37Mn5钢中宏观大尺寸夹杂物形成机理及控制

以EAF-LF-VD-钙处理-CC实际生产工艺路线为背景,利用超声波探伤检测方法,研究37Mn5热轧棒材中毫米级宏观大尺寸夹杂物形貌特征、尺寸大小及成分特点,通过对实际精炼过程中的棒材进行取样分析,探明钢液、炉渣成分和夹杂物的演变规律,同时提出了对应的改进措施.研究结果表明:热轧棒材中造成探伤不合格的宏观大尺寸夹杂物主要由小于10μm细小的CaO-MgO-Al2O3类夹杂物堆集而成,纵截面尺寸长约20 mm,这类夹杂物大都位于高熔点区(非液相区),在连铸过程碰撞、合并、聚集、长大而成.系统的工艺研究表明:这类探伤缺陷形成的主要原因,是电炉出钢和VD真空精炼过程所生成的氧化铝夹杂物没有被有效去除,以及真空后的钙处理工艺没有使其完全低熔点化.控制电炉出钢氧化程度、LF炉氧化铝高效去除以及VD过程较低的铝损失,可显著降低这类探伤缺陷的发生率,并在生产实践中得到了成功应用.     

37Mn5钢精炼过程夹杂物转变机理

 钢中非金属夹杂物在精炼过程中发生成分转变,影响最终产品性能。37Mn5石油套管钢生产精炼过程中,在不进行钙处理的条件下,夹杂物成分从LF炉进站时的Al₂O₃转变为软吹结束时的Al₂O₃-CaO-SiO₂-MgO-CaS复合夹杂物。为研究夹杂物改性原因,揭示夹杂物转变机理,从生产现场取钢样进行夹杂物分析。结果表明,大尺寸夹杂物与一般尺寸夹杂物的成分存在显著差异,随着精炼过程的进行,不同尺寸夹杂物成分和数密度变化趋势也有所不同。大于10 μm的夹杂物成分接近精炼渣,可能是由渣进入钢液引起的。在硅铁合金中钙的质量分数为1.17%,会起到类似钙处理的效果,快速生成大量小尺寸CaS夹杂物。通过对夹杂物成分、数量、形貌进行分析,结合渣成分和热力学计算结果,得到了37Mn5钢精炼过程夹杂物经历脱氧、耐材侵蚀、渣进入钢液、合金带入钙与钢液反应、夹杂物与钢液反应等过程,以及成分发生转变的机理。     

BOF-LF-VD-CC生产37Mn5钢夹杂物的行为演变

为了探究37Mn5钢生产过程中夹杂物的行为演变过程,减少钢中非金属夹杂物的数量,针对国内某钢厂生产37Mn5钢管所采用的BOF-LF-VD-CC工艺流程取不同工位的钢样,分析夹杂物数量、尺寸、成分的变化规律。结果表明,LF出站后的夹杂物类型主要包含两种,MnS夹杂物和MnS-Al₂O₃夹杂物;VD出站后夹杂物多为MnS夹杂物、Al₂O₃-CaO-MgO、Al₂O₃-CaO-MgO-CaS复合夹杂物,夹杂物数密度相比于LF出站下降了21.54%,平均尺寸降低了57.05%,同时夹杂物形状由不规则变为球形,这说明VD有良好的精炼效果。中间包中夹杂物数量增加,可能是由于发生了二次氧化,应选择成分合理的保护渣,提高钢液质量。     

