关于钢用铝脱氧的再认识

铝脱氧效率高而且成本较低,因此钢用铝脱氧是目前使用最广泛的脱氧广泛,但是,铝脱氧的反应产物及残留在钢中的铝常引起热钢的蠕变脆性,降低钢的高温强度。另外,氧化铝还是疲劳裂纹的形核核心,致命轴承钢、钢轨钢和车轮钢的疲劳抗力降低。鉴于铝脱氧对钢性能的损害,必须重新认识钢用铝脱氧的问题,近年来,应用复合氧剂对钢脱氧的研究表明复合脱氧剂可使钢性能得到改善。     

Mg-Al-Ti系氧化物冶金工艺夹杂物控制的热力学分析

开展低铝含量海工钢氧化物冶金研究,扩大海工钢成分调整范围,促进诱导针状铁素体形核的有效夹杂物生成,对改善大线能量焊接热影响区韧性具有重要应用潜力。以EH420钢为研究对象,利用FactSage热力学软件,进行钢液-夹杂物平衡热力学计算,系统分析了Mg-Al-Ti脱氧体系与氧含量耦合变化对钢中夹杂物析出类型、析出条件、析出量的影响,并设计试验进行验证,为实际大线能量焊接用EH420海工钢的目标夹杂物控制提供理论指导。结果表明,控制钢中Mg、Al、Ti含量分别在0.002 0%水平、0.008 0%～0.010%、0.010%～0.020%时,当T.O.含量在0.003 0%水平,析出Mg-Al-Ti-O复合夹杂物+MgO夹杂物;当T.O.含量在0.006 0%水平时,单独析出Mg-Al-Ti-O复合夹杂物。     

钢帘线用高碳钢(82B)氧化物夹杂控制热力学

用热力学方法预测了高碳帘线钢 (82B)中强脱氧元素的含量与各阶段脱氧产物组成之间的关系。指出在合金化阶段当钢中w ([Al]) <3× 10 - 6 时 ,一次脱氧产物为具有良好变形能力的锰铝榴石 ,相应的一次脱氧产物析出量小于 10 %。钢液在冷却和凝固阶段析出的脱氧产物组成决定于钢液中钙和铝的相对含量 ,控制钢液中w ([Al]) <3.5× 10 - 6 就可避免析出Al2 O3。这时的二、三次脱氧产物组成随钢液中钙含量的高低可分别为假硅灰石、钙斜长石或莫来石。     

锆、铝脱氧对钢中硫化物生成行为的影响

通过真空感应炉试验研究了锆、铝脱氧对含硫易切削非调质钢中硫化物生成行为的影响,研究结果表明,在铝脱氧钢中硫化物大多呈沿晶群聚状分布(大多呈扇形或链状分布),是典型的Ⅱ类硫化物,单位面积硫化物的数量较多,尺寸较小,小于2.5 μm的数量较多,大颗粒夹杂数量较少;在锆脱氧钢中硫化物主要也是沿晶的Ⅱ类硫化物,同时也有一些晶内分布的Ⅲ类硫化物,其分布与铝脱氧钢相比有较大改善,单位面积硫化物的数量减少,尺寸增大,大于5μm的数量增多;根据非均质形核理论,(001)MnS//(001)ZrO2的点阵错配度为3.0,而(111)MnS//(0001)Al2O3的点阵错配度为26.9,凝固过程中ZrO2作为硫化物形核核心的效率明显要高于Al2O3,向钢中加入锆,非均质形核的MnS数量增多,使得一部分MnS在较高的温度下分离析出,硫化物的总数减少、尺寸增大、分布从扇形向链形转变,改善了硫化物分布.     

Ti-Mg复合脱氧钢中夹杂物细化机制

为了探讨钢中细小夹杂物的形成机制,采用扫描电镜和能谱仪表征了钢中夹杂物的形貌、尺寸、成分及数量,理论计算了脱氧产物的生成优势区图,讨论了夹杂物长大的影响因素.钢中夹杂物的组成以MgO-Al₂O₃-TiO_x为核心,表面包裹析出MnS,钢液中未发现单独的Al₂O₃和TiO_x夹杂;夹杂物的形貌为近球形,平均尺寸为1μm左右,数量在1000 mm-2以上.镁含量较高的钢中含有少量以MgO-Al₂O₃和MgO为核心的夹杂物,不利于夹杂物的球形化,镁含量宜控制在50×10-6以下.镁的脱氧能力强,形核临界尺寸小、形核数量多以及钢液中镁、铝和钛复合脱氧的高熔点产物的特性有效地控制了钢中夹杂物的扩散与碰撞长大趋势.      

