钙处理对20CrMnTiH齿轮钢中非金属夹杂物的影响

铝脱氧齿轮钢中易生成大量的高熔点Al₂O₃类夹杂物,容易导致水口结瘤及钢材性能恶化,目前较常采用钙处理将钢中高熔点的Al₂O₃类夹杂物改性为低熔点的钙铝酸盐类夹杂物。合理的钙处理可以减轻水口结瘤并提高连铸过程钢液的可浇性,工业试验研究了喂钙前钢液中T.Ca含量、喂钙速度、喂钙量、净空高度及渣厚等参数对齿轮钢中钙收得率的影响,并在1.5 m·s?1的喂钙速度条件下研究了不同喂钙量对钙处理过程中齿轮钢中非金属夹杂物改性的影响。研究结果表明,当喂钙前钢液中T.Ca的质量分数小于10×10?6,喂钙速度为1.5 m·s?1,适当降低喂钙量和净空高度和渣厚,钢液中钙收得率均高于20%。当钢液中T.Ca的质量分数高于17×10?6时,钢中生成大量高熔点CaS型夹杂物,三元相图中夹杂物的平均质量分数远离液相区。随着齿轮钢中T.Ca含量的增加,夹杂物的平均尺寸和数密度逐渐增加。热力学计算结果与工业试验钙处理对钢中非金属夹杂物改性效果具有较好的一致性。      

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。     

钙处理含硫20CrMo齿轮钢夹杂物析出研究

通过热力学计算控制钢中喂钙量,把钙处理20CrMo钢中Al2O3变性为低熔点的12CaO·7Al2O3上浮去除,从而使钢中夹杂物满足评级要求;并用Thermo-Calc软件模拟钢液凝固过程中CA6、CA、CA2钙铝酸盐及MnS夹杂物的析出情况.用SEM对轧材中纺锤状夹杂物进行分析,少量夹杂物内核颜色较深,为Al2O3、CaS等夹杂,外层包裹的夹杂颜色较浅,为MnS夹杂.说明凝固过程中钢液中先析出的Al2O3、CaS等复合夹杂可以被后析出的MnS捕获作为其核心.     

铝镇静钢中夹杂物钙处理改性及其影响因素

 钙处理广泛应用于铝镇静钢中非金属夹杂物的改性,但在工业实践中的改性效果差别很大。为了探究钙处理效果差异的原因,通过工业试验和热力学计算研究了铝镇静钢钙处理前后非金属夹杂物的演变,并讨论了钙处理改性夹杂物的影响因素。结果表明,浇铸末期钢液中的T[O]和T[N]质量分数分别为0.002 9%和0.003 9%。精炼前期钢中夹杂物Al₂O₃质量分数达90%以上,钙处理后,钢液中钙质量分数快速增加至0.002 5%,同时夹杂物中CaO质量分数由钙处理前的4%迅速增加到23%,Al₂O₃质量分数由钙处理前的82%降低至70%,夹杂物由团簇状Al₂O₃转变为球形的Al₂O₃-CaO复合夹杂物,夹杂物平均成分靠近液相区。由于二次氧化,浇铸时钢中的T[O]和T[N]含量升高,夹杂物的尺寸和数密度增加,因此,需要加强钢液的保护浇铸。在连铸与轧制过程中,夹杂物中CaO质量分数由中间包中的20%增加至轧材中的37%,Al₂O₃质量分数由中间包内的77%降低至56%,夹杂物的平均成分向液相区移动,但夹杂物类型不发生改变,仍为球形的钙铝酸盐。通过热力学计算得到本研究中试验钢种夹杂物“液态窗口”对应的钙质量分数为0.001 1%～0.002 8%,此外钢液成分对钙处理的“液态窗口”影响很大。随着钢液中T[O]含量升高,“液态窗口”变宽,但所需喂钙量增加;随着钢液中T[S]含量增加,“液态窗口”变窄;钢液中的T[Al]含量对“液态窗口”无明显影响。     

