20CrMnTiH齿轮钢脱氧过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

基于前人的研究结果,通过热力学计算软件Factsage 7.1分析了20CrMnTiH齿轮钢中复合脱氧平衡。热力学计算结果表明, LF精炼初期,钢中非金属夹杂物的主要成分为Al_2O_3;随着耐火材料的侵蚀以及合金的加入,氧化物夹杂转变为Al_2O_3·MgO,并含有少量CaO;钛合金化后,氧化物夹杂的种类无明显变化,主要成分为Al_2O_3·MgO,由于钛铁中带入少量Ca,氧化物夹杂中CaO略有增加;钙处理后,氧化物夹杂中CaO含量明显增加,Al_2O_3·MgO转变为Al_2O_3·MgO·CaO,夹杂物的平均成分落入液态夹杂物区域。热力学计算结果与实际生产过程中夹杂物的转变具有相同的规律,但实际生产过程由于多元脱氧体系中合金及脱氧元素加入顺序以及动力学因素导致与实际情况具有一定差异。     

高铝精炼渣对重轨钢中夹杂物的影响

本文以国内某厂重轨钢U71Mn为例,开展了不同Al_2O_3质量分数精炼渣对重轨钢中夹杂物的影响研究.研究结果表明:在实验室条件下,钢中全氧质量分数随着精炼渣中CaO/SiO_2的增加逐渐降低,钢中夹杂物的平均直径随渣中Al_2O_3质量分数的增加先减小后增大.夹杂物中氧化铝质量分数随着渣中Al_2O_3质量分数降低而降低,当渣中Al_2O_3质量分数低于30%时,精炼渣中Al_2O_3质量分数对夹杂物中氧化铝质量分数影响不大.试样中较大尺寸夹杂物均是以Al_2O_3·MgO为核心的包裹型夹杂,部分试样在Al_2O_3·MgO外侧包有少量的SiO_2,并随着渣中CaO/SiO_2值增加而逐渐减少.夹杂物最外侧为硫化物包裹层,且随着CaO/SiO_2增加包裹范围逐渐变小.     

LF-VD-CC生产过程304不锈钢 全氧和夹杂物分析

对采用"LF-VD-CC"工艺路线生产的304奥氏体不锈钢精炼过程全氧和夹杂物进行了分析。结果表明,随着LF-VD-CC过程进行,304钢液中全氧含量、夹杂物数量密度和夹杂物平均尺寸呈逐渐减小的趋势。整个精炼过程,夹杂物类型都为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO,VD后跟LF出站相比,夹杂物中Al_2O_3和MgO含量都有一定的增加。到连铸中间包后,夹杂物中Al_2O_3和MgO含量明显增加,CaO含量明显降低,主要跟温度降低有关,试验结果跟热力学计算结果有较好的一致性。     

轴承钢LF-VD精炼过程夹杂物行为变化研究

采用夹杂物自动扫描分析仪Aspex对轴承钢炉外精炼过程中的非金属夹杂物进行大面积扫描,系统研究了炉外精炼过程钢液纯净度变化,对关键工序进行氧、氮含量分析,同时利用"无水电解"提取各个工序夹杂物,以便观察夹杂物三维形貌,以指导生产实践。研究表明,LF-VD过程,夹杂物经历了Al_2O_3→MgO·Al_2O_3→CaO-MgO-Al_2O_3演变。LF精炼初期,钢液中形成大量Al_2O_3夹杂物,随着LF精炼地进行,钢液中逐渐形成MgO·Al_2O_3、钙铝酸盐、CaO-MgO-Al_2O_3等复合夹杂物,VD真空后,钢液中形成大量CaO-MgO-Al_2O_3夹杂物。LF精炼初期,钢液中夹杂物数量密度达到16.25个/mm~2,随着LF精炼的进行,夹杂物数量逐渐减少,VD破空后钢液中夹杂物数量密度降低为6.87个/mm~2,随着静搅地进行,钢液中夹杂物数量密度逐渐降低,VD吊包夹杂物数量密度增加,可能是卷渣造成。     

