钙处理对硅脱氧弹簧钢55SiCr氧化物夹杂的影响

摘要：为了将硅脱氧弹簧钢中SiO2类高熔点硬质夹杂改性成低熔点夹杂物,在炼钢生产中进行了钙处理试验。利用FEI Explorer 4自动扫描电镜对硅脱氧弹簧钢55SiCr在正常工艺与钙处理工艺处理后的铸坯、盘条中氧化物夹杂的成分、尺寸、数量、形貌进行检测,统计分析2种工艺下夹杂物尺寸、夹杂物轧制变形性的差异,并通过弹簧钢丝Nakamura旋转弯曲疲劳测试对比2种工艺下夹杂物控制水平。分析结果表明：硅脱氧弹簧钢55SiCr钙处理工艺后氧化物夹杂主要为CaO SiO2 (CaS)类,尺寸较大,且此类夹杂物在盘条轧制过程中不易变形细化,最终恶化弹簧钢疲劳性能;正常工艺处理后氧化物夹杂尺寸随着夹杂物中Ca含量升高有增大倾向,CaO SiO2 Al2O3系相图中方石英、磷石英与莫来石交界区的夹杂物轧制变形性优于假硅灰石和钙长石共熔区的夹杂物。     

钙处理对硅脱氧弹簧钢55SiCr氧化物夹杂的影响

为了将硅脱氧弹簧钢中SiO_2类高熔点硬质夹杂改性成低熔点夹杂物,在炼钢生产中进行了钙处理试验。利用FEI Explorer 4自动扫描电镜对硅脱氧弹簧钢55SiCr在正常工艺与钙处理工艺处理后的铸坯、盘条中氧化物夹杂的成分、尺寸、数量、形貌进行检测,统计分析2种工艺下夹杂物尺寸、夹杂物轧制变形性的差异,并通过弹簧钢丝Nakamura旋转弯曲疲劳测试对比2种工艺下夹杂物控制水平。分析结果表明:硅脱氧弹簧钢55SiCr钙处理工艺后氧化物夹杂主要为CaO-SiO_2-(CaS)类,尺寸较大,且此类夹杂物在盘条轧制过程中不易变形细化,最终恶化弹簧钢疲劳性能;正常工艺处理后氧化物夹杂尺寸随着夹杂物中Ca含量升高有增大倾向,CaO-SiO_2-Al_2O_3系相图中方石英、磷石英与莫来石交界区的夹杂物轧制变形性优于假硅灰石和钙长石共熔区的夹杂物。     

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。     

55SiCr弹簧钢RH真空脱气过程中夹杂物的去除行为

利用Aspex Explorer夹杂物快速分析仪对55SiCr弹簧钢RH处理过程中T.O含量以及夹杂物的形貌、成分、数量、尺寸大小进行了系统研究。结果表明,钢水的T.O含量和夹杂物数量随RH真空处理时间的增加而降低,但降低速度越来越慢。RH真空处理过程中夹杂物主要为球状、含有少量MgO的SiO2-Al2O3-CaO系夹杂物,其成分向SiO2含量增加、Al2O3含量降低的方向移动,且逐渐转变为液相夹杂物。真空处理25min时,夹杂物的去除率分别达到86.24%和87.85%。1~9μm的小颗粒夹杂物数量随真空处理时间的增加而减少,而尺寸大于9μm的夹杂物数量则先增加后减少,RH真空处理时间为15min时达到最大值。     

疲劳性能不合格的38Si7弹簧钢夹杂物分析

  针对工业生产38Si7弹簧钢疲劳强度不合格的问题,借助光学显微镜和扫描电镜,并结合数学理论模型,从夹杂物的角度分析38Si7弹簧钢疲劳强度不合格的原因。研究结果表明：工业生产38Si7弹簧钢中的夹杂物主要组成为CaO(MgO) Al2O3 SiO2三元复合夹杂物,而且圆截面上中心区域复合夹杂物中Al2O3的含量明显低于外层复合夹杂物中Al2O3的含量;根据夹杂物等效投影面积模型得出,当疲劳失效为内部起裂时,临界夹杂物尺寸大约为6.5μm,当疲劳失效为表面起裂时,临界夹杂物尺寸大约为5.5μm。当弹簧钢中的夹杂物尺寸大于临界夹杂物尺寸时,容易造成疲劳强度失效。     

