高级别管线钢夹杂物控制研究

针对管线钢夹杂不合的问题,提出了管线钢夹杂物控制目标为Al₂O₃-CaS系固态夹杂物,并系统研究了钢液成分对此类夹杂物生成的影响与定量关系。研究结果表明,钙处理后Al₂O₃-CaS夹杂物存在两种形成机理,通过调整Ca、S、T[O]成分可实现对不同类型夹杂的精确控制。随着钢中Ca/T[O]质量分数比的增加,夹杂物中Al₂O₃含量显著降低;当Ca/T[O]质量分数比小于0.5时,钢中夹杂物主要以Al₂O₃夹杂为主;当Ca/T[O]质量分数比介于0.5~1.5之间时,夹杂物主要以Al₂O₃-CaS复合夹杂物为主;当Ca/T[O]质量分数比大于1.5时,夹杂物主要以CaO-CaS复合夹杂物为主。工艺优化后,高级别管线钢夹杂物初检不合格率由3.12%降低至1.54%,高级别管线夹杂物评级全部不大于1.5的比例由90%提高至95.4%。     

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。      

高级别管线钢钙处理冶金效果研究

针对管线钢L360QS进行了钙处理实验研究,考查钢液中[Ca]、[S]对夹杂物变性的影响.结果表明,钢中的硫被脱到0.002%~0.003%(质量分数)范围内的较低水平,脱硫率最高达85.0%,与实验预期吻合.随着钢液中[S]增加,夹杂物中CaS+MnS的平均质量分数相应增加,但夹杂物中的CaS含量不一定增加.钙对夹杂物变性作用非常明显,[Ca]相对高的管线钢,其夹杂物绝大多数都变性为球形的含CaS钙铝酸盐复合夹杂,不存在MnS夹杂和MgO·Al₂O₃夹杂.为使氧化夹杂和硫化夹杂都变性完全,钢液中的硫的质量分数应控制在0.002%左右,钙的质量分数应控制在0.003 5%~0.004 0%,且[Ca]/[S]>1.9.     

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。      

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。     

帘线钢凝固过程中夹杂物析出

为了充分了解帘线钢中夹杂物,对钢液凝固过程析出夹杂物进行了分析.结果发现:Al₂O₃夹杂物在凝固过程中先析出,且Al₂O₃夹杂物长大的限制性环节为[Al]在钢液中的扩散;当凝固分数为0.44时SiO₂开始析出,且SiO₂长大的限制性环节为[O]在钢液中的扩散;析出夹杂物的半径随着冷却强度的增大而减小;当冷却速度为100K·min^-1时,凝固末期析出Al₂O₃夹杂物的半径为2.5μm,析出复合Al₂O₃-SiO₂夹杂物的半径为4.7μm;随着凝固的进行,夹杂物中SiO₂含量增加,Al₂O₃含量下降.     

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     

合金钢中镁铝尖晶石夹杂物生成与转化热力学

通过FactSage 6.0热力学软件计算,研究了合金钢中镁铝尖晶石(MgO.Al₂O₃)形成和向低熔点复合夹杂物转化的热力学条件,以及钙处理对钢液成分和夹杂物成分的影响.研究结果表明:钢中生成镁铝尖晶石夹杂物需要镁的含量较低;当钢液中溶解钙的质量分数为1×10^-6时,镁铝尖晶石会转化变成液态的复合夹杂物;随着钙加入量的增加,液态复合夹杂物中Al₂O₃和MgO的含量继续降低,CaO的含量继续增加,SiO₂的含量较低,基本保持不变;随着钙加入量的增加,钢液中的氧含量会降低,镁含量增加.     

齿轮钢氧含量及夹杂物控制技术研究

利用热力学软件计算了齿轮钢氧含量与夹杂物成分控制、夹杂物转变条件.结果表明,20CrMoH钢中具有较高塑性的非金属夹杂物成分(质量分数)为:SiO₂ 0%~10%、Al₂O₃ 22%~55%、CaO 42%~60%、MgO 5%~10%,与之平衡的钢液中铝的质量分数大于0.020%,钙的质量分数大于0.7×10^-6,a_[O]为0.0005%左右;选择组成为CaO>40%、Al₂O₃ ≤ 37%、MgO 10%、(% CaO+% MgO)/% SiO₂为10、SiO₂含量尽量低的渣系,钢中Al₂O₃、MgO·Al₂O₃夹杂物可转变为低熔点的钙铝酸盐.试验发现LF和RH精炼结束时钢液T[O]含量均随炉渣碱度增加而降低,采用高Al₂O₃含量的炉渣对降低T[O]含量有利;精炼过程钢液中夹杂物按\     

