铝含量对TWIP钢中夹杂物特征及AlN析出行为的影响

采用扫描电镜、X射线能谱仪以及扫描电镜配置的夹杂物自动扫描统计软件(INCAFeature)表征了Fe-Mn-C(-Al)系TWIP钢中夹杂物的成分、形貌和数量,考察了Al质量分数在0.002%~1.590%的四种TWIP钢中夹杂物的特征和Al含量对AlN析出行为的影响.并在此基础上,采用了适合TWIP钢中高锰高铝特点的热力学参数对AlN夹杂物进行了系统的热力学分析.研究表明,在含有相似N质量分数(0.0078%~0.0100%)的TWIP钢中,当钢中Al质量分数升高至0.75%时,AlN夹杂物开始在钢中析出,并在MnS(Se)-Al₂ O₃上局部析出形成MnS(Se)-Al₂ O₃-AlN复合夹杂;当Al质量分数升高至1.07%时,热力学计算表明AlN已经可以在TWIP钢液相中形成,经不断长大后在MnS(Se)夹杂物表面局部析出形成MnS(Se)-AlN复合夹杂物;在Al质量分数为1.59%的TWIP钢中,AlN的平衡析出温度比其液相线温度高出42℃,在液相中形成的AlN可以作为异质核心,MnS(Se)夹杂在其表面包裹形成MnS(Se)-AlN复合夹杂物.另外,在Fe-18.21% Mn-0.64% C-1.59% Al体系的TWIP钢中,AlN在液相中析出所需的最低氮的质量分数仅为0.0043%.因此,在TWIP钢的冶炼过程中,应尽可能的降低钢中的氮含量,避免生成过量的AlN夹杂.      

GCr15轴承钢凝固过程组分变化对夹杂物析出的热力学研究

基于Fact Sage热力学软件的最小吉布斯自由能原理,研究了不同[Ca]、[Mg]、[Al]、[O]含量条件下GCr15轴承钢凝固过程中夹杂物的析出行为。结果表明:随着[Ca]含量由0.000 5%增加至0.004 5%,轴承钢中析出的夹杂物类型由Ca O·2Mg O·8Al_2O_3、Ca O·2Al_2O_3向2Ca O·Si O_2、Ca S转变,钢中夹杂物总质量分数由约0.004 5%增加到约0.009 4%。随着[Mg]含量从0.000 1%增加到0.000 9%,钢中析出的夹杂物由Ca O·Al_2O_3、2Ca O·Si O_2向Mg O·Al_2O_3和Ca S转变,钢中夹杂物总质量分数由约0.003 2%增加到约0.004 1%;[Al]含量由0.005%增加至0.05%时,钢中析出的夹杂物类型由2Ca O·Si O_2向Ca O·Al_2O_3、Ca O·2Al_2O_3转变,夹杂物总量由0.002 8%增加至0.003 3%,变化相对不明显;随着[O]含量由0.000 3%增加至0.002 1%,钢中析出的夹杂物类型由Ca S向Ca O·Al_2O_3、Ca O·2Al_2O_3转变,夹杂物析出量由0.002 4%增加到约0.005 1%。     

钙处理对成品无取向硅钢夹杂物特性的影响

通过取样检测结合热力学计算,分析了钙处理对成品无取向硅钢中夹杂物特征及硫化物夹杂的析出机制的影响。结果表明,钢中尺寸大于3μm的有害夹杂物主要是AlN、MgO-SiO2、CaO-Al2O3-SiO2类复合夹杂物及其与MgS、MnS、CaS的复合析出物。钙处理钢中没有检测到单独的Al2O3、SiO2及铝酸钙类夹杂物。钙处理钢中形成的液态3CaO·Al2O3、MgO·SiO2和Al2O3夹杂物被精炼渣吸收,改性去除了钢中大尺寸Al2O3夹杂物。钙处理钢中尺寸大于3μm的氧化物夹杂主要是含CaO和(或)CaS的Al2O3-SiO2类夹杂。硫化物在MgO-SiO2类氧化物表面的析出有利于其形貌趋于规则。钢中不同形貌的AlN夹杂物呈多尺度分布,钙处理对大尺寸AlN的析出特性影响不大。氧硫化物及其与AlN复合析出并定向长大的过程,与其晶体结构有关。氧化物夹杂的硫容量决定了其与硫复合的难易程度。钙处理钢中CaS在氧化物表面呈局部包裹析出和局部吸附析出。     

