硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响

大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物容易引起轴承钢疲劳失效,大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的控制是生产高端GCr15轴承钢的关键因素之一。精炼过程中合金引入杂质元素、渣精炼和精炼过程中卷渣是铝脱氧轴承钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的主要潜在来源。硅铁合金通常用来提高轴承钢的淬火和抗回火软化性。本文通过实验室实验、样品分析和热力学计算,研究了硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响。硅铁合金主要由深色的硅相和浅色的硅铁相组成,钙元素在硅相和硅铁相的界面处以金属化合物形式存在。研究发现,加入硅铁合金后,钢中总钙（T.Ca）含量增加,钢中的Al₂O₃和MgO·Al₂O₃夹杂物被改性为CaO?Al₂O₃类夹杂物,夹杂物尺寸随着夹杂物中CaO含量增加而减小,钢中并未生成大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物。随着钢中T.Ca含量增加,夹杂物平均尺寸降低,钢中T.O含量增加,表明硅铁合金中金属钙元素不会直接引起钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的生成。但是生成的小尺寸固相CaO?Al₂O₃类夹杂物在水口处粘附结瘤,结瘤物脱落后会成为钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的来源之一。      

低合金高强钢中非金属夹杂物的改性

借助热力学软件Thermo-Calc和ASPEX自动扫描电镜等分析手段,研究了低合金高强钢精炼过程渣-钢反应和钙处理对夹杂物改性行为的影响.通过提高炉渣碱度和w(CaO)/w(Al₂O₃)值以及降低炉渣氧化性等措施,钙处理前钢中Al₂O₃夹杂物转变为靠近1600℃液相区的CaO-MgO-Al₂O₃复合夹杂物和少量的MgO·Al₂O₃尖晶石.在渣-钢反应对Al₂O₃部分变性的基础上,钙线喂入量每炉由优化前的800 m减少到300 m仍能达到夹杂物改性的目的.      

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。     

铝脱氧钢中Al2O3夹杂物与Al2O3-C质水口耐材的粘附机理研究

铝脱氧钢连铸过程中的水口堵塞一直是困扰生产的难题,弄清水口堵塞的形成机理对解决该问题非常重要。研究首先在实验室制备了含有单一、量多的Al₂O₃夹杂物的钢液,然后与Al₂O₃-C质耐材棒反应不同时间,研究了钢中Al₂O₃夹杂物与耐材棒的粘附行为,在此基础上探讨了铝脱氧钢连铸过程水口堵塞的形成机理。研究发现,耐材棒与钢液反应一段时间后,在耐材棒表面由内向外逐渐形成两层Al₂O₃,第1层致密平滑,厚度较薄;第2层松散粗糙,厚度较厚。水口堵塞的形成机理为,耐材插入钢液一段时间内,因温度升高,耐材表面区域的SiO₂、Al₂O₃与C反应生成的SiO、Al₂O气体向钢液扩散,在耐材表面分别与钢液中的[Al]、耐材中的SiO₂反应生成Al₂O₃;耐材棒表面的SiO_2<...     

稀土钇和铈对321不锈钢中钛类夹杂物的改性作用

通过在321不锈钢熔炼过程中分别添加不同含量的稀土元素钇(Y)和铈(Ce),研究321不锈钢中钛类夹杂物的热力学特征,考察了稀土元素种类及含量对钢中钛类夹杂物成分及形貌的影响。结果表明,未添加稀土元素时,321钢液中典型夹杂物为Ti N和以Al₂O₃为核心的Al₂O₃-Ti N复合夹杂物。向钢液中添加稀土元素,当Y添加量为5.0×10^-6(质量分数,下同)时,钢液中的典型夹杂物为Al₂O₃-Y₂O₃和部分未被改性的Al-O复合夹杂物,随着Y元素含量增加,Al₂O₃夹杂物被逐渐改性为含钇氧化物,当Y添加量为4.7×10^-5时,钢液中的典型夹杂物为Y₂O₃-Ti N复合夹杂物;当Ce添加量为5.0×10^-6时,钢液中的夹杂物主要有Ce-O、Ce-Al-O类夹杂物,A...     

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。     

Fe-Mn-Al-C低密度钢中的脱氧合金化夹杂物

为了研究Fe-Mn-Al-C低密度钢脱氧合金化夹杂物的生成及机理,采用Si、Mn、Al进行脱氧合金化,通过场发射扫描电子显微镜结合夹杂物自动分析系统对Fe-Mn-Al-C低密度钢样品中的夹杂物进行观察。结果显示,Fe-Mn-Al-C低密度钢中夹杂物主要分为6类,即单颗粒Al₂O₃夹杂物、单颗粒MnS夹杂物、单颗粒AlN夹杂物、Al₂O₃-MnS复合夹杂物、AlN-MnS复合夹杂物、Al₂O₃-AlN-MnS复合夹杂物。单颗粒的Al₂O₃、MnS、AlN夹杂物的数量相对较多,夹杂物尺寸以小于5μm为主。热力学计算发现Al₂O₃在脱氧合金化时生成,AlN在固相分数为0.844时开始析出,而MnS在完全凝固后的固相钢中开始析出。不同夹杂物间的二维晶格错配度计算结果显示,MnS(110)/Al₂O₃(001)、AlN(001)/Al<...     