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。     

120 t BOF-LF-CC炼钢过程60钢洁净度的试验研究

通过LF精炼和连铸过程钢水和炉渣取样,对3炉60钢冶炼各个阶段的T[O]显微夹杂物的数量、尺寸及类型的变化进行了系统研究。结果表明,在LF进站时,3炉60钢中T[O]为0.007 0%左右;从LF进站→钙处理后→软吹结束→中间包浇注→铸坯,3炉60钢中T[O]总体呈现缓慢降低的趋势,其铸坯中T[O]降到0.003%以下。LF进站时,3炉60钢中夹杂物以硅锰脱氧产物SiO₂-Mn0-（Al₂O₃）复合夹杂为主;经钙处理后,其钢中夹杂物转变为CaO-SiO₂-Al₂O₃-Mg0系复合夹杂,该复合夹杂物的主要成分为CaO+MgO 20%～40%,SiO₂ 20%～40%,Al₂O₃ 30%-50%。由于中间包浇注过程钢液存在明显二次氧化,导致60钢中间包内钢水T[O]和二次氧化产物SiO₂-MnO-（Al₂O₃）夹杂数量明显增加。     

120t BOF-LF-RH-CC流程GCrl5轴承钢洁净度研究

对“120 t BOF-LF-RH-CC”流程GCrl5轴承钢的洁净度研究结果表明,LF精炼结束以A1₂O₃ • MgO尖 晶石和Al₂O₃-MgO-CaO夹杂为主,RH真空处理后, Al₂O₃- MgO尖晶石几乎全部消失,钢中夹杂物以液态钙铝酸盐为主,T.0含量降至5.3x10^-6;浇注过程中间包重新成Al₂O₃- MgO尖晶石;RH终点和中间包钢水以及连铸坯未发现≥20um钙铝酸盐夹杂。     

210 t BOF-RH-CC炼钢过程无取向硅钢XG800WR洁净度的试验研究

两炉次无取向硅钢XG800WR(/%:0.003～0.004C、0.71～0.75Si、0.32～0.33Mn、0.004～0.007S、0.016P)的炼钢流程为铁水预处理(KR)-210 t顶底复吹转炉-钢包吹氩-RH脱碳精炼-230 mm×1220 mm板坯连铸。53 t中间包钢水过热度为25～30℃,钢包到中间包采用长水口全程吹氩保护浇铸,中间包至结晶器采用浸入式水口浇铸。结果表明,在RH、中间包、结晶器过程中钢中总氧以及夹杂物数量和尺寸均明显降低;但在钢包到中间包过程T[O]、[N]和钢中夹杂物数量增加,说明长水口浇铸过程存在二次氧化。连铸坯中T[O]、[N]平均他分别为11×10^-6和30×10^-6,显微夹杂物数量平均为4个/mm~2。铸坯中的显微夹杂物主要为3～5 μm的AIN,同时存在少量的MnS、Al₂O₃·AIN和Al₂O₃·MgO·MnS。     

100 t复吹转炉-RH-70 mm板坯连铸流程0. 88% Si无取向硅钢的夹杂物行为

0.88%Si无取向硅钢的生产工艺为100 t BOF出钢时加300kg石灰,终点[C]0.035%~0.05%,出钢温度1640~1650℃,RH吹氧脱碳,加99.0%Al-Fe合金6.69 kg/t,加70%Si-Fe合金15.70 kg/t,70 mm板坯连铸过程全程保护浇铸,使用镁质碱性中间包覆盖剂。分析结果表明,RH终点[O]28×10^-6,铸坯[O]22×10^-6,RH-前[N]为16×10^-6,RH过程增氮4×10^-6,RH结束到铸坯增氮6×10^-6;RH脱碳终点时钢中夹杂物以球形MnO·Al₂O₃为主;RH出站时以不规则形状的Al₂O₃为主,并伴有少量单独存在的CaS夹杂;中间包钢液内的夹杂物主要以不规则形状的Al₂O₃为主;铸坯中多为不规则形状的Al₂O₃以及少量AlN,还有少量由结晶器卷渣引起的含Na成分的复合夹杂物。     

