳性能的影响较小。     

钛脱氧钢中超细夹杂物内部结构和物相组成研究

在真空感应炉中采用了真空碳脱氧再加钛终脱氧的脱氧工艺冶炼出了与高级别管线钢成分接近的试样钢,对钛脱氧钢中超细夹杂物的外部形貌、尺寸、内部结构和物相组成等进行了研究。在扫描电镜下通过对金相试样和电解提取的夹杂物的研究表明,钢中夹杂物是Ti-O-Mn-S形成的尺寸为1~3μm的球形复合夹杂物。通过离子减薄后观察了夹杂物的内部结构,中心是Ti-O化合物,外围是Mn-S化合物;通过电子背散射衍射(EBSD)对夹杂物物相组成的分析表明,该复合夹杂物是有利于针状铁素体(IGF)形核的Ti2O3和在凝固过程中以Ti2O3为核心形核的MnS。     

不锈钢中夹杂物控制综述

综合阐述了前人在不锈钢中夹杂控制方面所做的工作,分析了不锈钢脱氧剂的选择对不锈钢洁净度的影响,指出了铝脱氧不锈钢和硅脱氧不锈钢的脱氧产物以及其它衍生夹杂物的生成条件,提出了不锈钢中不同种类夹杂物的液态化改性处理方法,并对不锈钢中夹杂物的氧化物冶金研究现状进行了介绍。希望通过对夹杂物的合理控制,尽可能减小夹杂物对钢材危害、有效提升产品性能。     

特殊钢精炼中的脱氧及夹杂物控制

 特殊钢是针对客户提出的质量要求,钢厂不断改进工艺,逐步提高成分、尺寸精确度和洁净度的各类钢的总称。钢中总氧量 ［TO］是衡量钢洁净度的重要标识,对于不同的钢种,其控制要求也不尽相同。在脱氧精炼过程中,存在着脱氧元素-钢中溶解氧、钢-渣、钢液-夹杂物、钢液-耐火材料、渣-耐火材料的反应与平衡,对钢中夹杂物的数量、组成和形态具有重要影响。通过热力学计算,比较了不同脱氧剂的脱氧能力,并介绍了典型特殊钢种（轴承钢、弹簧钢、帘线钢、电工钢、易切削钢等）精炼过程中的脱氧及夹杂物控制,分析和讨论了不同脱氧元素与钢液、熔渣以及耐火材料之间的相互作用机制。     

SiCaBa合金对55SiCr弹簧钢的脱氧脱硫及夹杂物控制研究

针对服役条件要求苛刻的55SiCr气门弹簧钢,采用高温管式炉试验研究了低氧条件下向钢中加入SiCaBa合金的脱氧、脱硫及夹杂物控制规律。结果表明,SiCaBa合金有进一步深脱氧、深脱硫的效果,并可细化夹杂物尺寸;在钢中加入0.48 kg/t_钢的SiCaBa合金(49.8%Si-25.6%Ca-11.1%Ba)和Fe₂O₃含量低于1%的精炼渣能使T[O]和[S]分别降至11×10^-6和8×10^-6。