关于钢洁净度指数的讨论

首先从高品质钢的洁净化、精准化、均质化和细晶化四个方面引申出了钢中非金属夹杂物的问题,阐述了"非金属夹杂物不是钢的所有问题,但所有钢都有非金属夹杂物的问题"、"非金属夹杂物是钢的天然成分,可以通过研究非金属夹杂物的生成机理来确定其控制方略,进而改善钢的质量"等重要观点。讨论了总氧含量(T.O)作为钢洁净度指数的不足之处,进而提出了钢的洁净度指数(I_c=xT.O+y(Al_2O_3)),即对于铝脱氧钢,式中y为零,夹杂物的控制主要强调钢中T.O含量要低;对于硅锰脱氧钢,式中x为零,夹杂物的控制主要强调夹杂物中的Al_2O_3含量要低。基于此洁净度指数,总结了多种钢的洁净度和非金属夹杂物的控制目标。文中还讨论了稳态浇铸与非稳态浇铸对钢洁净度的影响,提出了钢水洁净度水平最好的情况是非稳态持续时间短,且钢中非金属夹杂物控制水平好。最后讨论了钢中非金属夹杂物数量和个数表征的几个经典问题,包括如何计算夹杂物的平均含量和平均尺寸、夹杂物尺寸组的大小和数量的关系、如何把二维的夹杂物尺寸分布结果转化为三维的结果。     

1950MPa级弹簧钢55SiCrA疲劳断口夹杂物来源分析

采用SEM-EDS对1950 MPa级油淬火钢丝Nakamura旋转弯曲疲劳断口和弹簧疲劳断口宏观夹杂物的成分及尺寸分布进行检测,借助ASPEX Explorer自动扫描电镜对弹簧钢55SiCrA盘条显微夹杂物成分、尺寸及分布进行检测统计。通过对比发现,疲劳断口宏观夹杂物与钢中显微夹杂物成分近乎一致,表明其主要来源为脱氧产物和钢渣反应产物。并根据断口夹杂物的尺寸分布特点推测此疲劳条件下夹杂物的临界尺寸为20μm,最后指出采用夹杂物的塑性化生产工艺,借助结晶器流场优化提高铸坯表层洁净度是后续改进方向。     

硅脱氧弹簧钢55SiCr旋转弯曲疲劳断口中外来夹杂物的研究

借助SEM-EDS分析1 950 MPa级汽车用悬架弹簧钢丝硅脱氧55SiCr钢的旋转弯曲疲劳断口中疲劳源宏观夹杂物的尺寸、距表面距离与成分。利用FEI Explorer 4自动扫描电镜对硅脱氧55SiCr盘条内生夹杂物成分分布进行检测统计,对比分析认为疲劳断口宏观夹杂物主要是外来夹杂物。通过采用盘条凝固枝晶显示方法,判断了这些外来夹杂物在连铸坯上的分布特点。研究结果表明:外来夹杂物主要来自于结晶器保护渣卷入、水口耐材和中间包渣线耐材的侵蚀剥落;疲劳断口上的外来夹杂物在铸坯中主要分布在大方坯内弧角部位置。     

稀土铈对55SiCr高应力弹簧钢夹杂物的改性作用

 55SiCr高应力弹簧钢主要用于制造交通工具的气门、悬架和制动弹簧,钢中的大颗粒复合夹杂物所引起的疲劳破坏和长条形MnS所造成的各向异性与氢致裂纹敏感性等是降低弹簧服役寿命的重要原因。从冶炼环节对此类夹杂物进行改质改性并使其细小、无害化是提高弹簧服役性能的重要途径。基于高温管式炉冶炼试验并结合SEM、EDS检测和热力学计算等方法探究了稀土铈对55SiCr钢中夹杂物的改性机制以及铈含量对夹杂物的影响规律。结果表明,钢水中加入铈后,首先生成大量小尺寸稀土夹杂物;随着反应进行,夹杂物数量逐渐减少,大多数夹杂物得以上浮去除。适量铈可以起到净化钢液作用。此外,铈的添加量对夹杂物特性影响很大。当铈添加量为0.02%时,钢中的夹杂物主要为被铈不同程度改性的MnS夹杂以及Ce-O-S、Ce-S类夹杂,尺寸大多为1~3 μm,呈球形或椭球型;当铈添加量增加至0.26%时,MnS夹杂消失,形成大量有棱角、不规则的Ce-O和Ce-O-S类夹杂,对钢的疲劳性能将产生不利影响。铈通过3种方式改性MnS夹杂, 从MnS四周向内扩散进行、从MnS夹杂物一侧改性以及从MnS中部开始改性。从控制夹杂物无害化角度,建议适宜的稀土添加量为0.01%~0.02%,此时钢中铈质量分数为0.009%~0.014%。     

