高级别管线钢镁处理研究

运用热力学计算了氧化镁及其复合夹杂物在X80管线钢液中的析出条件,即1873 K时以管线钢酸溶铝目标含量0.025%计算,当0.000 8%≤[Mg]≤0.005 9%,钢中生成MgO·Al₂O₃夹杂物,当[Mg]>0.0059%,钢中将有MgO生成。[Ti]为0.015%时,[Mg]=0.001 4%可生成2MgO·TiO₂复合夹杂,同时0.025%≤[Al]≤0.047%时生成A1₂O₃·TiO₂复合夹杂物。50kg真空感应炉熔炼的管线钢经SEM和EDS分析表明,镁处理钢中的夹杂物小于2μm占85%,2～5μm的占14.5%,5～10μm的夹杂物仅有0.5%。用微镁处理的管线钢的脱氧产物为2MgO·TiO₂、MgO·Al₂O₃等,这些脱氧产物还会和硫化物、氮化物形成复合夹杂物。     

含钛夹杂在X120钢中析出及对铁素体形核的诱导

运用热力学计算了X120管线钢含钛夹杂物在钢液中的析出条件,以X120管线钢钛的目标成分ω(Ti)=0.015％计算,当ω(Al)=0.000 35％～0.003 30％时,生成Al2 O3·TiO2; ω(Al)＞0.003 30％时,则有Al2O3生成;要生成纯的MgO夹杂,钢中ω(Mg)＞1.62×1013;ω(Mg)=0.0008％就可以生成2MgO·TiO2复合夹杂;X120管线钢没有纯的MgO夹杂,X120管线钢中会生成2MgO·Ti2O3、MgO·Al2O3、SiO2、Al2O3、Ti2O3、MnO等脱氧产物,这些脱氧产物还会和硫化物一起形成复合夹杂物.对夹杂物扫描电镜的观察与热力学计算的结果一致.在扫描电镜下观察了含钛夹杂物对铁素体的诱导,表明X120管线钢中含钛夹杂具有很好的诱导铁素体形核能力.     

含镁夹杂物对一种管线钢固体相变的影响

为了研究含镁夹杂物在管线钢中的物理冶金作用,应用Gleeble-3800模拟了微镁处理X120管线钢轧制工艺,发现含镁夹杂物可以在轧制中作为形变奥氏体的形核核心,也可以在γ-α相变中作为铁素体的形核核心,能够在小于50μm甚至10μm的形变奥氏体内诱导晶内铁素体,得出了夹杂物诱导能力指数随温度变化的规律,管线钢微镁处理还可以形成大量小于300 nm的细小含镁复合夹杂物。     

高碱度精炼渣对GCr15轴承钢洁净度的影响

 利用实验室渣-钢平衡试验研究了高碱度精炼渣对GCr15轴承钢中[w(T[O])]和夹杂物的影响。结合试验结果和热力学分析,探讨了钢中[w(T[O])、]夹杂物尺寸分布和粒径大小的变化规律,以及氧化物夹杂的转变过程。研究结果表明,碱度为6时,精炼渣(59.4%CaO-24.8%Al2O3-9.8%SiO2-6%MgO)可将钢中[w(T[O])]控制在0.000 6%以内,氧化物夹杂平均尺寸最小为2.26 μm。随着钢中[w([Ca])]和[w([Mg])]的增加,钢中氧化物夹杂转变过程为Al2O3→MgO·Al2O3→MgO→CaO-Al2O3-MgO复合夹杂物(核心为MgO,外围包裹着CaO-Al2O3)。渣-钢反应前期钢中以MgO·Al2O3为主,后期以MgO和CaO-Al2O3-MgO复合夹杂物为主。氧化物夹杂转变的试验结果与热力学分析结果相一致,大多数氧化物夹杂尺寸小于5 μm。     

镁处理对轴承钢中夹杂物变性的热力学分析

对Mg与钢中氧化物和硫化物的相互作用进行了热力学分析,计算结果表明对于铝脱氧钢由于MgO夹杂生成区域很大,而Al2O3生成区域很小,镁处理很容易对氧化铝夹杂进行变性;对于MnS夹杂只要w(Mn)/w(Mg)≥492时就能对钢中MnS夹杂进行变性。随后通过实验对热力学结果进行验证。实验采用GCr15轴承钢原料重熔,用w(Mg)=20%的Ni-Mg合金进行Mg处理,结果表明:实验结果与热力学分析基本吻合。镁处理氧化物和硫化物的变性效果比较明显,钢中Al2O3和MnS夹杂转变成MgO-MgS、镁铝尖晶石类和MgO-MgS-MnS复合夹杂。     