钙处理钢中大型球状及棒状夹杂的成因

 大型夹杂物对钢材的加工性能、力学性能和耐腐蚀性能等产生十分有害的影响。用电解萃取法研究了钙处理钢中大型球状/棒状夹杂物的性质,通过对大型球状/棒状夹杂物形貌的扫描电镜观察和元素成分能谱分析,指出钢中的大型球状/棒状夹杂起源于呈团簇状的铝脱氧产物Al₂O₃。大量小颗粒Al₂O₃夹杂组成尺寸较大的夹杂团簇,在钢包内复杂流场作用下形成球状或棒状。钢液在钙处理过程中,变性充分的夹杂物形成了低熔点的铝酸钙,在钢液凝固后形成致密的球状夹杂物;变性不充分的夹杂外形仍然保留Al₂O₃夹杂颗粒形貌。钙处理使Al₂O₃夹杂变性所需的w([Ca])/w([Al])主要受钢液中硫质量分数影响。铝酸钙对钢液中的硫有较强的吸收溶解能力,在浇铸过程中,随着钢液温度下降,铝酸钙吸收的硫以CaS夹杂形式从基体中饱和析出。     

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。     

洁净钢精炼钙处理技术探析

结合国内外的研究成果和作者的研究实践，介绍了钙的物理化学性质、钙处理变性原理和相关热力学数据以及存在的问题，探讨了洁净钢钙处理实施的新策略，并推荐了钙处理的控制标准。由于精炼过程钢中的夹杂物发生了演变，钙处理的实际对象从最初的铝脱氧产物(Al₂O₃夹杂物)变为其演变产物(包括MgO·Al₂O₃夹杂物和CaO-Al₂O₃-MgO系夹杂物等);虽然钙处理技术可以控制钢中夹杂物的形态，改善钢液的可浇性，但易影响夹杂物的去除效率，增加大型夹杂物出现的频率，还会使钢液发生二次氧化，加剧耐火材料侵蚀，因此钙处理多数是会污染钢液的；如果没有夹杂物变性的特殊要求且不存在可浇性问题，建议不对钢液进行钙处理，如确实需要也应尽量少添加钙，且宜在精炼结束之后再进行；钢中溶解钙的精确测量仍是难题，钙相关热力学数据也有较大的偏差，而且钙收得率不稳定，因而钙处理目前很难做到精准控制，而w(T[Ca])/w(T[O])控制标准避免了溶解钙的测量，也不涉及热力学数据，可参照w(T[Ca])...     

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-SiO_2、CaO-Al_2O_3-SiO_2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Al_2O_3、SiO_2及铝酸钙类夹杂物。钙处理钢中形成的液态3CaO·Al_2O_3、MgO·SiO_2和Al_2O_3夹杂物被精炼渣吸收,改性去除了钢中大尺寸Al_2O_3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Al_2O_3-SiO_2类夹杂。硫化物在MgO-SiO_2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。     

钙处理对无取向硅钢总氧含量的影响

在RH破真空后,往钢液中喂硅钙线,通过比较喂钙前后钢液中T．O、N以及夹杂物尺寸、数量的变化,来研究钙处理对无取向硅钢总氧含量的影响。热力学计算表明无取向硅钢中由于铝含量较高,钢中自由氧含量低,钢中总氧含量基本可以代表钢中氧化夹杂物的含量。钙处理可以明显降低无取向硅钢的总氧含量,这主要是由于钙处理会使钢液中夹杂物变性长大,密度减小,从而有利于夹杂物的上浮去除。     

钙处理对钢中非金属夹杂物变性效果分析

从VD钙处理前后非金属夹杂物的组成及尺寸的变化、钢中氧化物与硫化物夹杂变性效果的角度,对某钢厂管线钢的钙处理效果进行了研究.结果发现:经过VD钙处理后,钢水中的非金属夹杂物的尺寸进一步降低,夹杂物的类型也有所变化,脆性Al2O3夹杂与沿晶界分布的有害的MnS夹杂都得到不同程度的变性,但钢中的氧化物及硫化物夹杂均没有达到完全变性的要求.     