自动统计在夹杂物分析过程中的应用

摘要：为了探明夹杂物自动分析设备在夹杂物统计过程中的准确性，利用夹杂物自动分析和手工统计分析的方法对夹杂物的尺寸、数量和种类进行统计表征，对比分析了2种分析方法在稀土钛处理钢中结果的差异。研究结果表明：夹杂物自动分析不适用于含稀土钢中夹杂物数量和尺寸的统计分析，但对于夹杂物中不同成分组元的含量和面积分数的统计，夹杂物自动分析的结果是准确的。原因主要是自动分析会将一个夹杂物内部成分差异较大的不同区块认定为2个或多个小夹杂物，导致统计得到的夹杂物数量偏高，尺寸偏小，复合夹杂物数量偏少。     

贝氏体钢生产流程中典型夹杂物变化规律

贝氏体钢轨强度高、塑性好，具有优良的抗接触疲劳和耐磨性，被誉为“21世纪的钢轨钢”,但贝氏体钢生产工艺具有一定的特殊性，钢中的夹杂物严重影响钢轨的塑性、韧性以及抗疲劳性能。为了研究贝氏体钢中典型夹杂物的变化规律，以国内某钢厂150 t转炉→双150 t LF→VD脱气→280 mm×380 mm方坯连铸生产的贝氏体钢为研究对象，对生产全流程取样，结合氧氮分析、钢液成分分析和非金属夹杂物分析，研究典型夹杂物的来源和形成机理。研究结果表明，贝氏体钢生产过程中氧氮含量持续降低，浇铸末期钢中氧、氮质量分数分别为0.000 8%和0.004 0%;一次LF化渣后夹杂物为CaO-SiO₂-Al₂O₃,主要是合金、脱氧剂和白灰带入的Ca、Al_s与钢中的氧或氧化物发生反应的脱氧产物；一次LF合金化后，夹杂物为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO,夹杂物中CaO和MgO含量增加，Al₂O₃含量降低；二次LF进...     

Ce含量对EH40船板钢热影响区夹杂物的影响

利用夹杂物自动分析系统在实验室中研究了钢中Ce含量对热影响区夹杂物演化的作用。结果表明,随着钢中Ce含量的增加,夹杂物的数量密度、平均尺寸和以Al_2O_3为核心的复合夹杂物比例都减少,夹杂物中Ce的含量和含Ce夹杂物的比例都增加,典型夹杂物核心由Al_2O_3+Ce_2O_3变为Ti_2O_3+Ce_2O_3,外部都析出MnS。当钢中Ce质量分数大于140×10~(-6)时,出现以Ti-Ce复合氧化物为核心的夹杂物。随着夹杂物中Ce含量的增加,钢中夹杂物的尺寸减小。Ce氧化物冶金工艺对夹杂物的细化作用明显。     

洁净钢簇状夹杂及氩气泡检测方法

0 前言 随着洁净钢生产技术的发展和高附加值产品的开发,对钢中夹杂物的控制越来越严格,这就要求有一种能准确检测和评价洁净钢中夹杂物的方法.钢中夹杂物传统分析方法有:电解法检测氧化物夹杂和MnS夹杂含量;光学显微镜观察法检测夹杂物形貌和评级;电子探针法或扫描电镜检测夹杂物的组成;光学显微镜配合专门的分析软件检测夹杂物的粒度分布.这些检验方法已经不能满足洁净钢生产的需要.     

25MnBM履带板用钢非金属夹杂物控制工艺研究

采用50 t电弧炉短流程生产25MnBM履带板用钢。研究了钢中TiN夹杂物的控制工艺及稀土对25MnBM钢中非金属夹杂物的影响。通过降低钢中氮含量至70×10^-6以下及优化连铸工艺,TiN夹杂物的数量及尺寸得到了大幅度的改善。通过添加稀土,研究稀土对25MnBM履带板用钢非金属夹杂物的影响,试验结果表明:按0.20～0.25 kg/t_钢加入稀土后,可使非金属夹杂物总面积减小,最大夹杂物尺寸和夹杂物平均尺寸减小,对钢起到了较好的净化作用。     

60Si2MnA弹簧钢炼钢过程的洁净度变化

对"BOF→LF→CC"流程铝脱氧造较高碱度精炼渣工艺生产60Si2MnA弹簧钢冶炼过程的洁净度进行了调研分析,并从理论上分析了冶炼过程钢中T.O、氮含量和夹杂物数量、尺寸及类型的转变过程。结果表明:冶炼过程钢中T.O含量逐渐降低,氮含量增加,盘条中平均w(T.O)=14.5×10-6,w(N)=30.4×10-6。夹杂物类型变化为Al2O3-SiO_2→Al2O3-SiO_2-Mg O-CaO四元复合夹杂物→Al2O3-SiO_2-MgO-CaO-CaS五元复合夹杂物。控制钢中w(Al)=0.03%左右,钙处理后钢水w(Ca)/w(Al)=0.08~0.11,Al2O3夹杂物能得到充分变性,形成的四元夹杂物处于较低熔点区,而五元夹杂物因含较多高熔点CaS而偏离低熔点区。     