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。     

不同铝含量的脱氧剂对钢液洁净度的影响

铝具备较强的脱氧能力,被广泛应用于炼钢过程中钢液的脱氧。然而铝脱氧产生的高熔点、大尺寸Al₂O₃夹杂物不仅会严重降低钢液的洁净度、恶化钢材韧性和疲劳寿命,还容易造成水口结瘤,影响连铸工艺的顺行。考虑到局部过饱和度对夹杂物的形核和长大等有着重要的影响,采用纯铝和Fe-30%Al合金(质量分数)对钢液进行脱氧,且实际加入的铝量保持一致,通过对不同脱氧时间(30、60 s)的钢液成分和夹杂物特征进行分析,研究了不同铝含量的合金对钢液洁净度的影响。结果表明,相较于纯铝脱氧,Fe-30%Al合金在相同时间节点下脱氧效果更好,合金中铝元素溶解速度更慢。此外,在目前试验条件下使用纯铝脱氧的钢样中夹杂物尺寸可达到9μm,而使用Fe-30%Al合金脱氧的夹杂物尺寸最大只有4μm。采用纯铝脱氧60 s后钢中夹杂物平均尺寸为Fe-30%Al合金脱氧的1.35倍,且单位面积夹杂物数量多了23%。两种合金在脱氧过程中残留在钢液中的夹杂物均以多面体夹杂为主,并有少量碰撞聚集形成的松散型团簇状夹杂。使用Fe-30%Al合金脱氧比纯铝脱氧更有利于钢液洁净度的提高,这取决于两...     

低硫微合金钢中MnS析出及晶内铁素体形成研究

采用真空感应炉冶炼Al-Si-Mn-Ti复合脱氧的低硫微合金钢,通过热力学计算对钢液凝固过程中Mn S析出规律进行分析,运用带X射线能谱分析仪的场发射扫描电镜对夹杂物形貌、尺寸和成分以及Mn S在复合氧化物上的析出形态进行分析。结果表明:Mn S的析出主要受液相中Mn、S含量和液相温度控制。Mn-Si,Mn-Ti,Al-Mn-Ti,Al-Mn-Si复合氧化物都能作Mn S析出的核心,Mn S在硅锰氧化物表面呈镶嵌状析出,在钛锰氧化物表面呈包裹状析出,还可溶解在铝钛锰和铝硅锰氧化物的内部。诱发IGF形核的复合夹杂物尺寸为2~3μm。     

V-N微合金化CSP带钢中的析出物研究

利用Gleeble 1500D热力模拟实验机,在实验室模拟了V-N微合金化CSP钢带的生产过程.实验结果显示,在连铸初期,TiN基本全部从钢中析出,而随着铸坯温度的降低,V开始以TiN为核心或单独形核析出,在铸坯均热后,大部分单独形核的V(C,N)趋于溶解,未溶解的则开始长大,而以TiN为核心的(Ti,V)(C,N)中的V部分溶解于钢中,V在粒子中的含量减少.在CSP连轧中,V(C,N)不断从钢中析出,全部析出物起阻碍奥氏体晶粒长大的作用,而含V颗粒还促进铁素体的形核,提高奥氏体/铁素体相变比率,细化最终的铁素体组织.     

低铝硅铁与炼钢夹杂物控制

以高碳帘线钢和弹簧钢ＳＵＰ７为例,分析了钢液残铝含量对脱氧产物组成的影响和硅铁的铝含量对脱氧合金化后钢液残铝含量的影响,指出进一步降低硅铁铝含量的必要性。     

炼钢终脱氧工艺优化

针对炼钢终脱氧工艺长期以来用铝块作终脱氧剂,存在回收率低、成分波动范围大的弊端,根据终点碳和终点温度的碳氧平衡计算公式导出初始含氧量,并由Al-O平衡曲线导出目标座包铝含量的钢芯铝用量。将理论计算应用到了现场的终脱氧工艺中,对炼钢终脱氧工艺优化有指导作用。     

LF炉无铝脱氧的工艺实践

介绍了承钢120t系统对钢中酸溶铝没有要求钢种的LF炉无铝脱氧实践。精炼过程中采用硅钙钡、硅钙粉、电石、碳化硅等对钢水进行无铝脱氧工艺,减少了钢水中的Als和Al2O3,精炼过程中加入Al2O3含量较低的精炼渣系,提高炉渣碱度,降低SiO2的活度,大幅提高硅的脱氧能力;优化钙处理工艺,对钢水进行深脱氧,通过夹杂物变性控制夹杂物的形态和尺寸。实践证明,对钢中酸溶铝没有要求的钢种采用无铝脱氧工艺后,没有降低钢水质量,提高了钢水可浇性,吨钢精炼费用降低2．96元／t。     

国产T23钢高温组织演变及其对性能的影响

 通过对国产T23钢550 ℃、600 ℃和650 ℃的持久试样显微组织的分析,研究了T23钢高温蠕变过程中的组织演变及其对性能的影响。结果表明,在高温蠕变过程中,T23钢贝氏体铁素体基体和小岛中的马氏体将发生回复和再结晶,位错密度下降,M23C6碳化物不断粗化,并且有少量M23C6转变为M6C。蠕变断裂时间较短时,M23C6碳化物粗化对性能下降起主要作用,随蠕变断裂时间延长,贝氏体铁素体基体和小岛中马氏体的回复、再结晶对性能下降的影响增大。温度较高时,回复及再结晶开始较早,对性能下降的影响提前。650 ℃时,T23钢的组织演变和性能下降过快,应尽量避免在此温度下使用。     