Ce-La合金化处理对取向硅钢夹杂物特征的影响

 为了研究稀土处理对取向硅钢中夹杂物特征的影响,借助FE-SEM/EDS和图像分析软件分析了稀土处理前后热轧取向硅钢夹杂物的成分、形貌、尺寸和数量并解明了影响机理。研究结果表明,未添加稀土的试验钢中,典型的夹杂物为形貌不规则的MnS-AlN复合夹杂物以及片状或条状的AlN夹杂物;添加稀土后,夹杂物则以球状或椭球状的CeS-LaS、CeS-LaS-AlN、Ce₂O₂S-La₂O₂S复合夹杂物和AlN夹杂物为主。稀土处理有效改善了夹杂物形貌,特别是大尺寸氮硫化物的形貌特征,未检测到MnS类夹杂物。尽管加入较多的稀土后夹杂物数量增加,大于5 μm夹杂物的平均尺寸增大量明显(增大0.89 μm),但整体夹杂物的平均尺寸仅增大了0.40 μm。由于稀土的脱硫作用,且稀土硫化物与AlN晶格常数差异大,钢中氮硫化物的数量密度和面积分数降低。稀土降低了AlN在钢中的平衡溶度积,使AlN夹杂物提前析出,导致AlN夹杂物数量增多,且先析出的AlN出现一定程度的长大。稀土对MnS在凝固前沿的析出有抑制作用,有利于热轧和常化过程析出更多用作抑制剂的MnS和AlN。在充分脱氧的取向硅钢中适当降低钢中酸溶铝含量,调整稀土在钢中的用量,在不增加钢中大尺寸夹杂物含量的前提下,发挥MnS、AlN抑制剂作用和Ce-La合金化作用。此外,通过稀土处理控制钢中夹杂物形貌特征,将有望达到改善钢的热轧组织和轧制加工性能的目的。     

钙处理中间产物的形成及其对氧化铝夹杂的改性

通过观测钙处理前后夹杂物形貌和成分的变化,对钙处理效果、中间产物的形成及不同中间产物对氧化铝夹杂的改性路径进行了研究.结果表明,钙处理可将钢液中不规则固态夹杂改性为球形液态夹杂,并且各炉次夹杂物的改性程度不同.热力学分析表明,Als和S含量越高,氧化铝夹杂改性为液态的难度越大.钙处理后的短时间内,Ca S和CaO作为中间产物存在.通过建立中间产物生成的动力学模型,确定了生成不同中间产物的临界硫质量分数为11.1×10-6（钢液中溶解氧质量分数为4×10-6）.由该模型结合结果分析,推断出不同中间产物对氧化铝的改性路径.      

中碳钢钙处理夹杂物变性的“液相窗口”控制模型

 系统研究了国内某钢厂生产的中碳钢Q345B钙处理前后夹杂物类型的变化,从热力学上分析铝脱氧钢中Al2O3夹杂物变性机制及夹杂物中CaS合理控制的条件,确立了夹杂物变性的“液相窗口”模型。热力学计算表明,温度为1873K,w(［Al］)为0.016%时,Al2O3转变为液态钙铝酸盐需要使钢中w(［Ca］)为0.0017%~0.0102%。生产实践表明,钙喂入量在0.0014%~0.0017%时,钙处理可以将钢中高熔点Al2O3的夹杂物转化为低熔点的12CaO·7Al2O3和CaO·Al2O3夹杂物,MnS基本转化为CaS,且无单独CaS析出。     

稀土-镁复合处理对GCr15轴承钢中夹杂物的影响

为了尽可能的去除钢中大颗粒的夹杂物, 在实验条件下通过向GCr15轴承钢中添加适量镁、稀土对夹杂物进行改性, 并利用Aspex夹杂物自动分析仪和扫描电镜对钢中改性后的夹杂物尺寸、类型、形貌等进行了观察、分析, 研究了稀土-镁复合处理对夹杂物的影响规律.研究结果表明, 对轴承钢中加入微量镁处理, 可将未进行镁处理钢中的MnS-Al₂O₃、MnS、Al₂O₃夹杂改性为以含硫、镁复合夹杂物为主, 同时包含少量Al₂O₃、镁铝尖晶石夹杂.进一步采用稀土-镁复合处理后, 钢中的夹杂物转变为主要以含Re-S-O夹杂物为主, Al₂O₃、MnS、镁铝尖晶石夹杂逐步消失, 且夹杂物成球状分布, 绝大多数夹杂物在5 μm以下.稀土-镁复合处理轴承钢后, 10 μm以上的大颗粒夹杂物大大降低, 钢中的夹杂物明显得到细化.钢中镁含量不变时, 随着稀土含量的增加, 大颗粒夹杂物比例明显下降.而在稀土含量相近的情况下, 增加钢中的镁含量也有利于大颗粒夹杂物的去除.稀土-镁的相互作用进一步促进了夹杂物的细化.      

