铝脱氧钢中尖晶石夹杂物的生成与转变

研究了140 t LD-LF-RH-CC流程冶炼超低氧钢时精炼过程铝脱氧钢中夹杂物的变化。试验钢出钢过程加足够的铝脱氧,以尽快降低钢液中溶解氧。为使Al₂O₃转变为钙铝酸盐夹杂,选用CaO-Al₂O₃精炼渣系,渣中含3.00%～8.42%SiO₂。结果表明,精炼时钢液中夹杂物的变化趋势为:纯Al₂O₃→尖晶石夹杂→CaO-Al₂O₃-MgO复合夹杂物,炉渣中8.42%SiO₂炉次夹杂物转变慢于3.00%SiO₂炉次;当炉渣CaO/Al₂O₃为1.60时,钢中夹杂物大多转变为低熔点CaO-Al₂O₃-MgO复合夹杂。精炼渣的成分控制应为(%):55～60CaO,35～40Al₂O₃, 5～10MgO。     

EAF→LF→VD→CC流程SAE8620RH齿轮钢中夹杂物分析

针对国内某钢厂采用EAF→LF→VD→CC流程生产的SAE8620RH齿轮钢中夹杂物,通过SEM-EDS和热力学计算研究了夹杂物的形成机理和演变规律。结果表明,钢中的复合夹杂物主要是以MgO·Al₂O₃为核心外部包裹CaS的复合形式存在。LF精炼初期夹杂物主要为MgO·Al₂O₃,外部包裹有少量的CaS;经过钙处理后,部分MgO·Al₂O₃被改性为液态钙铝酸盐;经VD真空处理后,MgO·Al₂O₃外部包裹的CaS比例明显增加;铸坯中MgO·Al₂O₃外部重新析出MnS,形成MgO·Al₂O₃-(Ca, Mn)S。当钢液中的w(Al)=0.03%时,w(Mg)=1.85×10^-6就可以生成MgO·Al₂O₃。在LF精炼初期,CaS主要是[S]和[Ca]直接反应生成...     

高速铁路车轴用25CrMoVNi超低氧钢RH精炼过程非金属夹杂物的行为

25CrMoVNi钢由120 t EAF-LF-RH脱气-φ600 mm圆坯连铸工艺生产,EAF出钢时加Al预脱气使[Al]s≥0.030%,并加入石灰造渣预精炼,LF精炼时炉渣表面加Al粒扩散脱氧,LF精炼渣的组成为（/%）:53~57CaO,10~13SiO₂,27~28Al₂O₃,6~9MgO,0.09~0.10MnO。RH脱气精炼结果表明,RH后T[O]由脱气前0.001 3%~0.001 5%降至0.000 5%;钢中TCa由0.001 9%降至0.000 9%~0.001 7%;夹杂物发生MgO·Al₂O₃→（MgO）z（CaO）x（Al₂O₃）y→（CaO）x（Al₂O₃）y的转变;最后以尖晶石类固相夹杂物数量迅速减少,以钙铝酸盐类的液相夹杂物数量呈现出先增加后减少,钢中夹杂物由6.7个/mm²下降至2.7个/mm²     

硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响

大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物容易引起轴承钢疲劳失效,大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的控制是生产高端GCr15轴承钢的关键因素之一。精炼过程中合金引入杂质元素、渣精炼和精炼过程中卷渣是铝脱氧轴承钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的主要潜在来源。硅铁合金通常用来提高轴承钢的淬火和抗回火软化性。本文通过实验室实验、样品分析和热力学计算,研究了硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响。硅铁合金主要由深色的硅相和浅色的硅铁相组成,钙元素在硅相和硅铁相的界面处以金属化合物形式存在。研究发现,加入硅铁合金后,钢中总钙（T.Ca）含量增加,钢中的Al₂O₃和MgO·Al₂O₃夹杂物被改性为CaO?Al₂O₃类夹杂物,夹杂物尺寸随着夹杂物中CaO含量增加而减小,钢中并未生成大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物。随着钢中T.Ca含量增加,夹杂物平均尺寸降低,钢中T.O含量增加,表明硅铁合金中金属钙元素不会直接引起钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的生成。但是生成的小尺寸固相CaO?Al₂O₃类夹杂物在水口处粘附结瘤,结瘤物脱落后会成为钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的来源之一。      