RH精炼过程中IF钢小型夹杂物演变规律分析

以邯钢IF钢生产过程中某浇次的前两炉为研究对象,通过采用分工序取样,并借助氮氧分析仪、扫描电镜及EDS分析等手段,系统分析了RH精炼过程中IF钢夹杂物的演变规律。结果表明:(1)氮含量在脱氧3 min时最低分别为0. 001 8%和0. 001 4%,随后逐渐升高,到静置30 min时分别达到0. 002 7%和0. 002 3%。全氧含量变化与氮含量相反,脱氧3 min时最高,分别达到0. 006 6%和0. 006 2%,至静置30 min时分别降至0. 003 74%和0. 003 71%;(2)脱碳结束时,夹杂物主要为MnO、P2O5、MnS夹杂及其组成的复合夹杂,尺寸在2～3μm之间。加铝脱氧3 min后,夹杂物以球状或簇状的Al2O3夹杂为主,尺寸在2～100μm之间。合金化后,夹杂物主要以Ti N夹杂、纯Al2O3夹杂、Al2O3-Ti N夹杂、Al2O3-Ti O2夹杂和A2O3-MnS-Ti N复合夹杂物为主,尺寸在1～20μm之间。随着静置时间的增加,夹杂物Al2O3-Ti O2夹杂数量减少,Al2O3-MgO略有增加,其他夹杂物的变化不明显。     

精炼渣Al2O3含量对铝脱氧钢中夹杂物的影响

为研究中等碱度精炼渣中Al₂O₃含量对钢洁净度和夹杂物的影响,在1 873 K温度下用MgO坩埚开展了初始碱度为4、不同Al₂O₃含量的CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO顶渣与铝脱氧钢的平衡试验。结果表明,渣-钢反应后,夹杂物类型由反应前的MgO-Al₂O₃-MnS复合类转变为中心为MgO-Al₂O₃,边部为MgO-Al₂O₃-SiO₂-CaO(-MnO)系的包裹体复合类;形貌由边界多棱角的块状和簇群状转变为边界圆滑的类球状。随着渣中Al₂O₃含量的增加,夹杂物中Al₂O₃含量显著增加,MgO含量减少,其他组分含量变化不大;夹杂物尺寸呈现增大的趋势;夹杂物数量密度增大,钢的洁净度降低。该试验条件...     

硬线钢Al2O3-SiO2-MgO-CaO-MnO系夹杂物低熔点区域控制

对某厂生产的高碳硬线盘条中的夹杂物成分进行了统计分析,并通过热力学计算软件FactSage计算分析了Al-Si-Mn复合脱氧条件下高碳硬线盘条中Al₂O₃-SiO₂-MgO-CaO-MnO五元系夹杂物低熔点区域的控制范围.在五元系低熔点区域内Al₂O₃的质量分数可达56%,CaO的质量分数为20%~30%.     

SPCC钢精炼渣与夹杂物相关性研究

针对SPCC钢的生产工艺情况,研究精炼渣与夹杂物相关性,分析精炼渣化学成分、w(CaO)/w(Al2O3)等对钢中夹杂物大小、形貌、类别等的影响。研究表明,精炼渣w(CaO)/w(Al2O3)为1.38~1.66时,钢中夹杂物分布较好,即大颗粒夹杂物比率较小,小颗粒夹杂物比率较大。     

37CrMnMo钢冶炼过程夹杂物控制工艺

通过对石油钻杆接头用钢37CrMnMo冶炼过程现场取样,对试样中的夹杂物进行定量和定性分析,确定了该钢种夹杂物控制改进措施.轧材中夹杂物评级一次检验统计结果表明,该措施在冶炼实践中最终取得了较好的效果.     

精炼渣中Al2O3含量对弹簧钢中夹杂物的影响

利用Factsage热力学软件,探讨Al₂O₃含量对CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO系及CaO-SiO₂-Al₂O₃-MnO系相图低熔点区域的影响,可知在Al₂O₃含量（质量分数）为15%时,对应的各相图中低熔点区域面积所占百分数最大;通过研究Al₂O₃含量对弹簧钢中夹杂物的影响,表明随着精炼渣中Al₂O₃含量增加,钢中带有棱角的Al₂O₃夹杂物增多,钢中夹杂物分布变得相对集中.在碱度为1.2,Al₂O₃含量为8%时,可将夹杂物控制在相图的低熔点区域内,此时对应夹杂物形貌多为球形,且尺寸约为5μm.     

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<...     

