20mm薄板坯试制高牌号无取向硅钢的组织性能研究

采用薄板坯工艺制备了厚度为20 mm的2.9%Si-0.77%Al无取向硅钢铸坯,经热轧、常化、冷轧、退火后,对其显微组织、析出物、磁性能进行了检测分析,结果表明:铸带为穿晶组织,热轧板表层为细小的再结晶晶粒,中心层为粗大的变形晶粒,热轧板常化后再结晶完全,成品板为等轴晶组织。成品析出物主要是Al N和(Mn S+Al N)复合析出物,尺寸较粗大,为0.5~2.5μm。成品磁性能为P15=2.86 W/kg,B50=1.70 T。     

知识问答

<正>电工钢热轧工艺的特点是什么?答:不同类型的电工钢有不同的工艺路线。a.取向硅钢的热轧。取向硅钢采用高温加热、高温轧制、高终轧温度和低温卷取的三高一低工艺制度。a)高温加热制度。Mn S和Al N的固溶程度,对GO钢和Hi-B钢的磁性起决定性作用。实验证明,铸坯加热温度越高,磁性就越好。为使抑制充分固溶,实际上铸坯的加热温度     

取向硅钢中含铜抑制剂的固溶析出行为

含铜抑制剂作为取向硅钢的主抑制剂或辅助抑制剂不仅可以抑制初次晶粒的长大,促进二次再结晶,还可以降低铸坯的加热温度。取向硅钢中主要抑制剂为10～50 nm Cu₂S,在钢的铸坯、热轧、冷轧、脱碳等工艺过程均可析出;(Cu,Mn)_1.8S、Cu_1.8S、ε-Cu等主要作为辅助抑制剂,尺寸一般为30～50 nm(或大于50 nm),主要在热轧阶段析出。总结了国内外有关取向硅钢中含铜抑制剂析出行为的研究进展,当前主要研究不同生产流程和工序中含铜抑制剂的析出行为和作用机理。     

锰含量对无取向硅钢夹杂物析出的影响在线观察

借助高温激光共聚焦显微镜,在线观察了不同Mn含量下无取向硅钢试样中的夹杂物析出、变化情况。结果表明,Mn含量为0.77%、0.32%时,对应试样的夹杂物数量分别为1 000万个/mm3、1 600万个/mm3。其中,0.77%Mn含量试样,夹杂物在1 115~1 098℃、1 068~1 032℃析出;0.32%Mn含量试样,夹杂物在1 086~1 068℃析出。0.77%Mn含量试样,优先析出球形、椭球形Mn S夹杂,其析出夹杂数量较少,尺寸较大,能有效抑制Al N、CuxS夹杂析出;0.32%Mn含量试样,优先析出相当数量Mn S夹杂,并作为Al N夹杂析出核心,形成Mn S+Al N复合夹杂。这种复合夹杂物数量较多,尺寸也较大。     

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。     

RH精炼脱氧方式对含铝无取向硅钢夹杂物的影响

氧元素是硅钢中的有害杂质,RH精炼脱氧方式对氧含量的控制有重要影响。结合大生产含铝无取向硅钢的实际情况,研究了RH精炼脱氧方式对无取向硅钢夹杂物的影响。结果表明,RH精炼采用"先硅后铝"脱氧方式对应的钢中氧含量高于"先铝后硅"脱氧方式。采用"先硅后铝"和"先铝后硅"脱氧方式时Si、Al元素平均收得率分别为90.7%、78.2%和97.5%、63.7%,前者的脱氧效果要优于后者。从磁性控制角度而言,采用"先硅后铝"脱氧方式对磁性更为有利。采用"先硅后铝"和"先铝后硅"脱氧方式,对应的夹杂物种类分别以Mn S+CuxS复合夹杂和以单个的Al N以及Mn S+Al N复合夹杂为主,两者平均尺寸分别为0.73μm和0.38μm。     

双辊连铸3%Si无取向硅钢铸带特征

针对传统工艺生产硅钢周期长、能耗大等缺点,采用双辊连铸工艺制备3%Si无取向硅钢连铸薄带,利用MEM,SEM和TEM观察了铸带的组织、织构及析出物,同时对比了Al的质量分数为0.6%和0.9%的连铸薄带在组织、织构及析出物特征方面的异同.结果表明:双辊连铸工艺生产的3%Si无取向硅钢铸带的组织为均匀等轴晶粒,平均晶粒尺寸约为300μm;织构组成随Al质量分数的不同具有明显差别,Al质量分数为0.9%的铸带中{100}织构强度是随机织构的7倍;铸带中的析出物为A1N和MnS,最大尺寸分别为500和50nm左右.     