目前常用脱硫精炼渣

<正>目前常用的脱硫精炼渣主要由CaO、Al_2O_3、SiO_2、MgO、CaF_2等成分组成。CaO是碱性氧化物,对脱硫起主要作用;Al_2O_3本身呈酸性,无脱硫作用,在一定程度上能降低熔渣的碱度。但是Al_2O_3能与CaO结合成低熔点化合物,降低精炼渣的熔点;SiO_2主要起助熔剂作用,它对精炼渣发泡,减少钢中点状夹杂物也有一定作用;MgO与硫有一定结合能力,但是这种结合能力不如CaO,而且MgO     

炉渣反应平衡对钢中总氧和非金属夹杂物影响的研究

高强度低合金钢为了控制钢中硫含量,生产过程中采用高碱度、低氧化性精炼渣,致使钢中生成尺寸较大的塑性夹杂物,严重影响钢材质量。炉渣组成对钢中夹杂物有很大影响,文章介绍了采用钢-渣平衡的方法对五种渣系(不同CaO/SiO_2和Al_2O_3%)钢中总氧和非金属夹杂物影响的研究。结果表明,钢-渣反应平衡后,顶渣中Ca O/SiO_2在1.93~4.54,Al_2O_3 %在21%~30%;钢中T.O在7×10~(-6)~19×10~(-6);钢中夹杂物呈球形,绝大多数尺寸在5μm以下,类型为Al_2O_3-Si O2-CaO-MgO系,部分夹杂物中含有少量MnO。当顶渣中Al_2O_3含量一定时,随着顶渣中(CaO+MgO)/SiO_2提高,T.O下降;夹杂物中MnO含量降低,CaO/Al_2O_3增加。当顶渣CaO/SiO_2一定时,随着渣中Al_2O_3含量的提高,T.O增加;夹杂物中Al_2O_3含量增加,CaO含量也相应增加,CaO/Al_2O_3变化不大,约在1,夹杂物中MgO含量和MgO/Al_2O_3下降。随着钢中T.O含量的增加,夹杂物的数量呈上升的趋势;钢中出现大尺寸夹杂物的几率增加。     

石油套管钢中二次氧化产物的控制

通过工业试验对精炼过程钢样中夹杂物的形貌和成分进行观测,结果表明,试验炉次中包钢样中除液态复合夹杂物外,存在一定数量连铸过程中二次氧化导致的Al_2O_3、MgO·Al_2O_3尖晶石夹杂物。对二次氧化产物的生成和控制机理进行分析,并以此为基础对钙处理工艺进行优化,优化后中包钢样中主要为液态复合夹杂物,Al_2O_3、MgO·Al_2O_3尖晶石夹杂物数量大幅度减少。     

SPHD钢中夹杂物在RH-CC工序 的演变规律

以SPHD钢在BOF-RH-CC工艺生产过程中夹杂物的演变为研究对象,分析了从精炼出站到连铸过程钢中T. O、[N]的变化情况,研究了夹杂物数量、尺寸分布以及成分演变规律.结果表明:从RH精炼出站到中间包,钢中T. O和[N]含量增加,单位面积夹杂物数量升高,钢水因二次氧化产生了Al_2O_3夹杂.夹杂物尺寸变化主要集中在10μm以下的夹杂物,其中小于5μm夹杂物所占比例降低,5～10μm夹杂物所占比例增多,钢包与中间包之间的保护浇铸需要加强.部分Al_2O_3夹杂可转变为低熔点且易被去除的CaO-MgO-Al_2O_3系或CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系等复合夹杂,铸坯内夹杂物主要以Al_2O_3,Al_2O_3-SiO_2,CaO-SiO_2以及CaO-Al_2O_3-SiO_2等形式存在,也有附着少量MnS的Al_2O_3夹杂.     

"BOF→LF→RH→钙处理→CC"工艺生产管线钢过程夹杂物演变

对"BOF→LF→RH→钙处理→CC"工艺生产X70管线钢过程的夹杂物行为演变进行了研究。发现LF精炼过程夹杂物由多面体Al_2O_3转变为球形的MgO-Al_2O_3-CaO-CaS复合夹杂。RH精炼过程夹杂物成分变化不大,但是夹杂物数量和尺寸都减小。钙处理后,夹杂物中的CaO和CaS含量增加,w(CaO)/w(Al_2O_3)增大,平均成分偏离低熔点区。在连铸过程由于二次氧化导致钢中Al_s和T.Ca含量降低,同时中间包夹杂物中CaO和CaS含量有所降低,夹杂物数密度和最大尺寸都有所增加,应加强浇铸过程的保护浇铸,以更好地保证钙处理效果。由于降温过程钢-夹杂物之间平衡的移动,夹杂物由中间包中液态的CaO-Al_2O_3转变为铸坯中的以Al_2O_3-CaS和MgO-Al_2O_3类型为主的高熔点夹杂物。     