超低碳钢中Al?Ti?O夹杂物的形貌演变和生成机理

对超低碳IF钢钛合金化后的非金属夹杂物进行了分析,研究发现钛合金化后的夹杂物主要为Al₂O₃和Al?Ti?O夹杂物,没有发现纯TiO_x夹杂物。钢中生成的Al?Ti?O复合夹杂物从形貌上均可分为七种类型,四种具有Al₂O₃外层,另外三种无Al₂O₃外层。钛合金化后,钢中瞬态生成了大量无Al₂O₃外层的Al?Ti?O夹杂物,随后夹杂物表面生成Al₂O₃外层,导致有Al₂O₃外层的Al?Ti?O夹杂物数量比例逐渐增加至78.0%。热力学计算结果表明,随着钢中钛含量的增加,夹杂物的转变顺序为固态Al₂O₃→液态Al?Ti?O→固态Ti₂O₃。确定了Al?Ti?O夹杂物的生成机理过程分为两步:精炼过程钛合金化后,当钢液局部区域的钛的质量分数高于0.42%时,[Ti]与钢液反应瞬态生成Al₂O₃?TiO_x或TiO_x;随着精炼过程中钛元素的混匀,含TiO_x夹杂物被钢中[Al]还原,Al₂O₃?TiO_x和TiO_x夹杂物逐渐转变,在夹杂物表面生成Al₂O₃。      

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。     

超低碳钢精炼过程中Fe-Al-Ti-O类复合氧化物夹杂的演变与控制

超低碳钢是一种重要的汽车用钢材料, 钢中通常添加钛元素, 使其形成析出物, 提高钢材的深冲性.然而钛元素作为一种脱氧能力较强的元素, 进入钢液中通常首先形成氧化物.为了减少含钛氧化物夹杂的生成, 基于"转炉-RH-连铸"的超低碳钢生产流程, 对RH精炼过程进行系统取样, 分析了铝脱氧剂加入后及合金化元素钛加入后的氧、氮气体含量变化及夹杂物特征变化, 并使用FactSage热力学计算软件对Fe-Al-Ti-O夹杂物稳定相图进行计算.研究结果显示, 含钛类氧化物夹杂通常以Al₂O₃类夹杂物作为形核质点, 对其形成包裹状夹杂物.若避免含Ti夹杂物的生成, 当钢中Ti质量分数为0.1%时, 钢中溶解Al质量分数应在0.01%以上.对含钛氧化物的生成及长大流程进行研究, 通过对Al₂O₃夹杂物及Ti₂O₃夹杂物粗化率的计算及附着功的比较可知, Ti₂O₃夹杂物在1600℃时的熟化生长速率较Al₂O₃较大且Ti₂O₃夹杂物与Al₂O₃夹杂物相比不容易相互碰撞融合并从钢液中去除.若提高精炼过程中的氧化物夹杂物去除率, 应严格控制含钛氧化物类夹杂物的生成.      

长水口吹氩生成微小气泡工业实验研究

在连铸生产中采用大流量长水口吹氩,并采用“冷钢片沾钢法”沾取中间包钢液试样,成功沾取了中间包钢液中微小氩气泡。冷钢片沾样表面气泡为中间包上部钢/渣界面和炉渣中氩气泡,尺寸主要位于1.0~3.0 mm,但该尺寸不能反映中间包钢液内部长水口吹氩生成气泡,冷钢片沾样内部气泡为钢液内部长水口吹氩生成的气泡。结合扫描电镜和共聚焦显微镜对沾取试样内部气泡形貌、尺寸和数量进行了分析,结果表明大部分气泡为独立圆形气泡,偶见少量粘连和聚合气泡;钢液内部氩气泡尺寸主要位于100~1000 μm,平均尺寸为500 μm左右;气泡在长水口出口及其下方较为弥散,气泡数量可达15.2 cm?2。采用扫描电镜结合能谱分析,发现部分气泡内粘附有夹杂物,有些气泡粘附多个夹杂物;气泡粘附Al₂O₃夹杂物的几率高于粘附CaO(?MgO)?Al₂O₃?SiO₂复合夹杂物的几率。      