Microstructure Evolution in 9Cr Martensitic Steel During Long-Term Creep at 650℃

 Standardarized creep and rupture strength tests were conducted for commercial T91 martensitic heat-resistant steel at 650 ℃ and corresponding microstructure was characterized by BSED, TEM and EDS. The martensitic microstructure degenerated seriously during creep exposure, including martensitic substructure recovering, carbides coarsening, dissolving and precipitating. EDS analysis shows that the M23C6 carbides in different morphologies have dissimilar compositions. The rod/sheet like M23C6 particles within the matrix contain more additions, which might precipitate in situ while fine MX particles were re-solving. The high content of silicon in these rod/sheet like M23C6 carbides is probably related to self diffusion coefficient increasing for the exposed condition at 650 ℃ close to Curie temperature Tc. For those reasons, martensite substructure becomes unstable, and microstructure evolution is accelerated and leads to creep strength deteriorating severely.     

S08Al连铸坯脱氧工艺的优化实践

唐山建龙实业有限公司炼钢厂S08A1连铸坯采用喂铝线法、投入铝铁、铝铁加铝线3种方法进行终脱氧的对比结果表明,钢包喂铝线法比后2种方法更能有效地节约脱氧合金的使用量,降低钢中的氧和夹杂物含量,提高铝收得率。     

150 t BOF-LF-VD-CC流程无铝脱氧工艺高速轨钢冶炼过程的夹杂物行为

时速350 km高速钢轨要求钢中全氧含量T[O]≤20×10^-6,非金属夹杂物B、C、D类≤1.0级。国内在重轨钢冶炼中,通常采用无铝脱氧工艺,即采用SiCaBa合金强化脱氧,形成了低熔点的Mn-Al-Si-Ba-Ca多元型氧化物夹杂,该类夹杂物在精炼中全部排出钢液。研究了铁水预处理脱硫-150 t顶底复吹转炉-LF-VD-280 mm ×380 mm连铸流程冶炼钢轨钢U71MnG时的夹杂物行为,包括无铝脱氧工艺钢轨钢中氧化物夹杂的组成及特征,转炉终点[C]对钢水氧活度的影响以及LF精炼渣碱度和VD后期软吹氩搅拌对钢氧含量和夹杂物的影响。结果得出,钢轨头部的≤20μm氧化物夹杂为精炼时二次脱氧产物,通过控制转炉终点[C]＞0.15%,控制精炼渣碱度(CaO)/(SiO₂)=2.5~3,∑(FeO+MnO)≤1.0%可有效降低钢轨钢中氧化物的数量和尺寸。     

钢中铝-硅-锰复合脱氧反应的热力学计算

复合脱氧后钢液的最终氧含量优于单独脱氧的效果,同时复合脱氧可产生低熔点、易聚合长大的复合夹杂物,实现最佳的脱氧效果。用热力学方法计算了铝-硅-锰复合脱氧的效果,结果表明,在不同硅锰比下,复合脱氧均比单独用铝脱氧的最终氧含量要低;根据脱氧产物为锰铝榴石的原则得出了合金脱氧剂的组成成分。热态试验验证了理论计算结果。     

Dependence of Accelerated Creep Rate at 580 °C and Room Temperature Yield Stress for Two Creep Resistant Steels

Two creep resistant steels, P91 and X20, were tempered for 17520 h at 650 °C or 8760 h at 750 °C to study the growth and redistribution of carbide precipitates in martensite. On specimens annealed for a different time, yield stress at room temperature and accelerated creep rate at 580 °C were determined. With increasing yield stress in the range from 350 to 650 MPa the accelerated creep rate decreased continuously by about 2 orders of magnitude from 8·10^?7 s^?1 to 5·10^?9 s^?1. For equal yield stress, the creep rate was slightly lower for the steel P91 than for the steel X20.     

S31042耐热钢650 ℃持久的析出相对持久塑性的影响

 S31042钢是一种重要的超临界和超超临界锅炉用钢。针对该钢持久塑性差的问题,采用扫描电镜和透射电镜研究了S31042钢在650 ℃持久前后的微观组织,主要探讨了析出相对持久塑性的影响。结果表明：持久1 608 h,S31042钢的塑性快速下降。而后塑性缓慢下降,并逐渐趋于稳定。S31042钢持久过程中主要的析出相为二次NbCrN和M23C6,长期持久会导致少量σ相和Cr3Ni2SiC的析出。S31042钢持久塑性显著下降的主要原因是由于M23C6在晶界上的析出。此外,链状M23C6、立方形M23C6以及未溶的NbCrN对S31042钢的持久塑性也有害。