Mg处理对X65管线钢中夹杂物的影响

在实验室用真空感应炉冶炼3炉X65管线钢,其中2炉钢进行镁处理。分析非镁处理钢和镁处理钢中夹杂物的变化特征,研究镁处理对X65管线钢中夹杂物的影响。结果表明:1)非镁处理钢中的夹杂物主要是Al_2O_3系夹杂,镁处理钢中的夹杂物类型主要是MgO-Al_2O_3系夹杂;2)镁处理钢中粒径小(1~5μm)的夹杂物比例相对较高,大颗粒( 15μm)夹杂物明显减少;3)粒径较大的夹杂物主要是Al_2O_3夹杂和靠近低熔点区域的夹杂,靠近镁铝尖晶石成分的夹杂物粒径较小,说明镁处理可使钢中夹杂物变得细小而分散;4)镁处理钢中存在大量的尺寸细小的MgO·Al_2O_3系夹杂物,可以为硫化物的析出提供形核核心,从而减少硫化物在晶界的析出数量。     

微量钛镁复合处理对低碳钢中夹杂物和组织的影响

对低碳钢进行钛镁复合处理,通过SEM-EDS和金相显微镜表征钢中夹杂物的特征(种类、尺寸、分布)和微观组织变化,探讨夹杂物诱导形核的可能机制。结果表明:钛镁复合处理后,钢中77%的夹杂物尺寸小于4μm,单位体积的夹杂物数量提高了48%;(Ti,Mg)Ox-MnS型复合杂物具有促进晶内铁素体形核的能力;贫Mn区是(Ti,Mg)Ox-MnS型复合夹杂物诱导晶内铁素体形核的可能机制。     

含硫易切削钢夹杂物控制试验研究

通过高温试验研究了钙处理和镁处理对含硫易切削钢中夹杂物的控制效果。钙处理后钢中夹杂物为CaAl-O+(Ca,Mn)S复合夹杂物、(Ca,Mn)S以及Mn S夹杂物;镁处理后钢中夹杂物为Mg Al2O4+(Mg,Mn)S、Al2O3+Mn S复合夹杂物、(Mg,Mn)S以及Mn S夹杂物。钙处理和镁处理后钢中的复合夹杂物所占比例分别为0.67%和3.57%。镁处理后钢中Ⅱ类Mn S夹杂物明显减少,91.7%的夹杂物尺寸小于3μm,纺锤率达到72.5%,其对夹杂物的控制效果优于钙处理。     

改善45结构钢切削性能的研究

 开展了向中碳45结构钢中加入S、Ca元素来改善切削性的研究。研究结果表明：钢中w(［S］)=0.06%,总钙w(T［Ca］)=40×10-6,w(［Al］s)=0.01%左右时,夹杂物的纺锤率为57%;小于2.5 μm的夹杂物数量占夹杂物总数82%,夹杂物呈细小、弥散状态分布于钢中。由热模拟试验得出钢的塑性转变温度在1100~1000 ℃,通过配水软件计算出二冷各区的冷却水流量并应用于生产,铸坯表面和内部无裂纹,力学性能与未加S、Ca元素的45钢相当,但切削性能有明显的改善,切削刀具寿命提高了25%以上。     

H13钢中Mg-Al-O系夹杂物的形成机理及控制

 通过对保护气氛电渣重熔工艺和普通电渣重熔工艺H13钢的锻材成分、氧化物夹杂的组成分析,研究了电渣重熔工艺H13钢中Mg-Al-O系夹杂物的形成机理及控制问题,并通过Factsage软件对Mg-Al-O系夹杂物的各优势区进行了理论计算。结果表明,保护气氛电渣重熔工艺中氧质量分数较低,仅为0.001 5%,氧化物夹杂主要是MgO·Al2O3,1～3 μm的小尺寸占比达到了62.5%;普通电渣重熔工艺中氧质量分数较高,达到了0.002 4%,Mg-Al-O系夹杂物以72.5%Al2O3＋27.5%MgO·Al2O3为主,含有4%的5～8 μm大尺寸夹杂物,1～3 μm小尺寸占比仅为37.8%,尺寸偏大。钢液中镁、氧质量分数的变化对MgO·Al2O3的优势区域影响较大,高镁、低氧有利于MgO·Al2O3生成,减小H13钢中氧化物夹杂尺寸。但MgO·Al2O3会作为大尺寸碳氮化物(Ti,Nb,V)(C,N)异质形核核心,后期对此问题还要做进一步研究。     