无取向硅钢W800生产过程中夹杂物演变规律

 针对210 t BOF- RH- CC工艺生产的无取向硅钢W800,采用氧氮分析仪、扫描电镜、图像分析、大样电解的手段,研究W800生产工艺过程中钢水洁净度的变化及钢中夹杂物数量、尺寸、类型的演变规律。研究表明：钢中w（T［O］）总体上逐渐降低,w（［N］）逐渐增加;钢中夹杂物尺寸大部分集中在0～3 μm,在冶炼过程中夹杂物的数量不断减少;RH精炼过程中钢中夹杂物为Al2O3和少量MgO- Al2O3夹杂;中间包中MgO- Al2O3夹杂数量增加,单独Al2O3夹杂减少;铸坯中的夹杂物主要为AlN、Al2O3和MnS,尺寸在10 μm以下,没有发现单独的Al2O3,铸坯中大型夹杂物主要为脱氧产物、卷入的炉渣与炉衬反应形成的Al2O3- SiO2、CaO- Al2O3- SiO2、CaO- MgO- Al2O3复合夹杂。     

Ti-IF钢凝固过程中TiN的析出机理和规律

结合冶金热力学和凝固偏析模型分析了Ti-IF钢凝固过程中TiN的析出特点.Ti-IF钢凝固前期钢液中TiN夹杂无法生成,固相中TiN源自低温固相析出;凝固固相分数达到0.64时,Ti、N组元在凝固前沿富集程度增加,凝固前沿固相中开始有TiN析出;凝固末期,Ti和N的富集程度进一步增大,固液相中均能有TiN析出.采用扫描电镜分析了TiN在铸坯中的分布,从铸坯表层到中心TiN数量和尺寸存在显著变化:从铸坯表层向中心方向TiN尺寸不断增大,平均尺寸从1-2μm增大到5μm,在距离表层70-80 mm处尺寸达到最大;在铸坯厚度中间位置,TiN尺寸较大,平均尺寸为5μm左右;在铸坯中心TiN尺寸又有所变小,平均尺寸为3μm左右;在铸坯表层TiN密集程度较高,在铸坯中间和中心TiN数量密集程度显著降低.IF钢铸坯中TiN析出时机及其尺寸和数量与Ti、N组元偏析和凝固冷却速度关系密切.      

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。     

超低碳汽车外板BH钢炼钢过程中夹杂物的演变

 为了研究超低碳钢炼钢过程中夹杂物的具体演变规律,利用夹杂物自动分析系统研究了硫质量分数分别为0.010%和0.015%的两炉次(S100炉次和S150炉次)超低碳汽车外板烘烤硬化钢(bake hardening steel,简称BH钢)从RH终点到铸坯过程中夹杂物形貌、成分、数量、尺寸的演变,并利用X射线荧光光谱仪和X射线衍射仪结合RH精炼渣和中间包覆盖剂熔渣的成分进行对比分析。结果表明,BH钢中夹杂物的主要类型为Al2O3、MnS、Al2O3+MnS和含硅类夹杂物(其中含硅类夹杂物主要是Al Si O夹杂,不包括纯硅、SiC、SiO2)。由于BH钢中锰和硫质量分数较高,凝固过程中MnS大量析出,使得铸坯中MnS夹杂物数量密度和夹杂物总数量密度显著增加。硫质量分数为0.010%和0.015%的两炉次钢在RH和中间包中MnS夹杂物数量密度无明显差异,由于MnS主要在凝固过程中析出,S150炉次在铸坯中的MnS明显多于S100炉次。精炼渣中w(（FeO+MnO）)较高,w(（CaO）)/w(（Al2O3）)比低,会导致RH终点Al2O3夹杂物较多。在浇注过程中,引流砂的流入会导致中间包覆盖剂熔渣中SiO2质量分数增高,造成钢液中Si Al O等夹杂物的数量密度明显增加。结晶器过程中Al2O3夹杂不断聚集长大、上浮去除,使铸坯中Al2O3和Al2O3+MnS夹杂物数量密度减少,尺寸增大。     

