H13钢中Mg-Al-O系夹杂物的形成机理及控制

 通过对保护气氛电渣重熔工艺和普通电渣重熔工艺H13钢的锻材成分、氧化物夹杂的组成分析,研究了电渣重熔工艺H13钢中Mg-Al-O系夹杂物的形成机理及控制问题,并通过Factsage软件对Mg-Al-O系夹杂物的各优势区进行了理论计算。结果表明,保护气氛电渣重熔工艺中氧质量分数较低,仅为0.001 5%,氧化物夹杂主要是MgO·Al2O3,1～3 μm的小尺寸占比达到了62.5%;普通电渣重熔工艺中氧质量分数较高,达到了0.002 4%,Mg-Al-O系夹杂物以72.5%Al2O3＋27.5%MgO·Al2O3为主,含有4%的5～8 μm大尺寸夹杂物,1～3 μm小尺寸占比仅为37.8%,尺寸偏大。钢液中镁、氧质量分数的变化对MgO·Al2O3的优势区域影响较大,高镁、低氧有利于MgO·Al2O3生成,减小H13钢中氧化物夹杂尺寸。但MgO·Al2O3会作为大尺寸碳氮化物(Ti,Nb,V)(C,N)异质形核核心,后期对此问题还要做进一步研究。     

超低氧冶炼过程镁铝尖晶石形成的热力学分析与控制

 对超低氧试验钢精炼过程中镁铝尖晶石的形成机制和生成热力学计算分析表明：1873K时,MgO-Al2O3二元系夹杂物中MgO的质量分数超过17%时就能生成镁铝尖晶石;采用高碱度、w((CaO))/w((Al2O3))≈1、强还原性精炼顶渣对铝终脱氧钢液进行LF精炼时,在LF精炼中前期就实现Al2O3向MgO·Al2O3尖晶石的转变;钢液中的镁则是实现Al2O3向MgO·Al2O3尖晶石转变的中介和桥梁。而钢中镁含量是由酸溶铝控制的。因此,保持钢液中足够的铝含量是镁铝尖晶石生成的前提。生产过程中,当钢液的w(［Al］)达到0.03%时,w(［Mg］)只需要1.32×10-7以上就能生成MgO·Al2O3尖晶石。     

超低氧含量弹簧钢中非金属夹杂物的控制

为了减小夹杂物对Al脱氧弹簧钢的危害,通过钢渣之间、钢液和夹杂物之间的反应尽快使脱氧产物Al2O3夹杂变性为低熔点的铝酸钙夹杂.炉渣ω(CaO)/ω(MgO)高,夹杂物更容易转变为铝酸钙夹杂物,炉渣ω(CaO)/ω(MgO)大于8时,在LF精炼中期,夹杂物已经由MgO·Al2O3尖晶石向铝酸钙转变;炉渣的氧化性延缓了夹杂物向铝酸钙的转变;钢液S、Al含量低,夹杂物更容易控制在低熔点区域内.随着钢液T.O的降低,夹杂物中氧化物夹杂占的比例逐渐减少,CaS夹杂占的比例逐渐增加.     

430不锈钢尖晶石夹杂物控制的热力学分析

通过热力学计算,得出了硅脱氧430不锈钢熔体Fe-Mg-Al-Si-O体系MgO.Al2O3、2MgO.SiO2、3Al2O3.2SiO2和2MgO.2Al2O3.5SiO2的平衡相图,分析了控制尖晶石夹杂物形成与转变的热力学条件。结果表明:1 873 K时,当钢中Al的质量分数在1×10-6以下,钢水中基本不形成镁铝尖晶石;随钢水中溶解铝含量的逐渐降低,由尖晶石转变为2MgO.SiO2所需的溶解氧质量分数逐渐提高。当钢水中溶解镁的质量分数在2×10-6,控制钢水中w(Al)4×10-5、w(O)8×10-6时,对于抑制不锈钢尖晶石夹杂物的形成有利。     