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。      

新型Al基复合脱氧剂脱氧效果研究

Al作为炼钢脱氧剂单独脱氧时易烧损,导致利用率较低;同时,其脱氧产物Al₂O₃熔点高,形状不规则,不易在脱氧过程中上浮排出,造成水口堵塞,恶化钢材质量.为了提高铝的脱氧效率,同时使脱氧产物Al₂O₃能快速从钢液中上浮排出,本文研究了一种以金属铝为有效脱氧组分,低熔点氧化物渣系为载体的新型复合脱氧剂.实验表明,使用该脱氧剂不仅可以保证钢液中溶解氧的质量分数在10×10-6以下,而且脱氧后钢中Al₂O₃夹杂物与纯Al脱氧相比尺寸更小、数量更少,较显著地提高了钢材的纯净度,具有良好的脱氧效果.      

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。     

超低碳铝脱氧钢中FeOx对水口结瘤的影响

 为研究含FeO_x结瘤物的形成和演变,使用扫描电子显微镜-能量色散光谱仪对超低碳铝脱氧含钛IF钢的水口结瘤物进行分析。结瘤物分为凝钢层和主体层。由于氧化物形貌和成分的差异,结瘤物主体层呈现出明显的分层现象,从水口本体至钢液方向依次为呈交织网状的细长条状Al₂O₃、点状分布的单颗粒Al₂O₃、连绵成片的FeO_x-Al₂O₃和点状分布的单颗粒Al₂O₃。凝钢边缘存在主要成分为FeO_x、Al₂O₃和FeO·Al₂O₃的FeO_x-Al₂O₃复合物薄层。FeO_x-Al₂O₃薄层中,靠近凝钢的部分其Al₂O₃含量较高,相对远离凝钢的部分其FeO_x含量较高。热力学计算结果表明,1 536 oC钢液中[O]质量分数大于0.041 0%时,钢液中可以生成FeO和FeO·Al₂O₃。当水口内部钢液发生二次氧化时,钢滴会先生成FeO_x-Al₂O₃复合氧化物,然后FeO_x与钢滴内部的[Al]反应生成Al₂O₃,同时FeO_x-Al₂O₃复合氧化物会黏附外部的Al₂O₃。FeO_x在水口结瘤中起到黏结剂的作用。     

复合脱氧方式对LG700钢中夹杂物的影响分析

为了研究钢中夹杂物的影响因素,采用两种不同的脱氧方法研究了合金加入顺序对LG700钢复合脱氧过程中夹杂物的影响。其中,方法Ⅰ为先加Al合金再加Si-Mn合金;方法Ⅱ为先加Si-Mn合金再加Al合金。通过对钢中氧氮含量及显微夹杂物进行分析,对脱氧产物生成过程进行推断。研究结果表明,转炉脱氧时合金加入顺序对钢水全氧含量不会有明显影响,但采用先加Si-Mn合金脱氧时,钢水中氮含量明显低于先加入Al脱氧的钢水;合金加入顺序对转炉初生夹杂的尺寸和成分均存在影响,导致其长大和去除速度存在差别,从而使得钢水中夹杂物的尺寸、成分以及粒径分布存在区别。根据试验结果,在采用方法Ⅱ脱氧时,更有利于钢中生成的Al₂O₃-MnO-SiO₂复合夹杂而被去除,从而降低钢中大尺寸夹杂物数量。     

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<...     

CaAl2合金对低碳钢水的脱氧试验

在热力学计算的基础上,对中频感应炉中100 kg 0.15C-1.36Mn钢水分别进行加1 kg AlFe、1 kgAlFe+喂0.5 kg钙线和1 kg CaAl₂的终脱氧试验。结果表明,AlFe、AlFe+Ca、CaAl₂终脱氧的脱氧率分别为79.3%、87.2%和85.0%,用CaAl₂终脱氧,炉渣中低熔点相12(CaO)·7(Al₂O₃)和(CaO)·(Al₂O₃)·2(SiO₂)比例明显增多,CaO和Al₂O₃相减少或消失,因此CaAl₂有较强的去除钢中夹杂物的功能。     