Ti-IF钢非金属夹杂物形核热力学和演变机理

通过热力学计算与SEM-EDS检测对酒钢BOFLFRHCSP工艺Ti-IF钢夹杂物形核的热力学进行了研究。结果表明,在Ti-IF钢中夹杂物形核主要是非均匀形核,最易形成TiN,其次为CaO,然后为Al_2O_3。温度升高有利于Al_2O_3、CaO的形成;TiN的形成受温度影响较小。Ti-IF钢中w([Als])控制为0.027%~0.055%时,w([Mg])只需大于0.000 015%,就会有镁铝尖晶石MgO·Al_2O_3(MA)析出。Ti-IF钢中夹杂物演变主要有3种途径,分别为尖晶石与硅酸钙的复合夹杂Al_2O_3→MA→MgAlCaSi、低熔点的铝酸钙夹杂Al_2O_3→CaO·6Al_2O_3(CA_6)→CaO·2Al_2O_3(CA_2)→CaO·Al_2O_3(CA)→3CaO·Al_2O_3(C_3A)/12CaO·7Al_2O_3(C_(12)A_7)以及钛的复合物或钛的化合物Al_2O_3→TiOx→Al_2O_3·TiOx和Ti→TiN/Ti(C,N)。     

30Cr1Mo1V汽轮机转子钢的精炼渣优化

摘要：为有效控制30Cr1Mo1V汽轮机转子钢中非金属夹杂物和有害杂质元素含量,利用热力学软件FactSage 8.1,计算了1873K下CaO-SiO2-Al2O3-5%MgO系精炼渣与30Cr1Mo1V钢液平衡时的等［O］线、等［S］线,以获得最优精炼渣成分范围。研究了不同精炼渣对钢中氧、硫含量,夹杂物特性的影响,继而揭示了钢中典型MgO·Al2O3夹杂物的热力学形成机制以及夹杂物与精炼渣之间的成分关系,并构建了“钢 渣”界面MgO·Al2O3夹杂物运动模型。实验和模型结果表明,优化渣系50.4%CaO-40-3%Al2O3-4.3%SiO2-5%MgO对钢液脱氧、脱硫和非金属夹杂物控制的效果明显,模型预测结果与夹杂物去除率对应关系良好。     

超低氧冶炼过程镁铝尖晶石形成的热力学分析与控制

 对超低氧试验钢精炼过程中镁铝尖晶石的形成机制和生成热力学计算分析表明：1873K时,MgO-Al2O3二元系夹杂物中MgO的质量分数超过17%时就能生成镁铝尖晶石;采用高碱度、w((CaO))/w((Al2O3))≈1、强还原性精炼顶渣对铝终脱氧钢液进行LF精炼时,在LF精炼中前期就实现Al2O3向MgO·Al2O3尖晶石的转变;钢液中的镁则是实现Al2O3向MgO·Al2O3尖晶石转变的中介和桥梁。而钢中镁含量是由酸溶铝控制的。因此,保持钢液中足够的铝含量是镁铝尖晶石生成的前提。生产过程中,当钢液的w(［Al］)达到0.03%时,w(［Mg］)只需要1.32×10-7以上就能生成MgO·Al2O3尖晶石。     