20CrMnTiH齿轮钢在BOF-LF-RH-CC流程中的夹杂物演变

某厂生产的20CrMnTiH齿轮钢在冶炼过程中产生大量的CaS类夹杂物,影响了铸坯质量。为研究20CrMnTiH齿轮钢氧化物夹杂的演变规律,提出合理的钙处理工艺,以减少CaS类夹杂物的析出,对某厂BOF-LF-RH-CC流程生产的20CrMnTiH齿轮钢进行精炼全过程的取样,并通过电镜、夹杂物自动扫描分析系统结合热力学计算,研究了氧化物夹杂的演变规律及机理。研究结果表明,在LF精炼后期的喂硫线工序,钢液存在二次氧化现象;精炼过程氧化物夹杂的演变规律为,纯Al₂O₃夹杂物→镁铝尖晶石和部分Al₂O₃-MgO-CaO复合夹杂物→钙处理后转变为Al₂O₃-MgO-CaO和Al₂O₃-CaO复合夹杂物→喂硫线后产生大量Al₂O₃-MgO-CaO-CaS和Al₂O₃-CaO-CaS类复合夹杂物。通过试验及热力学计算发现,现阶段的钙处理过...     

GCr15轴承钢连铸过程MgO·Al2O3夹杂物形成机理

为了研究GCr15轴承钢浇铸过程MgO·Al₂O₃夹杂物形成原因，以改善钢的可浇性，对LF结束、RH结束、中间包冲击区、中间包浇铸区进行夹杂物全流程分析。LF结束夹杂物主要为镁铝尖晶石，并含有少量钙铝酸盐夹杂物。RH真空处理后镁铝尖晶石夹杂物被高效化去除，钢液中仅剩少量低熔点和高熔点钙铝酸盐夹杂物，中间包浇铸时可以在钢液中检测到许多MgO·Al₂O₃夹杂物。采用不含氧化镁的中间包覆盖剂和铝质中间包内衬，在不改变连铸其他工艺参数条件下，中间包MgO·Al₂O₃夹杂物数量并没有得到显著降低，中间包钢液中仍然可以检测到许多MgO·Al₂O₃夹杂物，这说明中间包钢-渣-耐火材料间的反应并不是MgO·Al₂O₃夹杂物的生成原因。向铁质提桶取样器中加入成分以SiO₂、Cr₂O₃、Fe₂O     

二次氧化过程IF钢中间包中夹杂物演变行为

 为了研究中间包二次氧化对IF钢洁净度的影响,针对中间包连铸过程不同时刻IF 钢钢液成分和夹杂物的性质进行系统的检测分析,结合热力学计算,揭示IF钢二次氧化过程中夹杂物的演变机理。发现开浇过程中的二次氧化主要是由于吸收空气造成的,使得夹杂物中的Al₂O₃夹杂物质量分数增加。这些增加的Al₂O₃一部分是均质形核导致钢中生成了更多小尺寸的Al₂O₃夹杂物;另一部分是非均质形核导致原来的Al₂O₃-TiO_x复合夹杂物表面形成了一层纯的Al₂O₃层,同时使得夹杂物尺寸变大。     

20CrMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变

为了进一步研究20CrMo合金钢在生产过程中夹杂物的演变机理,实现对钢中非金属夹杂物的合理控制,保证生产顺行,提高产品力学性能,针对“BOF→LF→RH→钙处理→连铸→热轧”工序生产20CrMo合金钢全流程中非金属夹杂物的演变规律进行了研究。在LF精炼及RH精炼加钙前钢中非金属夹杂物含有70%以上的Al₂O₃。钙处理后,由于过量的钙加入到钢液中,夹杂物中CaS质量分数迅速增加至59%,Al₂O₃质量分数降低至21%。在连铸过程中由于二次氧化的发生,夹杂物转变为CaO?Al₂O₃,其中含有50%的Al₂O₃、39%的CaO和10%的CaS,并且夹杂物平均尺寸增加。在钢的冷却和凝固过程中,CaO质量分数降低至5%,CaS质量分数增加至57%,钢中夹杂物转变为Al₂O₃?CaO?CaS的复合夹杂物,同时含有少量大尺寸的CaO?Al₂O₃夹杂物。在钢的轧制过程中,夹杂物中CaO含量进一步降低,CaS含量增加,夹杂物平均尺寸增加,形成了CaO?Al₂O₃与CaS黏结型的复合夹杂物与Al₂O₃?CaS复合夹杂物。对CaO-Al₂O₃与CaS黏结型的复合夹杂物的形成原因进行了讨论。      