MgO-Al_2O_3-SiO_2复合夹杂物对430不锈钢凝固组织的影响

通过真空感应炉试验,研究不同Mg含量处理所获得的不同MgO-Al2O3-SiO2复合夹杂物对凝固组织的影响。试验结果表明,随着钢中Mg含量的增加,铸锭等轴晶率呈现先升高后下降的趋势,而等轴晶尺寸和柱状晶宽度呈现先降低后升高趋势,存在一个最佳的Mg的质量分数范围(5~13)×10-6,铸锭的等轴晶率在70%以上。夹杂物观测并结合热力学计算发现,随着钢中Mg含量的增加,MgO-Al2O3-SiO2复合夹杂物外层逐步析出MgO·Al2O3相;然而,Mg的质量分数高于13×10-6时,夹杂物外层开始析出2MgO·SiO2相。晶面错配度计算表明,MgO·Al2O3与δ-Fe的错配度为1.2%,2MgO·SiO2与δ-Fe的错配度为13%。可以判断,MgO·Al2O3相可促进等轴晶形成,抑制晶粒长大,2MgO·SiO2相则起不到促进形核作用。从而解释了铸锭等轴晶率、晶粒尺寸随Mg含量的变化规律。     

国内外电渣重熔H13钢中夹杂物的对比

为了找出国产电渣重熔H13钢在夹杂物控制方面存在的不足,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和夹杂物自动分析系统(INCA Steel)对国内外不同产地的电渣重熔H13钢进行对比研究,重点分析了国内外H13钢在杂质元素和夹杂物控制水平上的差距。结果表明,在试验样品中,国产H13钢中硫和TO的质量分数均高于国外,其中硫质量分数高0.001 2%～0.002 0%,TO质量分数高0.000 6%～0.000 8%。所有试样中主要夹杂物均为Al2O3、MgO·Al2O3、CaO·Al2O3和CaO·MgO·Al2O3。国产H13钢与国外相比,尺寸大于5 μm的夹杂物数量较多,小于2 μm的夹杂物数量较少,夹杂物尺寸波动范围总体更大;国外H13钢夹杂物成分波动范围较窄,尺寸均匀,夹杂物形状接近球形的比例高。     

钙处理H13钢中夹杂物的转变

利用真空感应炉和扫描电镜等设备, 实验研究了钙处理对H13模具钢中夹杂物的影响, 并对钢中夹杂物的转变进行了热力学计算, 讨论了钙处理对夹杂物成分和结构的影响.结果表明:钙处理H13钢后, 夹杂物尺寸减小, 圆形度提高, 夹杂物面积比降低;夹杂物由钙处理前的Si O₂-Al₂O₃系夹杂物转变为Ca O-Si O₂-Al₂O₃- (MgO) 系夹杂物, 钢中Ca质量分数达到12×10^-6时, 夹杂物完全处于Ca O-Si O₂-Al₂O₃- (MgO) 相图的1400℃低熔点区以内;钢中高的T.O含量使Ca S不会在钙处理后形成, 钢中Ca/T.O的质量分数比达到0.3时, 复合夹杂物中的Al₂O₃将会完全消除; (Mn, Cr) S夹杂依附氧化物夹杂析出, Mn、Cr和S的偏析程度决定了复合氧硫化物夹杂的形貌.     

Mg处理钢生成细小尖晶石夹杂物的研究

采用热力学方法对镁处理钢中夹杂物的变性进行了计算,计算结果表明,钢中w(Al3)=0.02%～0.05%,只要有微量镁的存在,就有可能生成单独的MgO·Al2O3.在热力学计算的基础上,对轴承钢进行了镁铝合金脱氧实验研究,结果表明镁铝合金处理钢液后,钢中的夹杂物主要以MgO·Al2O3夹杂物为主,随机分布在钢中,这种尺寸细小的尖晶石夹杂物对钢的疲劳等性能有害程度很小.溶解在轴承钢中的镁起到了球化碳化物的作用,并且随着镁铝合金中镁含量的增加,这种效果越明显.     