CSP工艺含铝无取向电工钢中夹杂物的演变和控制

 为了更好地控制CSP工艺下电工钢中的夹杂物,研究了涟钢CSP工艺含铝电工钢夹杂物在精炼连铸热轧过程中的演变机理。RH合金化后钢中夹杂物有Al2O3,Al2O3 SiO2和Al2O3 CaO CaS 主要3种,RH出站和中包钢液中的夹杂物主要是Al2O3 CaO CaS和少量单独的Al2O3和CaS夹杂。减少钢液中夹杂物的主要措施是降低RH出站前的顶渣氧化性。热轧卷材样中夹杂物与钢液中夹杂物不同,主要是AlN和MnS,夹杂物总量与氮、硫质量分数呈正相关,氮元素的影响最显著。     

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。     

抑制剂形成元素对取向硅钢中夹杂物析出行为及热轧组织的影响

研究了铝、氮和锰、硫摩尔比对取向硅钢中夹杂物的析出行为及热轧组织的影响。结果表明,钢中的夹杂物是少量尺寸小于5μm的、以Al2O3为核心外包Mn S与Al N的复合物;钢中析出物主要为尺寸小于0.5μm的Mn S与Al N的复合抑制剂。其中氮铝摩尔比为0.9、锰硫摩尔比为15.7的取向硅钢中析出物数量最多,铸坯中数量为5 937个/mm3,热轧板坯中数量为7 024个/mm3;平均尺寸最小,铸坯中尺寸为0.17μm,热轧板坯中尺寸0.15μm,热轧后钢中析出物数量增加,并且热轧板坯边缘和中心组织都最均匀。     

中碳钢钙处理夹杂物变性的“液相窗口”控制模型

 系统研究了国内某钢厂生产的中碳钢Q345B钙处理前后夹杂物类型的变化,从热力学上分析铝脱氧钢中Al2O3夹杂物变性机制及夹杂物中CaS合理控制的条件,确立了夹杂物变性的“液相窗口”模型。热力学计算表明,温度为1873K,w(［Al］)为0.016%时,Al2O3转变为液态钙铝酸盐需要使钢中w(［Ca］)为0.0017%~0.0102%。生产实践表明,钙喂入量在0.0014%~0.0017%时,钙处理可以将钢中高熔点Al2O3的夹杂物转化为低熔点的12CaO·7Al2O3和CaO·Al2O3夹杂物,MnS基本转化为CaS,且无单独CaS析出。     

430不锈钢尖晶石夹杂物控制的热力学分析

通过热力学计算,得出了硅脱氧430不锈钢熔体Fe-Mg-Al-Si-O体系MgO.Al2O3、2MgO.SiO2、3Al2O3.2SiO2和2MgO.2Al2O3.5SiO2的平衡相图,分析了控制尖晶石夹杂物形成与转变的热力学条件。结果表明:1 873 K时,当钢中Al的质量分数在1×10-6以下,钢水中基本不形成镁铝尖晶石;随钢水中溶解铝含量的逐渐降低,由尖晶石转变为2MgO.SiO2所需的溶解氧质量分数逐渐提高。当钢水中溶解镁的质量分数在2×10-6,控制钢水中w(Al)4×10-5、w(O)8×10-6时,对于抑制不锈钢尖晶石夹杂物的形成有利。     

