固态钢加热过程中非金属夹杂物转变研究进展

摘要：钢中非金属夹杂物控制是炼钢的关键难题之一,在钢液条件下夹杂物的控制主要是通过夹杂物的改性或聚集长大进而从钢液中去除,在钢的热处理过程中夹杂物的转变机制与液相条件不同,包括新相析出、夹杂物转变和夹杂物结晶。综述了不同钢种热处理过程中夹杂物的转变行为。不同温度下,夹杂物与钢基体之间的热力学平衡发生变化是导致夹杂物成分转变的主要驱动力。不锈钢加热过程中夹杂物由MnO-SiO2向MnO-Cr2O3的转变,铝脱氧钢加热过程中夹杂物由Al2O3-MgO-CaO向Al2O3-MgO-CaS的转变。硅锰脱氧钢加热过程中SiO2-MnO夹杂物成分变化不大,夹杂物的变化行为主要是高SiO2相结晶析出。     

奥氏体不锈钢夹杂物控制工艺技术探讨

奥氏体不锈钢中的夹杂物影响钢材的抗腐蚀性能,对塑性、韧性和抗疲劳性能均有不利的影响。叙述了中航上大高温合金材料有限公司采用EAF+AOD+LF生产奥氏体不锈钢时夹杂物控制的主要工艺,分析了夹杂物的主要来源与产生机理,工艺设计时对冶炼过程夹杂物的控制进行了系统的策划。通过加强原辅材料控制,优化AOD脱氧制度,LF精炼采用钙处理和弱搅拌工艺对夹杂物进行变性处理,模铸浇注采用氩气保护浇注等技术手段,最终实现了钢中各类夹杂物含量的降低和稳定控制,满足了核电、压力容器等高端不锈钢管坯的质量要求。     

热处理过程固态不锈钢中夹杂物的转变

通过Aspex夹杂物自动分析仪和场发射扫描电镜系统研究了氩气保护气氛下1 200℃的热处理对硅锰脱氧18Cr-8Ni不锈钢中夹杂物的影响。研究发现,在热处理前,不锈钢中夹杂物主要为MnO-SiO_2液态夹杂物,其中含有少量的Cr_2O_3和MnS。热处理过程中,钢基体中的铬将MnO-SiO_2夹杂物中的SiO_2和MnO还原,在MnO-SiO_2夹杂物表面生成MnO·Cr_2O_3尖晶石夹杂物。最终,MnO-SiO_2夹杂物被完全变性为纯MnO·Cr_2O_3尖晶石夹杂物。此外,通过FactSage热力学计算软件计算了在不同热处理温度和不同钢液成分下夹杂物的生成和转变相图,可为本文夹杂物的转变提供理论解释。     

冷轧硅脱氧304不锈钢中氧化物夹杂的演变行为

 为实现固态钢基体内夹杂物在冷轧过程中的控制,将硅脱氧304不锈钢热轧板经多道次冷轧至不同的厚度,利用扫描电子显微镜对试样内夹杂物在冷轧过程中的演变行为进行了研究。结果表明,硅脱氧304不锈钢内夹杂物的类型主要为低熔点SiO2-CaO-MnO-Al2O3,其在热轧板内的形貌为大尺寸长条状。冷轧时,这些长度为2.0～23.0 μm的长条状氧化物夹杂发生断裂,形成多个1.0～3.0 μm小尺寸夹杂物。随着冷轧压下量的增加,断裂后形成的夹杂物尺寸逐渐减小。但当夹杂物尺寸降低至约0.5 μm时,夹杂物不再发生断裂。同时,断裂后形成的小尺寸夹杂物之间的距离与夹杂物的初始尺寸无关,由冷轧板的伸长率决定。     

SUS430不锈钢夹杂物的变化规律研究

对采用EAF-AOD-LF-CC工艺路线生产SUS430不锈钢炼钢过程夹杂物的成分组成和形貌、尺寸变化进行了分析,结果表明,SUS430不锈钢中主要形成呈球状或不规则球状分布的硅酸盐复合夹杂物,其变形能力较差。随着LF精炼和连铸过程的进行,SUS430不锈钢钢水中夹杂物的平均直径呈逐渐减小的趋势,铸坯夹杂物的平均直径为3.4μm左右,5μm以上的夹杂物占夹杂物总数的1%以下。变形能力较差的硅酸盐夹杂和镁铝尖晶石夹杂是引起SUS430不锈钢冷轧板表面线鳞缺陷的重要原因,采用钙处理和复合脱氧工艺,对改善SUS430不锈钢冷轧板的表面线鳞缺陷有利。     