热轧车轮钢钙处理后的硫化物夹杂形态

本文研究了钢种为X的热轧车轮钢进行钙处理后的硫化物类夹杂物形态,试样从钢种为X的热轧产品中提取。检查了不同疏含量炉次中的长条形硫化物夹杂物的尺寸和分布,当钢中硫含量小于50×10~(-6)时,很少或基本观察不到长条形硫化物夹杂物。当硫含量高于或等于70×10~(-6),并且Ca/s比小于0.5时,钢中硫化物夹杂物尺寸和数量明显增加。然后在硫含量高于50×10~(-6)的炉次中,研究了添加钛(0.01%~0.02%)对硫化物类夹杂物形态的影响。研究发现:在实际炼钢条件下,添加钛对减少硫化物类夹杂物的尺寸有部分影响。     

钙处理钛合金化钢中TiN析出行为

采用扫描电镜/能谱仪表征高强度结构钢中夹杂物的特征,考察了钛合金化及钙处理对钢中夹杂物组成的影响,探讨了氧化物对TiN析出行为及其对微观组织的影响。结果表明,钛合金化后钢中的夹杂物多为球形或多边形的Al-Ti-Mg-O系,钙处理能有效球化钢中的夹杂物和还原夹杂物中的TiOx,还原的Ti逐渐向夹杂物表层扩散积聚,促进了TiN在复合氧化物表面局部析出。钢中细小氧化物及氮化物的数量随Ti含量增加而增加,因此,钙处理较高Ti含量钢有助于促进细小的复合氧化物+TiN夹杂物的形成,并延迟凝固过程中TiN均质形核时间,细化TiN颗粒的尺寸。2~3μm的TiN不仅能诱导多边形铁素体析出,也能诱导针状铁素体析出。TiN及MnS在复合氧化物表面局部析出有助于互锁的针状铁素体诱导析出。     

钢液Ca含量控制对Ds夹杂物的影响研究

分析研究了某公司生产的GCr15钢、45钢钢液Ca含量对Ds夹杂物的影响。研究了GCr15钢、45钢在LF精炼过程加入含Ca硅铁合金,钢液增Ca质量分数约(4～5)×10^-6。控制硅铁合金在BOF出钢时加入,同时取消Ca处理,可控制中包钢液w(Ca)≤3×10^-6。GCr15钢、45钢控制硅铁合金全部在BOF出钢过程加入,LF结束时夹杂物均主要为MgO·Al₂O₃;控制硅铁合金全部在LF精炼过程加入,LF结束时夹杂物主要为CaO-Al₂O₃和MgO·Al₂O₃。随钢液Ca含量增加,轧材Ds夹杂物数量密度正比例增加;钢液Ca含量增加,Ds夹杂物极值尺寸并未明显增加。分析了多组不同钢种钢液Ca含量同轧材Ds夹杂物的关系,随钢液Ca含量增加,Ds夹杂物数量密度及极值尺寸均呈增加的趋势,但Ca含量降低Ds夹杂物极值尺寸并非必然降低。控制钢液Ca含量只能减少Ds类夹杂物的数量,但Ds夹杂物尺寸仍不能得到有效控制。     

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。     

钢液成分对钙处理夹杂物改性效果的影响

钙处理是解决铝镇静钢水口结瘤问题的常用手段。通过热力学计算和工业试验研究了钢液成分对钙处理夹杂物改性效果的影响。FactSage热力学计算表明,在一定温度下,钙处理夹杂物改性效果与钢液中氧、硫相对含量密切相关。氧含量一定时,一定范围内的硫含量越高,平衡时夹杂物能达到的最大液相率越小,喂钙量的工艺窗口越窄;硫含量一定时,一定范围内的氧含量越高,平衡时夹杂物能达到的最大液相率越大。工业试验中,对中间包取样,低氧高硫炉次钢中典型夹杂物主要相是高熔点镁铝尖晶石和CaS复合夹杂物,高氧低硫炉次钢中典型夹杂物主要相是低熔点钙铝酸盐。工业试验分析结果与理论计算的趋势一致。     

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...