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。     

高碳铭GCrl5轴承钢中镁铝夹杂物形成与控制工艺实践

GCr15钢的生产流程为120 t BOF-LF-RH-CC工艺。BOF出钢加200 kg铝块进行强脱氧,同时LF过程控制Al含量至0.030%～0.045%,LF结束夹杂物主要为MgO·Al₂O₃,RH真空后MgO·Al₂O₃夹杂物被去除,钢水中夹杂物以钙铝酸盐为主,但是连铸浇铸过程MgO·Al₂O₃夹杂物又会重新生成。因为LF精炼过程Al-MgO和C-MgO反应的存在,高碳铝脱氧GCr15轴承钢LF精炼结束更容易获得MgO·Al₂O₃夹杂物,并促进中间包钢水MgO·Al₂O₃夹杂物重新生成。当BOF出钢仅加40 kg铝块进行预脱氧,LF结束钢水MgO·Al₂O₃夹杂物数量显著降低,同时中间包钢水中MgO·Al₂O₃夹杂物不再重新生成。此外,将低钛低铝硅铁由出钢过程改为LF过程加入,也可以有效控制钢水中MgO·Al₂O₃夹杂物数量。      

超低碳IF钢脱氧合金化过程中夹杂物的行为

 为深入了解超低碳IF钢在脱氧合金化过程中夹杂物的行为,用高温电阻炉开展试验模拟实际生产中铝脱氧钛合金化过程,通过密集取样,详细研究了该过程中夹杂物的转变。研究发现,加铝前,钢中夹杂物主要为球形的FeO_x;加铝后,最先生成浅灰色的球形Al₂O₃,然后向椭球形或单体块状Al₂O₃转变,随后迅速聚合形成不规则状Al₂O₃,最终聚合成簇群状Al₂O₃,整个过程大约在加铝后2 min内完成;加钛后,钢液中形成3种类型的Al-Ti复合类夹杂物,但在加钛大约4 min后便会转化为稳定的Al₂O₃相。整个脱氧合金化过程中,氧含量和夹杂物的量呈下降的趋势,钢液的洁净度逐渐提高。     

Q355B铝镇静钢夹杂物演变及钙处理工艺优化

 基于某钢厂Q355B铝镇静钢冶炼过程生成高熔点夹杂物,出现探伤不合格的问题,通过全流程取样分析钢中夹杂物的演变规律,发现原工艺LF精炼过程钙处理前夹杂物主要为低CaO含量的CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物,Al₂O₃质量分数约为77%。钙处理后,钢液中CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物向液相区左侧CaO含量高的区域靠近,Al₂O₃质量分数减少至32%;同时,CaS在钙铝酸盐表面异质形核,出现CaS-CaO-Al₂O₃系夹杂物,夹杂物中CaS质量分数增加至23%。应用热力学平衡模型计算钙处理钢液中S-Ca、Al-Ca及Al-S反应平衡曲线。结果表明,在1 873 K下生成C₃A、C₁₂A₇、CA_L等低熔点钙铝酸盐类夹杂物,钢液内w([Al])和w([Ca])的关系应分别满足 w([Al])2/w([Ca])3≤7.83×103、2.36×105、1.18×107,w([Al])和w([S])的关系应分别满足 w([S])3×w([Al])2≤7.79×10-12、8.36×10-11、8.14×10-10;当钢液中w([Al])为0.007 5%时,w([Ca])和w([S])分别控制在0.000 62%～0.001 9%、0.001 6%～0.005 1%范围内有利于生成理想液态产物C₁₂A₇。结合夹杂物分析及热力学计算,优化调整了脱氧、喂线等生产工艺,将铝块加入量由0.8 kg/t降低至0.7 kg/t,喂硅钙线量由300 m/炉降低至200 m/炉,并进行全流程取样分析夹杂物变化。发现钙处理后,CaS-CaO-Al₂O₃系夹杂物中,CaS质量分数降低至约5%,夹杂物分布在低熔点液相区域附近,铸坯中钢液w([Ca])由0.003 1%降低至0.001 5%～0.002 2%;最终夹杂物体系为(CaS)-CaO-(MgO)-Al₂O₃低熔点复合相夹杂物,防止了高熔点钙铝酸盐类夹杂物及CaS类夹杂物的产生,提高了铸坯质量。     