RH脱氧工艺优化对W470无取向硅钢洁净度的影响

对江苏沙钢集团有限公司RH处理W470无取向硅钢脱氧工艺进行了优化研究。试验结果表明,RH终点钢水w(T.O)由(20~30)×10-6降至(15~20)×10-6,硅和锰氧化量减少,含SiO2、MnO类大尺寸复合夹杂的数量大幅度减少;铸坯中大尺寸复合夹杂数量进一步减少,电镜观察20μm以上夹杂物数量及最大夹杂物尺寸均大幅度降低;但由于顶渣T.Fe含量偏高,对钢水存在一定的二次氧化,铸坯中小尺寸Al2O3类夹杂数量依然较多。此外,工艺优化后,合金中硅和锰元素的收得率均有所提高。     

铌对取向硅钢中析出物固溶温度的影响

选用含铌0.09%和不含铌的两种铸坯,将铸坯分别加热至不同温度,并保温30 min后进行淬火处理,利用JEM-2011透射显微镜对试样的显微组织进行观察,同时在扫描电镜下确定铸态组织中黑色物质的形貌,通过观察析出物在不同温度下的数量分布情况,分析比较取向硅钢在含Nb和不含Nb两种状态下析出物的固溶温度。结果表明:含铌取向硅钢铸坯的晶粒尺寸与不含铌铸坯的晶粒尺寸相比更加均匀细小,铌元素有阻碍晶粒长大的作用;含Nb取向硅钢中析出物的完全固溶温度在1 250～1 300℃,不含Nb的析出物完全固溶温度在1 300℃以上,说明Nb能够明显降低析出物的完全固溶温度。     

Q345B钢板坯延迟断裂原因与控制措施

对出现横向断裂的Q345B钢连铸板坯的断口进行了宏观形貌分析、横向及纵向低倍分析和微观形貌分析,以研究板坯横向断裂的原因。结果表明:Q345B钢连铸板坯中存在严重的中间裂纹;断口整体表现为脆性解理形貌,断口处存在大量白点和氢致裂纹,断口的自由晶面存在碳氮析出物和含磷化合物的析出物。在钢液凝固过程中,钢液中氢原子及析出物在铸坯的中间裂纹处富集析出并产生体积变化导致了铸坯的横向断裂。通过降低钢液中H、N、O、P、S的含量和加强连铸机设备维护和检修,保持良好的对弧精度等措施可以防止铸坯断裂。     

含硫齿轮钢SAE8620H热轧棒材夹杂物

 以EAF电炉—LF精炼炉—VD真空精炼炉—LF精炼炉—CC连铸工艺流程生产含硫齿轮钢SAE8620H热轧棒材,利用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪分别对棒材横纵截面的边缘部位、1/2半径处和中心部位的夹杂物进行了检测,综合分析了夹杂物的尺寸、数量、分布以及形貌和成分。结果表明：含硫齿轮钢SAE8620H热轧棒材中的夹杂物主要有单独硫化锰和核心主要是Al2O3和MgO-Al2O3,外围是MnS或者（Ca、Mn）S的氧硫复合夹杂物;从边缘到中心,夹杂物总数递增,氧硫复合夹杂物比例递减;棒材横截面上夹杂物大部分小于2μm,长宽比小于3;棒材纵截面上夹杂物平均长度为11μm,边缘部位夹杂物平均长度较中心部位短3μm,纺锤状夹杂物的比例占30%。     

脱氧工艺对硅钢连铸坯非金属夹杂物的影响研究

 研究了Al+FeSi以及FeSi两种不同脱氧工艺对硅钢铸坯中非金属夹杂物的影响。通过合理的试验设计并运用T［O］含量测定、金相分析、SEM及EDS等研究手段,对铸坯中的夹杂物进行了分析,研究表明Al+FeSi复合脱氧不仅比FeSi脱氧具有更强的脱氧能力,且能使铸坯中的夹杂物在尺寸和数量上有明显降低,夹杂物的特征也由Si O Al Mn Ti Fe系变性为以尺寸＜5 μm的Al2O3夹杂为核心、包覆Al Si S Mn Ca Ti Fe O系的复合夹杂。     