齿轮钢（8620H）精炼渣优化及工业试验

利用FactSage热力学软件计算了CaO-Al2O3-SiO2-5%MgO四元系的CaO、Al2O3等活度线,通过等活度线图着重探讨精炼渣碱度、w(CaO)/w（Al2O3）、MI指数（曼内斯曼指数）与Al2O3夹杂吸附能力的影响关系,最终得到适用于杭钢生产齿轮钢（8620H）的LF精炼渣系范围为：CaO质量分数为50%~55%,Al2O3质量分数为25%~30%,SiO2质量分数为10%~12%,MgO质量分数为5%~8%。并使用该渣系进行齿轮钢（8620H）工业试验,铸坯中全氧质量分数由0.001 5%降至0.001 0%,且铸坯中显微夹杂物尺寸也明显降低,由2.1降至1.5μm,每10kg铸坯中大型夹杂物质量分数由31.9下降到26.4mg,试验效果良好。     

镁处理对45钢中夹杂物的改质效果

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、非水溶液原位电解方法对比分析了镁处理(0.0006％ Mg)和钙处理(0.0010％ Ca)45钢中夹杂物类型、尺寸、分布及形态变化.研究表明,相对于传统的钙处理工艺,45钢中加入一定量的镁后,钢中的Al2O3转变为细小弥散的MgO·Al2 O3,MnS在凝固末期以MgO·Al2O3为形...     

微孔MgO耐火材料对钢液洁净度的影响

通过浸泡实验研究了3种镁质(致密镁质、微孔MgO质、镁碳质)耐火材料与超低碳钢液(1 560℃)的相互作用,考察了不同浸泡时间(0～35 min)钢中O、N、C和Al、Si、Mn含量及钢中夹杂物的成分、数量、分布等特征的变化,并对耐火材料与钢的界面层进行了观测和分析。结果表明,随着浸泡时间的延长,3组钢中氧含量均先升高再降低,均对钢液有一定的污染,钢中夹杂物的数量增加,夹杂物种类由Al₂O₃-MnO夹杂逐渐转变为Al-Mg-Si-Mn-O复合夹杂。与致密镁质耐火材料相比,微孔MgO质和镁碳质耐火材料与钢的界面处分别能形成连续的镁铝尖晶石层和致密的MgO层,有助于降低耐火材料的侵蚀以及对钢液的污染。此外,与不含碳的镁质耐火材料相比,镁碳质耐火材料对钢液增碳严重。因此,微孔MgO质耐火材料不仅对钢液的二次污染小、不会向钢液增碳,而且还可以吸附钢中氧化铝夹杂,更有利于超低碳洁净钢的生产。     

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。     

镁处理对40Cr铝镇静钢中夹杂物的影响

 为了探究镁处理对40Cr铝镇静钢中夹杂物的影响,在120 t钢包内进行了镁处理工业试验。采用FactSage热力学软件计算了在试验炉钢水成分条件下夹杂物的稳定区域图,镁处理夹杂物的改质路径为Al₂O₃→Al₂O₃+MgO·Al₂O₃→MgO·Al₂O₃→MgO+ MgO·Al₂O₃→MgO+MgS;结合金相显微镜和ASPEX-explorer自动扫描电镜分析了镁对40Cr铝镇静钢中夹杂物的形态、尺寸及成分的影响。结果表明,镁处理后,铸坯中夹杂物尺寸及数量较未加镁的试样有明显减少,尺寸主要分布在0～3 μm,夹杂物密度和夹杂物的长宽比明显减小;钢中夹杂物等效直径为0～3 μm的比例大于未添加镁的,这说明镁处理对40Cr铝镇静钢中夹杂物有弥散化及形貌控制的效果。镁处理后的40Cr铝镇静钢中夹杂物主要为MnS包裹MgO·Al₂O₃为核心的复合夹杂物,而对比炉钢中夹杂物主要为MnS、Al₂O₃-MnS以及钙铝酸盐类夹杂物。     

Effect of trace magnesium on carbide improvement in H13 steel

In the present work, the carbides and inclusions in H13 steel with different magnesium contents were investigated with the scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), and were calculated by the ThermoCalc and FactSage softwares, respectively. The growth of the MgAl₂O₄ spinel and Al₂O₃ at 1500°C in molten H13 was analysed by the confocal laser scanning microscopy (CLSM). The disregistries between the carbides and other phases were computed. The results are as follows. The primary carbides formed in H13 ingots were M(CN) and M₆C, which existed in the segregation areas only. The MgAl₂O₄ particles, acting as more effective heterogeneous nuclei and providing more nucleation sites than Al₂O₃ particles, induced the formation of more developed austenite dendrites, and a greater number, smaller size and more uniform distribution of primary carbides, which finally relieved carbide segregation.     