38CrMoAl高铝钢钢水可浇性控制

38CrMoAl高铝钢由于Al含量较高([Al]=0.7%~1.1%,质量分数),在连铸过程中容易导致水口的堵塞,因此需要对钢中Al₂O₃夹杂物进行形态控制,保证钢水的可浇性.热力学计算和实验研究结果显示:钢中高含量的Al对渣中即使少量的SiO₂都具有较强的还原性;不采用传统的精炼喂钙线工艺,而进行转炉出钢过程渣洗操作,能将高熔点的Al₂O₃转变为低熔点的球状钙铝酸盐夹杂.同时,采用CaO-Al₂O₃基中间包覆盖剂,以避免钢渣反应导致钢中夹杂物含量增加.工业性试验结果表明,钢水洁净度较高,可浇性好,连续浇注5炉后,水口内壁基本无结瘤现象.     

高级别管线钢钙处理效果评价标准

对X70管线钢进行了六炉钙处理实验.结果表明:钙处理后管线钢生产的后续工序中钢中钙含量显著下降,夹杂物组成和形貌发生显著变化;二次氧化会降低管线钢钙处理效果,但钢中溶解钙和较高CaO含量的CaO-Al₂O₃复合夹杂可对钢水二次氧化产生的Al₂O₃发生改性作用;高级别管线钢钙处理效果与钢中钙含量、氧含量、硫含量、钢水二次氧化程度以及钙处理后续时间等有关,采用钢中Ca含量、[%Ca]_Tot/[%Al]_s、[%Ca]_Tot/T[O]、ACR和[%Ca]_Tot/[%S]作为钙处理效果的评判标准均存在缺陷.本文建议钙处理效果评判标准为:①铸坯中心部位或轧后板带中心部位不存在单纯的MnS夹杂;②中间包和结晶器中夹杂的n_CaO/Al2O3应该与12CaO·7Al₂O₃相近;③钙处理后夹杂的n_CaO/Al2O3应稍高于12CaO·7Al₂O₃的夹杂.同时还必须注意钙处理应在最后精炼工序的后期进行,尽量防止钢水的二次氧化.     

钙处理对含铝冷镦钢夹杂物的影响

利用扫描电镜对80 t LF钢液喂钙处理前后的冷镦钢SWRCH22A中夹杂物形态和组成的变化进行了分析和研究,对钙处理钢中夹杂物的变性进行了热力学计算。研究表明,SWRCH22A钢液钙处理后夹杂物中的Mn被Ca置换,中间包内钢中Al₂O₃夹杂变性生成低熔点铝酸钙夹杂12CaO·7Al₂O₃;如要钢液钙处理生成易上浮排除的液态12CaO·7Al₂O₃夹杂的必要条件是[Al]_T²/[Ca]_T³≤10.58×10⁴。     

低碳低硅-铝镇静钢C4C-Q工艺优化实践

对 120t BOF-LF-RH-CC 流程生产的低碳低硅-铝镇静钢 C4C-Q(/％:0.02～0.06C,≤0.06Si,0.02～0.05Al)冶炼硅含量高,可浇性差的原因进行了分析.通过工艺优化,转炉采用出钢两次挡渣模式和出钢后脱碳工艺,降低出钢氧含量,减少后期脱氧过程中生成Al2O3夹杂;通过优化LF脱氧模式...     

RH-喂线钙处理的管线钢X80非金属夹杂物变性效果分析

在钙处理对夹杂物变性作用进行分析的基础上,结合钢厂生产X80管线钢(%:≤0.08C、≤1.85Mn、≤0.060Als)的工业性试验,利用冶金热力学原理,分析计算了Al₂O₃变性为低熔点钙铝酸盐所需钙含量的范围和避免单相CaS析出硫含量的范围,同时对≤0.002%S和0.025%～0.035%Al的RH处理钢水按出站[Ca]_Tot=(40～50)×10-6计算喂Ca-Si线进行钙处理,并对中间包钢水和铸坯中的夹杂物进行了检测。结果表明,X80管线钢试验炉次平均[Ca]_Tot为41×10^-6,[S]为23×10^-6,均在理论计算范围内;同时经钙处理后,钢中绝大部分夹杂物CaO-CaS-Al₂O₃复合夹杂,钙处理效果良好。