钛稳定超纯铁素体不锈钢硅铝复合脱氧的试验研究

 为改进超纯铁素体不锈钢的脱氧工艺,提高夹杂物控制水平,在硅钼高温电阻炉内对钛稳定超纯铁素体不锈钢的精炼过程进行了试验研究。结合热力学计算,研究了不同Si、Al含量(质量分数,下同)比值的硅铝合金的脱氧效果,以及脱氧、钛合金化和钙处理后钢中典型夹杂物的组成和形貌及粒度分布。结果表明：钢中初始氧含量相近的条件下,硅铝合金复合脱氧的钢中酸溶铝、全氧量与纯铝脱氧结果相近。硅铝复合脱氧后钢中夹杂物主要为(MgO-)Al2O3-SiO2复合脱氧产物。钛合金化后夹杂物的类型主要为Al2O3-MgO-(SiO2)-TiOx复合夹杂物和TiN。钙处理后的夹杂物主要为球形的MgO-Al2O3-CaO-SiO2-TiOx类复合氧化物。采用硅铝合金复合脱氧比纯铝脱氧钢的夹杂物的总数量、总面积和平均粒径均要小。     

超纯铁素体不锈钢夹杂物控制的研究进展

论述了超纯铁素体不锈钢夹杂物控制的热力学,着重于脱氧、TiN析出、尖晶石夹杂物形成及钙处理的热力学研究。介绍了VOD炉内夹杂物行为的数学模拟研究,分析了超纯铁素体不锈钢中夹杂物引起的产品缺陷、夹杂物形成规律及特征,指出TiN或Ti(CN)容易在MgO、Al2O3-MgO、Ti2O3基体上析出,形成包裹型复合夹杂物。最后提出了今后开展超纯铁素体不锈钢夹杂物研究的几点建议。     

奥氏体不锈钢氧化铝类夹杂物控制工艺实践

氧化铝类夹杂物属脆性夹杂物,奥氏体不锈钢中氧化铝类夹杂物级别过高,会影响不锈钢的塑性、韧性、抗疲劳及抗腐蚀性能,中航上大高温合金材料股份有限公司熔炼分厂通过控制AOD脱氧制度,减少氧化铝类夹杂物产生,降低精炼碱度,降低夹杂物中氧化铝的含量占比,浇注过程使用氩气保护装置,防止二次氧化,形成二次夹杂的方式,将氧化铝类夹杂物级别整体控制在1.0级以下。     

脱氧工艺对钢中夹杂物的影响

为明确不同脱氧剂加入顺序对钢中夹杂物的影响,对夹杂物的形成进行了热力学分析,并在1 873K下,在MoSi2电阻炉上用φ70 mm×100 mm MgO坩埚开展了2炉低碳合金钢A冶炼实验.热力学计算表明,Si-Mn脱氧主要形成SiO2夹杂物及少量2MnO· SiO2复合化合物,A1-Si脱氧主要形成Al2O3夹杂物,实验结果与热力学计算相互吻合.实验结果表明,先采用Si-Mn脱氧的1号工艺与先采用Al脱氧的2号工艺相比,夹杂物尺寸和面积百分比均较低.1号工艺终点夹杂物总数为168个/μm2,小于1.5φm的夹杂物占70％以上,夹杂物平均直径为1.2um.先弱脱氧后强脱氧的工艺更利于夹杂物的控制.     