轴承钢二次精炼过程夹杂物演变规律

 研究了轴承钢LF精炼和RH真空处理过程各类夹杂物的成分、种类和数量变化,并结合热力学模拟计算了夹杂物与钢液的界面参数,并对试验结果进行分析讨论。夹杂物分析结果表明,精炼25 min后,脱氧产物Al₂O₃消失,钢中夹杂物以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。继续精炼65 min至LF精炼结束,钢中夹杂物仍以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。RH真空处理25 min后,钢中夹杂物总数量较LF精炼结束降低75%,其中,纯尖晶石和含少量CaO的尖晶石去除率分别为99.5%和93.2%,CaO·2Al₂O₃去除率为67%。RH破空后钢中夹杂物以液态钙铝酸盐CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃为主。精炼过程尖晶石类夹杂物尺寸集中在10 μm以下,尺寸大于20 μm夹杂物主要为处于液相区的钙铝酸盐,这些钙铝酸盐在LF精炼前期就已经存在。与钢水接触角大于90°的固态夹杂物纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石和CaO·2Al₂O₃在RH真空处理过程容易去除,与钢水接触角小于90°的液态夹杂物CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃不易去除。因此,将LF精炼结束的夹杂物控制为固态夹杂物有利于RH真空处理过程夹杂物的高效去除。热力学计算结果表明,当钢中w(T[O])为0.001 0%、w([Mg])大于0.000 18%时,脱氧产物Al₂O₃热力学上就不能稳定存在。铝脱氧、高碱度渣精炼条件下很难稳定地获得固态Al₂O₃夹杂物。为获得完全固态尖晶石或高熔点钙铝酸盐夹杂物,钢中w([Ca])需控制在0.000 1%以内。钢中w([Ca])大于0.000 2%,就具备生成液态夹杂物的热力学条件。     

管线钢中液态和固态夹杂物去除率对比

为了比较液态和固态夹杂物的去除率，对比了管线钢冶炼过程中常见的四类典型夹杂物Al₂O₃、MgO-Al₂O₃、CaO-Al₂O₃-CaS、CaO-Al₂O₃在RH真空处理中的去除率。研究结果表明，钢液中的固态夹杂物比液态夹杂物更容易去除。为了得到液态夹杂物不易去除的原因，采用高温激光共聚焦扫描显微镜原位观察了CaO-Al₂O₃夹杂物在1 600℃钢液中的行为。结果表明，该类夹杂物不易发生聚合长大，随着温度的降低，夹杂物的尺寸进一步增加，其后被凝固基体捕捉。铸坯中大于等于20μm的CaO-Al₂O₃类夹杂物经轧制后延展就可以造成热轧板中大尺寸夹杂物超标。     

37Mn5钢精炼过程大尺寸Al2O3-SiO2-MnO类夹杂物形成与演变机理

为探究37Mn5钢精炼过程尺寸在10μm以上的大尺寸Al₂O₃-SiO₂-MnO类夹杂物的形成与演变机理,在实际“EAF→LF→VD→钙处理→CC”工艺生产37Mn5钢的精炼全流程进行系统取样,检测了钢液成分并重点分析了不同冶炼阶段大尺寸Al₂O₃-SiO₂-MnO类夹杂物的形貌和成分特征,结合实际生产工艺与热力学计算,揭示了这类夹杂物的演变规律。研究结果表明：由于出钢过程局部钢液Al含量低而O含量高,大尺寸Al₂O₃-SiO₂-MnO夹杂物形成;LF精炼初期,局部Ca含量增加形成Al₂O₃-SiO₂-MnO-CaO夹杂物;LF精炼中期以后Ti含量增加会变性前期形成的这两类夹杂物,形成含TiO_x的夹杂物,随着冶炼的进行,Ti元素在夹杂物中分布逐渐均匀;VD后钙处理量不足导致夹杂物变性效果不理想,对大尺寸夹...     

稀土对高强车轮钢夹杂物赋存特征的影响研究

结合高温模拟实验和热力学分析,探讨了稀土对高强车轮钢中夹杂物类型及尺寸分布的影响,并与传统的钙处理钢进行了对比。研究结果表明,铝脱氧车轮钢经钙处理后夹杂物主要为Al₂O₃、MnS、(Mn, Ca)S和CaO-Al₂O₃以及Al₂O₃-(Mn, Ca)S和CaO-Al₂O₃-CaS包裹型复合夹杂物;与钙处理钢对比,车轮钢经稀土处理后,钢中Al₂O₃夹杂物数量减少,MnS和(Ca, Mn)S夹杂物消失,生成了近球形的Ce₂O₂S、Ce₂O₃夹杂,夹杂物尺寸显著减小;随稀土含量的增加[w(Ce)=0.0160%～0.0250%],不大于5μm的夹杂物数量占比由91.0%提升至99.8%,稀土细化夹杂物效果显著。热力学分析表明：在1600℃条件下,随着车轮钢中w(Ce)由0增加至0.0300...