W800无取向电工钢中氧化物演变规律

夹杂物是影响无取向电工钢磁性能的重要因素之一,为了研究无取向电工钢生产过程中氧化物特征的变化,对W800无取向电工钢全流程取样分析。采用荧光光谱分析和氧氮联合分析仪分析了炉渣和钢中全氧含量的变化。采用直接磨抛后1∶1盐酸水溶液酸蚀和非水溶液小样电解的方法揭示了钢中氧化物的形貌特征。采用ASPEX对钢中氧化物的成分、尺寸、数量进行分析。试验结果表明,加Al合金化前,钢中的氧化物类型主要为球体或近球体的SiO_2和含有少量的SiO_2包裹SiO_2-MnO;加Al合金化后,氧化物转变为Al_2O_3和MgO·Al_2O_3。通过直接磨抛和1∶1盐酸水溶液酸蚀的方法只能揭示出球形和多面体的Al_2O_3。采用非水溶液电解提取可以看到Al_2O_3的3种形貌为球体、树枝状和多面体。RH精炼过程中,夹杂物平均成分接近纯Al_2O_3,MgO的质量分数仅为0.2%。而在中间包冶炼过程中,夹杂物中MgO比例提高。软吹过程对于促进夹杂物长大和去除具有显著效果,也促进了耐火材料的侵蚀,使夹杂物中MgO的质量分数升高至8.1%。由于精炼过程采用较低的碱度和钙铝比,夹杂物中几乎不含CaO。通过Factsage热力学计算得出,随着Al的加入量增多,钢中的夹杂物类型依次为纯SiO_2,液态的SiO_2-Al_2O_3和Al_2O_3,与观察到的结果相符。     

DP590钢夹杂物在精炼及浇铸过程中的演变行为

围绕某钢铁企业生产的DP590钢中非金属夹杂物在精炼及浇铸过程中的演变行为,采用氧氮分析、显微夹杂统计及SEM-EDS能谱分析等手段进行了系统深入的研究。利用Fact-Sage软件计算并绘制了1 600℃时CaS-CaO-Al_2O_3三元相图,分析了精炼和连铸过程中夹杂物在CaS-CaO-Al_2O_3三元相图中的演变行为。研究发现,在该厂现行工艺条件下,LF喂钙处理可降低钢中的全氧含量和非金属显微夹杂含量。转炉炉后出钢至精炼出站全氧含量降低了27×10~(-6),非金属显微夹杂物含量减少了54.5%。稳态连铸坯中的氧、氮含量和显微夹杂含量较低。LF精炼喂钙线之前显微夹杂的主要成分为Al_2O_3。在LF精炼钙处理后,中间包及连铸坯中发现了大量的球形Ca O-Al_2O_3类夹杂,这表明钙处理效果良好,实现了将Al_2O_3夹杂物变性的目的。热力学计算结果表明钙处理过程中夹杂物的演变行为为Al_2O_3→Al_2O_3+CaO·6Al_2O_3+CaS→Al_2O_3+CaO·2Al_2O_3+Ca S(Ca S较多,Ca O较少)→Al_2O_3+CaO·2Al_2O_3+CaS(CaS较少,CaO较多)。     

CaO-SiO2-MgO-Al2O3系精炼渣的活度计算模型

精炼渣系对钢中夹杂物的演变与去除有着重要影响,渣金反应导致铝脱氧钢中大量形成MgO-Al_2O_3夹杂物,危害钢材的表面质量与疲劳性能.为了降低渣中MgO的反应性,文中依据分子离子共存理论,建立了CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3系精炼渣的活度计算模型,利用该模型,计算分析了渣中MgO含量、SiO_2含量、CaO/Al_2O_3和CaO/SiO_2对渣中MgO活度的影响规律.结果表明,增加Si O2含量可显著降低MgO活度.当MgO含量为10%时,控制CaO/Al_2O_3小于1和CaO/SiO_2小于0.6可有效降低MgO活度.     