M50NiL轴承钢淬回火组织特征及拉压疲劳裂纹的萌生

摘要：通过拉压疲劳试验及微观组织观察研究了M50NiL轴承钢淬回火组织特征及对疲劳裂纹萌生的影响作用。结果表明,试验钢的组织主要为板条马氏体,少量δ-铁素体及M2C、MC碳化物;扫描电镜观察发现1070℃淬回火试样δ-铁素体及临近的聚集球状M2C碳化物,δ-铁素体位于晶界处,尺寸主要为4~8μm,钢中碳化物尺寸最大为2.66μm;1100℃淬回火试样δ-铁素体相界存在大量片状的M2C碳化物,尺寸在8μm以上的δ-铁素体数量增加,最大为17.51μm;1070℃淬回火试样的疲劳极限为713MPa,主要起裂源为Al2O3、Al2O3-CaO夹杂物,循环次数随夹杂物尺寸的增大而降低,且Al2O3-CaO夹杂更易引起试样的疲劳断裂;1100℃淬回火试样的疲劳极限为707MPa,主要起裂源为δ 铁素体组织缺陷,起裂源于8μm以上δ-铁素体的相界处,疲劳寿命受应力及δ-铁素体尺寸影响。     

2205双相不锈钢连铸过程中夹杂物的形成机制

摘要：为了研究2205双相不锈钢连铸过程中夹杂物的特征及形成机制，从2205双相不锈钢连铸中间包和板坯上分别取试样，利用扫描电镜分析夹杂物的类型及形貌特征，并结合热力学计算探讨夹杂物的演变规律及其形成原因。结果表明，2205双相不锈钢中间包中存在大于10μm的夹杂物，中间包中夹杂物类型主要为CaO Al2O3和CaO Al2O3 MgO球形夹杂物，板坯中夹杂物尺寸都小于10μm，板坯中CaO Al2O3和CaO Al2O3 MgO球形夹杂物外面包裹了一层TiN。错配度和热力学计算表明凝固过程中CaO Al2O3和CaO Al2O3 MgO球形夹杂物为TiN的析出提供了形核质点。     

Behavior of MgO·Al_2O_3 Based Inclusions in Alloy Steel During Refining Process

The transformation of MgO·Al2O3 based inclusions in alloy steel during refining has been studied by industrial trials.Besides Factsage software is used to study the formation and modification of spinel inclusions in alloy steel using calcium treatment during refining process.The results show that the transformation sequence of inclusions is:MgO·Al2O3→CaO-Al2O3-MgO complex inclusions→MgO·Al2O3,and under present experimental condition,in order to avoid forming MgO·Al2O3 inclusions the content of dissolved Ca in the molten steel has to reach 1×10-6.Also the results show that when more calcium was added to molten steel,the content of Al2O3 and MgO will be lower.Besides,increasing the content of CaO in the inclusions will increase even if the content of SiO2 changes little.     

Modification of MgO· Al2O3 spinel inclusions in Al-killed steel by Ca-treatment

The modification of MgO·Al2O3 spinel inclusions in Al-killed steel by Ca-treatment has been studied by industrial trials and ther-modynamic calculations.In the industrial trials,samples were taken systematically during the refining process in which the molten steel was treated by calcium,and the characters of the inclusions were analyzed using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectra (EDS).The effects of Ca-treatment were evaluated by tracking the compositions of the inclusions.The results show that the modifi-Al2O3→MgO.Al2O3→liquid complex inclusions.The modification of spinel inclusions by Ca-treatment was calculated by FactSage6.0 util-izing its free-energy minimization routines.The results of thermodynamic calculations indicate that spinel inclusions are easier to be modi-fied than Al2O3 inclusions and the spinel inclusions in 30CrMo steel would transform to liquid complex inclusions when the content of dis-solved Ca in the molten steel exceeds 1×10-6.Also,the results show that adding more calcium into the molten steel would lower the contents of Al2O3 and MgO and increase the CaO content of the inclusions,while the change in SiO2 content is little.