不同成分体系无取向电工钢中夹杂物和析出物对比

采用ASPEX自动扫描电镜和场发射扫描电镜,分析了不同铝、硅质量分数的无取向电工钢中的夹杂物和析出物的种类和形貌特征。采用FactSage热力学软件对夹杂物和析出物的形成进行了热力学分析。随着无取向电工钢中铝质量分数增加,氧化物类型转变规律为SiO2-Al2O3-MnO→Al2O3→MgO·Al2O3。对于铝脱氧无取向电工钢,氮化物类型为多边形的AlN。钢中铝质量分数和AlN的平均尺寸之间符合以下公式:{d}μm=3.75·[%Al]-0.57。随着铝质量分数增加,对耐火材料的侵蚀逐渐增强,钢中的镁质量分数逐渐增加。随着无取向电工钢中镁质量分数增加和硫含量降低,硫化物的转变规律为:(Mn,Cu)S→(Mn,Mg)S→MgS。     

轴承钢凝固过程TiN析出的研究

对轴承钢连铸坯中夹杂物进行了检测,发现铸坯中存在大尺寸的Ti N夹杂物。从热力学和动力学方面研究了凝固过程选分结晶对Ti N夹杂物析出的影响。热力学分析表明,液相线温度以上不会有Ti N析出;凝固过程由于凝固前沿Ti、N富集,当凝固率达到0.65~0.75后会有Ti N析出;降低Ti、N含量可推迟Ti N的析出,减小Ti N夹杂的尺寸和数量。动力学分析表明,随着冷却速度的降低,凝固过程Ti N夹杂物的尺寸显著降低,当冷速高于50K/s时,Ti N的理论半径为2.4μm,当冷速低于5 K/s时,Ti N的理论半径在7.6μm以上;完全凝固后铸坯冷却过程析出的Ti N为纳米级。实际铸坯表层未发现等效半径大于2.5μm的Ti N,1/4和中心处观察到的最大Ti N等效半径分别为6.77μm和8.46μm,这表明铸坯中大尺寸Ti N夹杂物是在凝固过程析出的。     

钙处理对无取向硅钢中非金属夹杂物的影响

采用电解法和扫描电镜研究了300 t转炉-RH精炼钙处理对无取向硅钢板(%: ≤0.005C、1.2～2.2Si、0.2～0.6Mn、≤0.20P、≤0.005S、0.2～0.6Al、0～0.01Ca)中夹杂物的影响。结果表明,钢中Al含量为0.25%和0.35%时,钢中溶解氧均小于1×10^-4%,钙处理后都会产生CaS夹杂物,尤其是含0.35%Al的钢水;钙处理可以有效减少钢中的夹杂物数量,尤其是0.5μm以下的微细夹杂物数量;钙处理后夹杂物的种类以AlN、CaS为主,同时还含有少量的氧化物夹杂物以及AlN-CaS复合夹杂物,尺寸主要为1.5～5.0μm。     

高拉速连铸低碳铝镇静钢铸坯中夹杂物

针对高拉速板坯连铸生产的低碳铝镇静钢铸坯,采用Aspex自动扫描电镜对铸坯表层夹杂物进行大面积的扫描分析,得到不同拉速下夹杂物的变化规律,并探究流场和S含量对夹杂物分布的影响.结果表明:随着拉速增大,钩状坯壳的深度和长度逐渐减小.对拉速大于2 m·min-1的铸坯,由于钩状坯壳不是很发达,铸坯表层没有发现大于200μm的夹杂物.铸坯表层尺寸介于50~200μm的夹杂物主要是由凝固坯壳所捕获,而夹杂物在凝固前沿的受力决定了夹杂物的捕获行为.随着拉速提高,凝固前沿的钢液流速增加,随着冲刷力的增加、捕获力的减少,夹杂物被捕获的数量减少.在高拉速连铸下,如果钢液中S含量较大,夹杂物受到明显的温度Marangoni力,会更容易被凝固坯壳捕获.