60t LF精炼终点GCr15轴承钢中氧化物夹杂特性的研究

通过电弧炉出钢加铝铁、硅铁脱氧,LF精炼初渣的组分为(/%:27.39~37.34Al_2O_3,38.42~38.68CaO,14.20~18.38SiO_2,8.50~10.72MgO,0.82~0.89FeO,0.27~0.33MnO,0.69~0.74S,0.66~0.75TiO_2,(CaO)/(SiO_2)=2.09~2.72,(CaO)/(Al_2O_3)=1.04~1.40),LF终点T[O]为0.001 2%~0.0019%,T[N]为0.004 3%~0.005 0%,[Ti]0.002%和[Ca]0.006%~0.009%。GCr15轴承钢LF精炼终点氧化物夹杂分析结果表明,钢中主要氧化物夹杂为镁铝尖晶石(MgO·Al_2O_3)和钙镁铝尖晶石氧化物(CaO·MgO·Al_2O_3)。镁铝尖晶石平均尺寸低于0.5μm,当有MnS、TiN等在其上析出后平均尺寸增大。钙镁铝尖晶石平均尺寸通常在2μm以上,在精炼温度下呈液态,易在钢中聚集长大,其尺寸(1.39~2.12μm)比固态的钙镁铝尖晶石-MnS夹杂物大,且更被精炼渣吸收并上浮去除。随着精炼过程钢液中的硫含量降低,以这两类尖晶石为核心的含MnS的复合夹杂物的平均尺寸降低。适当降低精炼终点渣中MgO的含量、光学碱度和黏度可以减少钢中夹杂物的数量并降低其平均尺寸。     

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-SiO_2、CaO-Al_2O_3-SiO_2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Al_2O_3、SiO_2及铝酸钙类夹杂物。钙处理钢中形成的液态3CaO·Al_2O_3、MgO·SiO_2和Al_2O_3夹杂物被精炼渣吸收,改性去除了钢中大尺寸Al_2O_3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Al_2O_3-SiO_2类夹杂。硫化物在MgO-SiO_2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。     

316L不锈钢LF精炼过程夹杂行为热力学分析和工艺优化

采用热力学计算方法得出316L不锈钢(/%:0.02C,0.51Si,1.15Mn,0.030P,0.001S,16.77Cr,10.12Ni,2.07Mo,0.040N,0.006Ti,0.004A1)精炼过程中脱氧平衡后形成MgO·Al_2O_3、2MgO·SiO_2、3Al_2O_3·2SiO_2、2NgO·2Al_2O_3·5SiO_2优势区图,研究和分析了各类夹杂物生成与转变的热力学条件。结果表明,在1 873 K时,当钢液中的溶解Al含量低于0.001%和溶解Mg含量低于2×10~(-7)%时才能形成低熔点变形能力较好的2MgO·2Al_2O_3·5SiO_2类夹杂物;当钢液中溶解Al含量在1.7×10~(-4)%以下,钢液中不形成MgO·Al_2O_3尖晶石夹杂;2MgO·SiO_2与3Al_2O_3·2SiO_2类高熔点夹杂物形成区域最大。实践表明,加Ca对高熔点夹杂物2MgO·SiO_2与3Al_2O_3·2SiO_2变性处理的热力学条件充足,当316L不锈钢180 t LF钢液溶解氧为0.002 0%,进行喂硅钙线2 m/t,精炼终点[O]为0.001 5%,2 mm冷轧板夹杂物为C类0.5~1.0级,主要成分为CaO·Al_2O_3·SiO_2。     