精炼渣对高锰钢中非金属夹杂物的影响

 为了研究精炼渣对高锰钢中非金属夹杂物的影响,采用渣/钢平衡的试验方法研究了MgO SiO2 Al2O3 CaO系精炼渣对Fe xMn高锰钢(x=10%, 20%)中非金属夹杂物的影响。结果表明,无顶渣情况下,高锰钢中夹杂物主要为MnO类和MnO Al2O3类2类。加入精炼渣后,夹杂物类型发生了变化,主要有 MnO类、MnO SiO2类和 MnO Al2O3 MgO类3类,其中MnO SiO2类数量最多。采用ASPEX扫描电镜对夹杂物的平均成分进行分析,无顶渣时高锰钢中夹杂物的成分主要是MnO,质量分数在95%以上,并含有质量分数为4%左右的Al2O3。加入精炼渣后,夹杂物中MnO质量分数降低,SiO2质量分数显著增加,MgO质量分数增加。热力学计算结果表明,加入精炼渣后,渣/钢间反应4［Al］+3(SiO2)=2(Al2O3)+3［Si］和2［Mn］+(SiO2)=2(MnO)+［Si］的吉布斯自由能均小于零,这说明在本试验条件下,钢液中的［Al］和［Mn］会还原渣中SiO2,生成的［Si］进入钢液,进而与钢液中的［O］结合,导致夹杂物中SiO2增加。     

MgO-Al_2O_3-SiO_2复合夹杂物对430不锈钢凝固组织的影响

通过真空感应炉试验,研究不同Mg含量处理所获得的不同MgO-Al2O3-SiO2复合夹杂物对凝固组织的影响。试验结果表明,随着钢中Mg含量的增加,铸锭等轴晶率呈现先升高后下降的趋势,而等轴晶尺寸和柱状晶宽度呈现先降低后升高趋势,存在一个最佳的Mg的质量分数范围(5~13)×10-6,铸锭的等轴晶率在70%以上。夹杂物观测并结合热力学计算发现,随着钢中Mg含量的增加,MgO-Al2O3-SiO2复合夹杂物外层逐步析出MgO·Al2O3相;然而,Mg的质量分数高于13×10-6时,夹杂物外层开始析出2MgO·SiO2相。晶面错配度计算表明,MgO·Al2O3与δ-Fe的错配度为1.2%,2MgO·SiO2与δ-Fe的错配度为13%。可以判断,MgO·Al2O3相可促进等轴晶形成,抑制晶粒长大,2MgO·SiO2相则起不到促进形核作用。从而解释了铸锭等轴晶率、晶粒尺寸随Mg含量的变化规律。     

含钛焊丝钢小方坯连铸水口的结瘤机制

 利用扫描电镜对含钛焊丝钢中夹杂物性质及连铸水口结瘤物的物相组成进行了分析,并结合热力学计算研究了水口结瘤的形成机制。结果表明,LF 精炼出站钢液中存在大量Al2O3、TiO2夹杂物,并不断附着沉积在水口内壁形成氧化铝型、氧化钛型或两者结合的结瘤物,连浇炉数仅为4次。通过优化钢中［Al］-［Ti］-［O］关系,控制铝质量分数在钛-铝竞争氧化平衡线之上,即w(［Ti］)/w(［Al］)4/3>84.49 且w(［Ti］)/w(［Al］)>7.46,当钢液中w(［Al］)<0.0068%时,能够降低Al2O3夹杂比例,有效减轻水口结瘤,连浇炉数提升至6炉次。     

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。     

镁处理对40Cr铝镇静钢中夹杂物的影响

 为了探究镁处理对40Cr铝镇静钢中夹杂物的影响,在120 t钢包内进行了镁处理工业试验。采用FactSage热力学软件计算了在试验炉钢水成分条件下夹杂物的稳定区域图,镁处理夹杂物的改质路径为Al₂O₃→Al₂O₃+MgO·Al₂O₃→MgO·Al₂O₃→MgO+ MgO·Al₂O₃→MgO+MgS;结合金相显微镜和ASPEX-explorer自动扫描电镜分析了镁对40Cr铝镇静钢中夹杂物的形态、尺寸及成分的影响。结果表明,镁处理后,铸坯中夹杂物尺寸及数量较未加镁的试样有明显减少,尺寸主要分布在0～3 μm,夹杂物密度和夹杂物的长宽比明显减小;钢中夹杂物等效直径为0～3 μm的比例大于未添加镁的,这说明镁处理对40Cr铝镇静钢中夹杂物有弥散化及形貌控制的效果。镁处理后的40Cr铝镇静钢中夹杂物主要为MnS包裹MgO·Al₂O₃为核心的复合夹杂物,而对比炉钢中夹杂物主要为MnS、Al₂O₃-MnS以及钙铝酸盐类夹杂物。