帘线钢精炼与连铸过程中夹杂物的研究

对"LD→LF→VD→CC"工艺流程生产帘线钢各工位夹杂物类型、形貌和分布进行了研究。研究结果表明:帘线钢转炉出钢过程中加入帘线钢精炼渣对钢脱硫不利,但为后续精炼预造渣和对钢中夹杂物的变性提供了条件;为了使夹杂物获得良好的塑性,精炼过程中采用中性渣,调渣时禁止使用铝矾土,要求终渣碱度为0.9~1.1;对钢中大型夹杂物的分析发现,多数夹杂物成分为SiO2-Al2O3,部分存在Na2O和K2O,应该是耐火材料卷入造成的。选用优质耐火材料,控制钢水温度、铸坯拉速显得尤为重要。     

高品质37Mn5油井管坯钢的研制开发

莱钢采用UHP电炉冶炼-LF精炼-连铸-热送-轧制短流程工艺路线开发生产J55级37Mn5油井管坯钢,采取了精料、精炼强化脱氧、连铸保护浇注等工艺措施,使生产出的产品成分均匀、残余元素含量低、氧含量低、夹杂物少、晶粒细小,满足了石油工业对高质量油井管的要求。     

低碱度顶渣控制帘线钢中MnO-Al2O3-SiO2类夹杂物成分的实验研究

在实验室中使用高温管式炉对以工业纯铁为原料配制的帘线钢进行脱氧和顶渣熔炼,研究了顶渣成分对MnO-Al₂O₃-SiO₂类夹杂物的成分的影响。结果表明,在顶渣碱度为0.7~1.36时,随着顶渣中Al₂O₃含量的增加,夹杂物中的Al₂O₃含量也随之增加。当顶渣中Al₂O₃含量低于8%时,MnO-Al₂O₃-SiO₂类夹杂物的成分在塑性区范围。通过控制脱氧条件和顶渣的成分可以把MnO-Al₂O₃-SiO₂类夹杂物的成分控制在塑性区内的。

     

X80管线钢精炼过程夹杂物形成与演变

通过工业试验取样研究了X80管线钢精炼过程夹杂物的类型、尺寸、成分等变化规律,并结合FactSage8.1软件对钙处理和钢液冷却凝固过程夹杂物的演变机理进行了热力学计算分析.试验结果表明,LF精炼结束时夹杂物主要为MgO–Al₂O₃和MgO–Al₂O₃–CaO,数量占比分别为25%、75%,其尺寸主要分布在1～5μm之间,且1～2μm和2～5μm的夹杂物比例分别为56.0%、37.3%;RH精炼中T[O]、[N]质量分数分别由LF精炼结束时的0.0022%、0.0059%降低至0.0010%、0.0035%,夹杂物数量密度由LF结束约23.07 mm–2降低至7.44 mm–2,夹杂物去除率约67.8%;钙处理时,夹杂物主要为MgO–Al₂O₃–CaO和CaS–Al₂O₃–CaO系,夹杂物中CaS平均质量分数由RH精炼结束时的8%增加至36%,CaO平均质量分数由24%减少至12%;软吹结束时,尺寸<40μ...     

转炉冶炼石油套管钢34Mn5、37Mn5的生产实践

国内石油套管钢一直采用电炉生产，而天津钢铁有限公司近期采用转炉冶炼34Mn5、37Mn5石油套管钢。试制中按工艺要点控制，圆坯的成分和低倍组织符合质量要求，未出现因铸坯质量造成成品管缺陷及性能不合格。同时，对转炉生产首批含铝钢的冶炼操作情况和遇到的一些问题，进行了分析总结。     

SPHE-B钢BOF-RH-CC过程夹杂物演变分析

通过定量金相分析的方法,对涟钢210转炉厂SPHE-B钢水中夹杂物在BOF-RH-CC过程中的演变规律进行了研究,结果显示10μm以下的较小颗粒夹杂物数量在氩站进站至RH脱氧前过程中大幅下降,在RH脱氧过程中大幅上升,RH脱氧后至中间包过程又大幅下降,而10μm以上的较大颗粒夹杂物数量总体呈缓慢下降趋势。研究结果表明,合理的吹氩、RH及中间包操作制度对降低钢水中夹杂物和提高钢质作用十分显著。     