稀土处理无取向电工钢中非金属夹杂物的演变

使用自动扫描电镜分析了镧铈混合稀土处理无取向电工钢生产全流程钢中夹杂物的形貌、数量和尺寸,采用ICP-MS测量了各个阶段钢中的总镧（TLa）和总铈（TCe）的含量。通过分析可知,在加入稀土前,钢中的氧化物夹杂主要为镁铝尖晶石;加入稀土后,钢中的夹杂物被改性为（RE）₂O₂S、（RE）AlO₃以及它们的复合夹杂物,此外还有少量的（RE）S。随着钢中TLa质量分数从1×10^-6增加到10×10^-6, TCe质量分数从5×10^-6增加到18×10^-6,夹杂物的改性规律为：Al₂O₃·MgO→（RE）AlO₃→（RE）₂O₂S、（RE）AlO₃双相夹杂物→（RE）₂O₂S→（RE）S。随着冶炼过程中钢中稀土含量的减少,（RE）₂O₂     

酸溶铝和铌含量对取向硅钢夹杂物特征的影响

摘 要：为了掌握Als（酸溶铝）和Nb含量对取向硅钢中夹杂物特征的影响,借助场发射扫描电镜(FE-SEM)结合能谱仪(EDS)和图像分析软件研究了钢中夹杂物类型、数量、尺寸及尺寸分布,结合钢液凝固过程中溶质元素的微观偏析模型,重点分析了Als和Nb含量影响钢中AlN和NbN析出的机制。结果表明,钢中的夹杂物以NbN、AlN和AlN-NbN为主,夹杂物尺寸分布由Als和Nb含量综合影响。Als含量的增加使含氧复合夹杂物中Al2O3含量增加,SiO2含量降低,促进了钢中硅酸盐类氧化物夹杂的去除,但大大增加了AlN和AlN-NbN夹杂的偏析析出。Nb含量的增加使夹杂物的平均尺寸变小,促进了钢中NbN在凝固前沿的提前析出和以氧化物为核心析出。Als主要影响钢中的氧化物和氮化物夹杂,Nb通过影响与Als结合的O和N的活度影响钢中氧化物和氮化物夹杂的析出特性。     

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。     

持续氧化对钢水钙处理过程中夹杂物的影响

采用感应炉研究了持续氧化对钙处理过程夹杂物的影响。结果表明，在氧化发生前，钙的挥发是夹杂物成分转变的主要原因；氧化发生后会依次与钢中的钙、铝和硅元素发生反应，夹杂物转变规律为CaO- CaS- (Al2O3)→CaO- (CaS)- Al2O3→(CaO)- Al2O3→Al2O3→SiO2。夹杂物的数密度从10升高到210个/mm2，最终样品夹杂物的数密度为300个/mm2。根据钢液成分的检测结果，可将试验分为钙挥发期、铝氧化期和硅氧化期，对氧化过程分阶段进行热力学计算，能够更加准确地预测夹杂物成分。     

含镁合金的制备及在炼钢中的应用

利用镁处理生产超纯净钢及改善钢的显微组织和机械性能等越来越受到重视.但是目前镁加入钢液中,反应十分剧烈,收得率很低且不稳定,无法满足实验的要求.本文拟利用金属粉末针对超高强度钢300M,制备Ni-Mg-Fe系和Ni-Mg-Mo-Fe系中间合金,镁的质量分数在5%左右,并采用电阻炉小坩埚实验.结果表明,无论是Ni-Mg-Fe系还是Ni-Mg-Mo-Fe系的含镁合金压块,镁的收得率都远远超过了预设的5%,镁的溶解量已基本达到稳定.镁处理后,钢中硫含量和全氧含量都明显降低,镁的加入起到显著的脱硫和脱氧效果.同时,钢中的夹杂物成分也变化明显,单相的Al2O3和Mn S夹杂物基本消失,转变为Mg S或者Mg O为核心的夹杂物,有些外面包裹着Mn S;或者是以Mg O·Al2O3尖晶石为核心,外面包裹着低熔点Mn S的复合夹杂物.     