脱氧方式对高铝钢中非金属夹杂物的影响

摘要：为了研究不同脱氧方式对高铝钢中非金属夹杂物的影响,采用高温试验和热力学计算相结合的方法,对比分析了先SiMn后Al和先Al后SiMn两种脱氧方式下高铝钢中夹杂物形貌、类型、数量和尺寸特征。结果显示：先加入SiMn后,生成大量液态球形的Mn-Si-Al-O系复合夹杂物,再加入Al后夹杂物演变为Al2O3,且夹杂物数量明显减少;采用先Al后SiMn脱氧方式时,高铝钢中夹杂物始终以Al2O3为主,夹杂物最终数量相对较低。2种脱氧方式钢中夹杂物平均等效圆直径和尺寸分布相差不大。此外,采用先SiMn后Al进行脱氧时,发现尺寸较小的AlN颗粒附着在Al2O3夹杂物表面形成Al2O3-AlN复合夹杂物。而采用先Al后SiMn脱氧方式时,高铝钢中发现单一AlN夹杂物和Al2O3-AlN复合夹杂物,AlN夹杂物的形成与钢水中的氧势和合金原料有关。     

铝镁合金脱氧实践及钢中夹杂物分析

为了解决铝脱氧钢Al_2O_3夹杂物改质共性问题,进行了铝镁合金脱氧探索实践,取得了稍优于铝脱氧的脱氧效果,脱后氧活度10×10~(-6)以下,夹杂物评级小于1.0级。与铝脱氧相比,铝镁脱氧的铸坯和板材中大于30μm的夹杂减少,硫化物夹杂物数量明显减少。镁铝合金中镁含量从5%增至7.5%,脱氧后钢中夹杂物减少明显。铝镁合金脱氧过程中,可逐渐形成Al_2O_3-MgO及Al_2O_3-M_xO_y-MnS-CaS复合夹杂物,并上浮排除,降低了单纯铝脱氧的条簇状Al_2O_3夹杂物的危害,钢中夹杂物变细小。同时,镁气泡在上浮的过程中吸附夹杂物,能减少夹杂数量,具有洁净钢水功效。     

Inclusion control of oil drilling steel SAE4137

针对转炉流程生产石油钻井钢SAFAl37的夹杂物控制的技术难点,采用Factsage软件研究了钢水脱氧工艺、钢包渣组成控制以及钙处理工艺。工业试验结果表明,试验钢脱氧工艺合理,脱氧后钢水氧活度均控制在5．0×10-6以下,平均3．2×10-6。试验圆钢的夹杂物数量少,夹杂物完全球化,钙处理效果较好;精炼过程夹杂物转变良好,钢包渣对夹杂物的吸附能力较强,夹杂物评级各项夹杂均低于1．5N。试制的SAFAl37圆钢力学性能满足要求,夹杂物控制工艺对钢材力学性能没有影响。     

304系不锈钢冶金过程硬质夹杂物形成机理分析

304不锈钢由于具有优异的耐蚀性、加工性能被广泛应用,而钢中硬质夹杂物对冷板表面质量影响较大。为了明晰304不锈钢中硬质夹杂物的形成机理,通过工业生产取样,利用自动扫描电镜ASPEX及统计方法,研究了304不锈钢冶炼过程中全氧含量、各类夹杂物的变化规律。研究结果表明,从AOD出钢到铸坯过程中,随着底吹搅拌的进行,钢中T[O]含量不断降低,T[O]质量分数由0.008 8%降低至0.002 5%。AOD出钢和LF出站夹杂物主要类型为硅酸盐,并含由少量复合型硅酸盐和镁铝尖晶石夹杂物,LF出站至铸坯,夹杂物的成分发生了部分转变,夹杂物中SiO₂含量减少,Al₂O₃含量升高。从AOD出钢至中间包,钢液中硬质夹杂物镁铝尖晶石和Al₂O₃很少,但从中间包到铸坯其比例显著增加,镁铝尖晶石夹杂物的比例增加了28%,钢-渣反应脱氧产物中的复合型硅酸盐夹杂物的比例也明显增加,而脱氧剂脱氧产物SiO₂和钢-渣反应脱氧产物中SiO₂-Al₂     

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。     

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。     

304不锈钢连铸坯中的非金属夹杂物数量分布

为研究304不锈钢连铸坯中夹杂物的数量分布,用金相检验法对铸坯中的夹杂物数量进行了统计分析.结果显示,铸坯中由外向内非金属夹杂物数量增加.304不锈钢铸坯表层中绝大多数5 μm以上夹杂物为球状或近似球状的硅酸盐夹杂物.但随着凝固的进行,在铸坯内部会新生大量氧化铝、镁铝尖晶石、氮化物等点状夹杂物和不规则夹杂物.铸坯心部10 μm以上的大颗粒夹杂物数量较多.     