高性能GCr15轴承钢中夹杂物控制与疲劳性能

GCr15轴承钢的冶炼工艺对钢的疲劳性能具有显著影响。研究了LF+VD、电渣重熔(ESR)和真空感应+真空自耗(VIM+VAR)冶炼工艺对钢中氧、氮、硫的质量分数和非金属夹杂物的分布特征以及疲劳性能的影响规律。结果表明,VIM+VAR冶炼钢中氧和氮的质量分数分别为0.000 5%和0.001 6%,夹杂物总数量仅为1.54个/mm~2。ESR冶炼钢中氧和氮的质量分数分别为0.001 8%和0.011 0%,夹杂总数量为17.78个/mm~2,夹杂物尺寸均小于13μm。LF+VD冶炼钢中硫的质量分数为0.002 6%,钢中硫和氧的质量比为3.7,夹杂总数量最多为20.73个/mm~2,大于13μm的夹杂物中CaS和CaS与Oxide复合夹杂比例较高。旋转弯曲疲劳试验结果表明,LF+VD、ESR和VIM+VAR冶炼钢的安全疲劳极限分别为980、1 164和1 158 MPa,引起疲劳破坏的夹杂物类型与制备工艺有关,LF+VD冶炼钢的夹杂物有CaS、CaS(Oxide)和CaO·Al_2O_3,ESR冶炼钢的夹杂物有Al_2O_3和CaO·Al_2O_3,VIM+VAR冶炼钢的夹杂物有TiN、MgO·Al_2O_3和CaS(Oxide)。依据真实应力因素和疲劳寿命,钢中夹杂物的危害程度由大到小依次为TiN、CaO·Al_2O_3、MgO·Al_2O_3、Al_2O_3、CaS(Oxide)和CaS,夹杂物类型和尺寸的不同导致了GCr15轴承钢安全疲劳极限的差异。     

重轨钢凝固和冷却过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

为了研究钢液凝固和冷却过程中非金属夹杂物的生成热力学,以U75V重轨钢为研究对象,通过Aspex自动扫描电镜对不同钢液成分的中间包钢水样和连铸坯样进行分析,结合热力学计算,得到了重轨钢凝固和冷却过程中夹杂物的转变机理。研究结果表明,重轨钢中间包内主要为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO型夹杂物,且夹杂物成分均匀;凝固冷却过程不仅导致夹杂物成分的变化,也会导致相的不均匀性,连铸坯中的夹杂物为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO-CaS型,夹杂物中CaO含量降低,CaS含量升高,凝固冷却后的夹杂物由CaS、MgO·Al_2O_3以及CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO等多相组成,其中MgO·Al_2O_3相位于CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO相内部,最外层包裹CaS。热力学计算结果与试验结果基本吻合,夹杂物成分差异可能由于热力学和动力学条件不足引起。     

高端抗硫管线钢非金属夹杂物研究

采用扫描电镜和大样电解等检验方法对抗硫管线钢的冶炼过程试样和连铸坯中夹杂物的数量、尺寸、成分、形貌进行系统分析。结果表明:钢液经过LF精炼后,显微夹杂物的面积比降低了34.7%;中间包钢液的夹杂物面积比较VD出站增加了6.1%。LF进站钢液中的夹杂物主要为Al_2O_3夹杂物,在LF精炼和VD真空处理过程中由于钢渣间的相互作用,形成以CaO、MgO、Al_2O_3为主要组成的复合型夹杂物。钙处理后夹杂物中的CaO和Al_2O_3的物质的量比接近12∶7,并与钢液发生了脱硫反应,形成了含CaS的复合夹杂物。中间包开浇阶段铸坯中的显微夹杂物和大型夹杂物都明显高于稳定浇铸状态;在稳定浇铸状态下,铸坯中的w(T[O])小于15×10~(-6),大型夹杂物的含量小于0.2 mg/kg;大型夹杂物的主要来源是钢包引流砂、结晶器保护渣。     

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)。     

电炉轴承钢中的氧化物夹杂

文章对GCr_(15)的氧化物夹杂进行分析。采用矽钙合金脱氧,观察到塑性、链状球状三种氧化物夹杂,其中塑性夹杂是含锰的矽酸盐,链状及球状夹杂基本组成是含钙的矽酸盐。采用铝脱氧,主要观察到链状及球状氧化物夹杂,夹杂物由钙、镁的铝(矽)酸盐组成。链状夹杂有CaO·2Al_zO_3、CaO·Al_2O_3、MgO·Al_2O_3,Al_2O_3—CaO—MgO系,Al_2O_3—CaO—SiO_2系。球状夹杂有3CaO·Al_2O_3、12CaO·7Al_2O_3。上述各种夹杂物中普遍含镁、铁。用铝脱氧,随着脱氧剂铝量的增加,夹杂物中铝含量常常相应地增多。对氧化物夹杂的主要来源,形态进行分析,提出看法,以便为改善电炉钢的洁净度提供一些参考。