BOF-LF-VD-CC过程35MnB钢中夹杂物的演变分析

夹杂物对高品质特殊钢的服役性能有显著影响,但国内外对冶炼过程35MnB钢中夹杂物的演变行为尚不明晰。通过采用扫描电镜和FactSage热力学计算等方法和手段,对Al粒+SiC扩散脱氧(1号工艺)和SiC扩散脱氧(2号工艺)生产的35MnB钢冶炼过程钢成分、渣成分及钢中夹杂物的演变行为进行研究。结果表明,1号工艺精炼过程会出现钢水增硅,不同扩散脱氧工艺铸坯中的全氧和氮质量分数差别不大,全氧质量分数分别为11.9×10^-6和11.6×10^-6。35MnB钢中主要存在尺寸小于5μm的氧化物、硫化物或TiN夹杂物。夹杂物种类主要受沉淀脱氧工艺影响,受扩散脱氧工艺影响较小。冶炼过程夹杂物的演变规律为:Al₂O₃(氩站)→CaO-MgO-Al₂O₃(LF精炼)→CaO-MgO-Al₂O₃-CaS(软吹)→CaO-MgO-Al₂O₃-CaS或CaO-Al₂O₃-CaS(铸坯),夹杂物演变规律与热力学计算结果相符。     

Ce对低碳高强度钢液夹杂物变性的研究

用真空感应炉在800 Pa的Ar气氛中把3.0 kg工业纯铁与合金元素熔化,在1 873 K加入Ce元素精炼10min,制备4种0.08C-0.6Si-0.45Mn-0.3Cu-0.09P-xCe的钢样。用化学成分、SEM和EDS表征结果,研究该体系中洁净度和夹杂物的变化。结果表明[Ce]为0时,夹杂物为MnS-MgO-Al2O3系;[Ce]为0.008%～0.020%时,夹杂物为MgO-Al2O3-Ce2O2S系;[Ce]为0.043%时,夹杂物为FePCe-Ce2O3系,且把7μm以上形状不规则的夹杂物变为2μm球状,甚至转变为0.3μm以下的球形夹杂物,钢材基体上夹杂物残留面积减少58.1%,且尺度均小于3μm。钢液深度净化的原因是,Ce脱O、S后生成的夹杂物上浮、排除,不同类型夹杂物的成因与其形成的热力学条件相关。     

Al2O3夹杂物在钢-渣界面处的运动特性及去除率

通过理论计算和分析,研究了夹杂物颗粒在钢-渣界面处夹杂物去除层内的运动特性及去除率。结果表明:在夹杂物去除层内,Al2O3夹杂物颗粒的布朗扩散上浮临界尺寸为1.33μm,直径小于临界尺寸的夹杂物颗粒很难上浮去除;布朗碰撞的优势区域主要是直径为2.5μm以下的夹杂物颗粒之间以及直径为2.5～5μm夹杂物颗粒与0.5μm以下的微小颗粒之间的碰撞;直径为20～150μm的夹杂物颗粒在钢-渣界面去除层中9min内很容易完全上浮去除,而直径小于10μm的夹杂物颗粒去除率很低且升高缓慢,是提高钢液洁净度的主要控制对象。     

37Mn5圆坯表面气孔原因分析与控制

分析了37Mn5圆坯表面气孔形成的机理和影响因素,认定钢水脱氧不良造成钢中气体含量高、保护渣绝热保温性能差、结晶器电磁搅拌强度弱是产生37Mn5圆坯表面气孔的主要原因.通过改进转炉脱氧工艺,保持物料干燥,控制钢中气体含量;减少保护渣熔剂和配碳量提高绝热保温性能;增大电磁搅拌频率和电流以及低拉速变渣线操作等措施的实施,使37Mn5圆坯表面气孔缺陷得到了有效控制.