钛合金化过程对钢液洁净度的影响

重点考察了Ti合金化过程中影响Ti收得率的主要因素,并对比分析了Ti合金化前后夹杂物的物相变化及夹杂物的去除效果.控制氧活度a_[O]<350×10_-6,Al、Ti合金加入时间间隔大于3 min,可以保证Ti收得率>85%;当a_[O]>350×10-6时,需控制Al、Ti合金加入时间间隔为5 min以上.相同a_[O]和[Al]_s情况下,延长Al、Ti加入时间间隔可以有效提高Ti收得率.RH处理过程中,钢包内当量直径>200μm的Al₂O₃夹杂物在5 min内基本可以上浮去除,但相同尺寸的A-Ti-O复合夹杂的去除时间要比Al₂O₃长1~2 min.Ti合金加入后,Al₂O₃夹杂物周围会形成Al-Ti-O的复合夹杂,这些夹杂物的形成降低Ti的收得率.      

非调质钢中夹杂物生成热力学

为了研究非调质钢中非金属夹杂物的演变规律和生成条件,实现对钢中夹杂物的精准控制,揭示了非调质钢冶炼全过程非金属夹杂物的形貌和成分转变。初始钢中夹杂物主要为镁铝尖晶石夹杂物,随着冶炼反应的进行,钢中逐渐出现部分含有CaO和CaS的夹杂物,同时还伴有MnS析出相生成。系统地通过热力学计算了1 873 K下一元脱氧钢中Al、Ti、Mg和Ca与O的平衡关系,二元脱氧钢中Al-Mg、Al-Ti、Al-Ca和Al-Mg-Ca脱氧夹杂物的生成区域。可为非调质钢脱氧过程脱氧剂的加入、钢液中溶解氧含量的控制以及非调质钢中不同夹杂物的生成和控制提供理论指导。     

EH36钢120 t BOF-LF-RH-CC流程精炼过程中夹杂物演变研究

对采用“120tBOF-LF-RH-260mm板坯CC”工艺流程生产的EH36钢,在精炼过程中的夹杂物演变规律进行了研究。通过现场各工序取样检测,结合夹杂物形成热力学计算,分析了夹杂物种类和尺寸的变化。研究表明,在“LF→RH→中间包”的精炼过程中,钢中夹杂物数量密度呈逐渐降低趋势,而其中直径>5μm的大颗粒夹杂物数量密度则逐渐增加。大颗粒夹杂物种类为MnO-SiO₂系氧化物和CaO-Al₂O₃系钙铝酸盐,如3CaO·Al₂O₃,12CaO·Al₂O₃和CaO·Al₂O₃。在精炼过程中,当钢中Ca含量较低时,形成CaO·6Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃,随着钢中Ca含量的升高,主要形成12CaO·7Al₂O₃和3CaO·Al₂O₃。     

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。      

超低碳钢精炼过程中Fe-Al-Ti-O类复合氧化物夹杂的演变与控制

超低碳钢是一种重要的汽车用钢材料, 钢中通常添加钛元素, 使其形成析出物, 提高钢材的深冲性.然而钛元素作为一种脱氧能力较强的元素, 进入钢液中通常首先形成氧化物.为了减少含钛氧化物夹杂的生成, 基于"转炉-RH-连铸"的超低碳钢生产流程, 对RH精炼过程进行系统取样, 分析了铝脱氧剂加入后及合金化元素钛加入后的氧、氮气体含量变化及夹杂物特征变化, 并使用FactSage热力学计算软件对Fe-Al-Ti-O夹杂物稳定相图进行计算.研究结果显示, 含钛类氧化物夹杂通常以Al₂O₃类夹杂物作为形核质点, 对其形成包裹状夹杂物.若避免含Ti夹杂物的生成, 当钢中Ti质量分数为0.1%时, 钢中溶解Al质量分数应在0.01%以上.对含钛氧化物的生成及长大流程进行研究, 通过对Al₂O₃夹杂物及Ti₂O₃夹杂物粗化率的计算及附着功的比较可知, Ti₂O₃夹杂物在1600℃时的熟化生长速率较Al₂O₃较大且Ti₂O₃夹杂物与Al₂O₃夹杂物相比不容易相互碰撞融合并从钢液中去除.若提高精炼过程中的氧化物夹杂物去除率, 应严格控制含钛氧化物类夹杂物的生成.