弹簧钢中夹杂物生成热力学

揭示了弹簧钢全流程中非金属夹杂物的形貌和成分转变。初始钢中夹杂物主要为Al_2O_3-SiO_2-MnO-CaO,合金化后夹杂物转变为MgO-Al_2O_3。随着精炼的进行,夹杂物逐渐转变为Al_2O_3-MgO-SiO_2-CaO。最终铸坯中主要夹杂物为Al_2O_3-MgO-SiO_2-CaO,同时有硫化物和氮化物析出。系统地计算了1 873 K下一元脱氧钢中Al、Si、Mg和Ca与O的热力学平衡关系和二元脱氧钢中Al-Mg、Al-Si、Si-Mn和Al-Mg-Ca脱氧夹杂物的生成区域。可为弹簧钢脱氧过程脱氧剂的加入,钢液中溶解氧含量的控制,以及弹簧钢中不同夹杂物的生成和控制提供理论指导。     

转炉--CAS--连铸工艺生产低碳铝镇静钢中非金属夹杂物的研究

采用添加示踪剂方法研究了转炉— CAS精炼—连铸工艺生产的低碳铝镇静钢中的非金属夹杂物 ,发现出钢或 CAS精炼过程钢包炉渣与钢液作用生成的夹杂物 ,其中尺寸在 30 μm以下的夹杂物很难从钢液中完全上浮排除。铸坯中主要的非金属夹杂物为来源于钢包炉渣与钢液作用生成的球形夹杂物、块状 Al2 O3夹杂物和簇群状 Al2 O3夹杂物。连铸坯 T[O]在 ( 1 4～ 1 7)× 1 0 - 6之间 ,非金属夹杂物含量在 2 .3mg/ 1 0 kg左右 ,表明该工艺可以生产较高洁净度的低碳铝镇静钢铸坯。     

风电钢钢中夹杂物探讨

文章介绍了八钢风电钢生产的工艺优化,系统性分析了LF精炼、RH真空处理、连铸浇铸过程钢水中氧氮变化、夹杂物的组成变化、夹杂物的数密度和面密度变化及不同夹杂物百分数变化。得出八钢风电钢洁净化水平为钢中氧含量≤12×10~(-6)、氮含量≤50×10~(-6),夹杂物数量≤20个/mm~2,10μm以上夹杂物约占2%。     

高碳钢82B微镁处理工艺研究

以生产钢绞线用高碳钢82B为研究对象,研究了镁处理对于高碳钢中夹杂物的改性效果。研究表明,高碳钢82B经过镁处理后,钢中的非金属夹杂物成分和尺寸均发生明显变化。夹杂物由镁处理前的CaO-SiO_2-Al_2O_3系复合夹杂物转变为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO系,夹杂物中SiO_2含量明显降低。随着钢中Mg含量的增加,盘条中小于3μm的夹杂物数量显著增加,大于5μm的夹杂物数量显著降低。镁处理后盘条的抗拉强度提高了17%左右。热力学计算表明,夹杂物中MgO含量增加可扩大夹杂物液相区面积,但MgO质量分数不宜高于22%。因此,依靠镁处理工艺来细化钢中的夹杂物,可以显著降低高碳钢盘条拉拔过程中非金属夹杂物的危害,生产出高质量的钢绞线产品。     

150t 顶底复吹转炉-150 t钢包炉生产60Si2Mn(A) 弹簧钢的 工艺和质量

采用150 t顶底复吹转炉-150 t LF精炼(加铝1．2 kg／t、钡合金1．0 kg／t、Ar气搅拌、喂SiCa线)-165 mm×165 mm方坯连铸机生产60Si2Mn(A)弹簧钢。LF末期钢中氧含量为(15～25)×10^-6,残余铝含量0．020％-0．030％。铸坯的低倍组织、二次枝晶间距和电解夹杂物分析结果表明,铸坯的组织致密;钢中大部分夹杂物为尺寸≤20μm的颗粒状SiO₂、球形(Mn,Fe)O·SiO₂和MnS,说明钡合金的使用,有利于降低钢中氧含量和改变夹杂物的形态。