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。     

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。     

石油套管钢中镁铝尖晶石的形成与改性

通过石油套管钢的工业试验及热力学分析,研究精炼过程中镁铝尖晶石的形成和改性机理。结果表明:当钢液中溶解铝分别为0.02%和0.05%时,溶解镁只要达到1.5×10-6和2.8×10-6,钢中便有镁铝尖晶石生成;钢液中溶解铝0.02%,镁含量为4×10-6~8×10-6时,钢中溶解钙含量只要分别达到0.21×10-6和0.42×10-6,钢液中的镁铝尖晶石便开始向液态钙铝酸盐转变;镁铝尖晶石比氧化铝更容易改性为液态夹杂物;钢液精炼过程中夹杂物受钢渣反应和钙处理的影响,按照Al2O3→MgO-Al2O3系夹杂物→Ca O-Al2O3-MgO或Ca O-Al2O3系液态复合夹杂物的过程演变。     

202不锈钢中非金属夹杂物的形成机理

通过工业试验对202不锈钢进行系统取样,分析试样中夹杂物的变化特征,结合热力学计算,研究了202不锈钢中非金属夹杂物的形成机理。在进行硅锰脱氧后,LF精炼过程中钢液内以球型Ca?Si?Mn?O夹杂物为主。对于硅锰脱氧钢,钢液中残余铝质量分数为1×10?5时,可以扩大Mn?Si?O相图的液相区,但铝质量分数超过3×10?5会导致钢中容易形成氧化铝夹杂物并减小液相区。在连铸坯中以Mn?Al?O类夹杂物为主,相较于LF精炼过程试样,连铸坯试样中夹杂物的MnO和Al₂O₃含量明显增加,CaO和SiO₂含量明显减小,夹杂物个数则由LF出钢试样的5.5 mm?2增加到11.3 mm?2。结合热力学计算发现,凝固过程中会有Mn?Al?O夹杂物形成,这也使其成为连铸坯中主要的夹杂物类型。      

钙处理对高碳铝镇静钢中夹杂物的影响

 为了研究高碳含硫铝镇静钢中夹杂物的控制策略,利用ASPEX自动扫描电镜研究了钙处理对高碳铝镇静钢中夹杂物形貌、成分等特征的影响。结果表明,钙处理后夹杂物并未由LF精炼结束时的MgO·Al2O3转变为低熔点钙铝酸盐,而是转变为[x(MgO·Al2O3)·(1－x)CaS]复杂成分体系,夹杂物中MgO/Al2O3的质量比维持在1[∶]3不变。原因在于,钢液中[w([S])/w(T[O])]比较高,导致钙主要与硫结合生成CaS,而较少参与MgO·Al2O3的改性;精炼渣碱度低使得钙无法还原MgO。在此基础上对钙处理时夹杂物的生成与转变机理进行了讨论。     

高锰高铝钢纯净度控制关键技术研究进展

摘要：汽车轻量化对低密度高锰高铝钢的需求日趋迫切,然而高锰高铝钢的大规模化生产仍受制于纯净度控制技术与连续浇注工艺。首先基于高锰高铝钢的成分特点,阐述了高锰高铝钢的微观组织特征,然后通过热力学模拟了高锰高铝钢中夹杂物的形成与演变规律,分析了不同Al和Mn含量对夹杂物的类型和含量的影响规律,最后总结了近年来国内外学者关于高锰高铝钢中夹杂物形成理论和实验研究,钢中高铝含量显著影响Al2O3、AlN及AlON的竞相析出以及影响MnS等夹杂的析出行为,进而从精炼渣、耐火材料和保护渣角度分析了高锰高铝钢冶炼特点并指出了其纯净度控制的关键方向。     

LD-LF-CC流程冶炼87Si钢的非金属夹杂的演变规律研究

为了减少和控制87Si钢中的夹杂物,论文采用热力学计算和试样分析检测的方法,对LD-LF-CC工艺生产87Si钢的夹杂物在各工序的种类和数量进行了系统地研究,对减少和控制87Si钢中的夹杂物有指导意义。结果表明:夹杂物在LF进站时,Al2O3-SiO2-MnO系为主,随着LF精炼的进行,渣中大量的[Ca]进入钢液,夹杂物成分逐渐向Al2O3-CaO-SiO2夹杂物转变。轧材中夹杂物中Al2O3稳定在33%,CaO达到40%,CaO/Al2O3为1.2。对于87Si钢,Al含量在0.006%左右,需要0.0075%的Mg就会有镁铝尖晶石析出,Ca含量在0.077%~1.204%时,Al2O3会转化为液态。