LF精炼工程中脱氧剂对气瓶钢洁净度的影响

 摘要：本研究调查了使用两种不同脱氧剂对气瓶钢进行脱氧后连铸坯中显微夹杂物及大颗粒夹杂物的组成、数量以及各工序钢中总氧含量。研究结果表明：使用硅钙钡锶镁合金对气瓶钢进行脱氧可以减少铸坯中显微夹杂物数量和大颗粒夹杂物数量,并使得铸坯中氧化铝夹杂和钙铝酸盐夹杂明显减少,使得硫化物夹杂和硅铝酸钙盐复合夹杂物增多,但对总氧含量影响不大。使用铝脱氧和硅钙钡锶镁合金脱氧都能将铸坯中总氧的含量的控制在12ppm以下。研究也表明硅钙钡镁锶脱氧剂的收得率有待进一步提高。     

夹杂物对低合金钢点蚀诱发敏感性的影响

为了进一步提高低合金钢的抗点蚀性能,采用Ti/Al脱氧及Ca处理工艺熔炼并轧制制备了试验钢。利用场发射扫描电镜及能谱仪(SEM-EDS)、电化学极化试验及浸蚀前、后夹杂物的原位观测,研究了不同脱氧工艺钢中夹杂物在模拟海水介质中诱导点蚀的行为。结果表明:与Al脱氧钢相比,Ti脱氧钢中形成了富含Ti Ox、数量更多、尺寸更细小的夹杂物,有利于Mn S的局部分散析出,降低其诱发点蚀的危害,采用Ti脱氧工艺有助于提高钢的抗点蚀性能;Mn S诱发点蚀的能力强于氧化物夹杂,点蚀优先在Mn S夹杂与基体的界面处及夹杂物曲率半径小的区域萌生;降低夹杂物的腐蚀活性应该以调控夹杂物的组成为基础,其次优化夹杂物的形貌(球形化),在微米级范围内,夹杂物尺寸对点蚀诱发的影响最小。     

开浇过程二次氧化对铝脱氧不锈钢中夹杂物的影响

为了研究铝脱氧不锈钢开浇过程中二次氧化对钢水洁净度和夹杂物演变的影响,实现钢中夹杂物的有效控制,分别在LF精炼出站、开浇过程中不同时刻取样,采用扫描电镜、ASPEX自动分析仪、热力学计算等不同方法研究了铝脱氧不锈钢中夹杂物的形貌、成分、数量和尺寸分布,确定了铝脱氧不锈钢开浇过程中夹杂物的演变行为和对应机理.研究结果表明,开浇过程钢中氧氮质量分数、夹杂物数密度变化规律类似,20 min时分别增加至7.4×10-5、0.0674%、17.1 mm^-2,此后随着浇铸过程进行逐渐降低;LF精炼出站时钙处理改性夹杂物效果较好,其类型主要为Ca O-Al₂O₃-SiO₂-MnO-(MgO),开浇过程中二次氧化降低了钙处理操作的作用效果,20 min时夹杂物类型转变为MnO-Al₂O3-SiO₂-CaO复合夹杂物,浇铸约60 min时,连铸过程中钢水的洁净度基本达到稳定,此时夹杂物类型重新转变为Ca O-Al₂O₃-SiO     

不同脱氧剂对气瓶钢洁净度的影响

研究使用两种不同脱氧剂对气瓶钢进行脱氧后的连铸坯中显微夹杂物及大颗粒夹杂物的组成、数量以及各工序钢中总氧含量.结果表明:使用硅钙钡锶镁合金对气瓶钢进行脱氧可以减少铸坯中显微夹杂物数量和大颗粒夹杂物数量,并使得铸坯中氧化铝夹杂和钙铝酸盐夹杂明显减少,使得硫化物夹杂和硅铝酸钙盐复合夹杂物增多,但对总氧含量影响不大.使用铝脱氧和硅钙钡锶镁合金脱氧都能将铸坯中总氧的含量控制在12×10-6以下.研究表明硅钙钡镁锶脱氧剂的收得率有待进一步提高.