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。     

镁对X120管线钢夹杂物的作用

 运用热力学计算了X120管线钢中氧化镁及其复合夹杂物在钢液中的析出条件,以X120管线钢酸溶铝目标质量分数0.025%为例,0.00046% 0.0033%,钢中将有MgO生成。在X120管线钢的成分下,w(［Ti］)=0.016%时,w(［Mg］)=00008%就可以生成2MgO·Ti2O3复合夹杂。微镁处理的X120管线钢中的夹杂物全部是细小的含镁复合氧化物或是含镁氧化物与硫化物的复合夹杂。镁处理钢中的夹杂物小于2 μm的占85%,2~5 μm的占14.5%,5~10 μm的夹杂物仅有0.5%,看不到大于10 μm的夹杂物,大大优于钙处理钢。     

镁处理对低碳微合金钢中夹杂物和凝固组织的影响

以低碳微合金钢HR60为研究对象,探讨了镁处理对钢中夹杂物变性以及凝固组织的改善作用。研究得到如下结论:镁处理对车轮钢中Al_2O_3具有显著的变质作用,当钢中Mg质量分数为0.002 6%时,夹杂物变质充分,基准钢中Al_2O_3+Mn S夹杂物变质为Mg O·Al_2O_3+Mn S或Mg O·Al_2O_3+Mn S+(Ti,Nb)(C,N)夹杂物;镁处理后钢中夹杂物平均粒径减小,数量显著增多,尺寸小于2μm的夹杂物数量占60%以上,细小夹杂物在钢中呈弥散分布;试验钢经过镁处理后,铸态组织由"多边形铁素体+珠光体"演变为"多边形铁素体+珠光体+针状铁素体"混合组织,针状组织在一定程度上细化了凝固组织;理论计算表明,降低钢液与夹杂物之间的界面能,减小夹杂物与钢液之间的润湿角(θ),是镁处理钢中夹杂物细化的重要原因。     

Ca-Mg处理对X80管线钢夹杂物及性能的影响

在工业生产中进行了X80管线钢Ca-Mg复合处理与Ca处理工业试验。分析了Ca-Mg复合处理和Ca处理钢中夹杂物的变化特征，研究了Ca-Mg复合处理对X80管线钢中夹杂物及性能的影响。结果表明：Ca-Mg处理钢中夹杂物主要是Mg-Ca-Al-O系夹杂，Ca处理钢中夹杂物主要是Ca-Al-O系夹杂；Ca-Mg处理钢中粒径小于1μm的夹杂物数量密度相对较高，大于1μm的夹杂物较少；Ca-Mg处理钢中存在大量尺寸细小的TiN夹杂物，可以起到细化晶粒、提升焊接热影响区韧性的作用。在100 kJ/cm的焊接线能量下，其焊接热影响区韧性大幅度提高。     

钙处理管线钢中Al_2O_3夹杂物的动力学模型

在热力学计算的基础上,基于未反应核模型,建立了管线钢中Al_2O_3夹杂物变性的动力学模型.计算结果表明,Al_2O_3夹杂物变性过程最难阶段在中段,因此Al_2O_3夹杂物变性的中段应创造良好的夹杂物变性的动力学条件;Al_2O_3夹杂物的尺寸是影响夹杂物变性的重要因素,随着Al_2O_3夹杂物粒径的增加,变性难度急剧增加;本模型计算条件下,只有当钢液中Ca质量分数达到0.0014%时,夹杂物才可能变性为液态钙铝酸盐,钙处理用量不同,Al_2O_3夹杂物变性的产物也不同,应根据Al_2O_3夹杂物变性的目标产物决定用钙量,避免夹杂物变性过度.工业试验较好地验证了本模型的计算结果.     

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。     

碱土钡元素对重轨钢夹杂和性能影响的研究

用Fe-Ba-Al-Si合金处理U_(71)Mn钢液,可以减少钢中夹杂物总量。钡能改变夹杂物的形态,并能获得细小的、均匀分布的球状夹杂;夹杂物主要是Al_2O_3与变态的(Ca、Mn)S结合成的复相夹杂,减少了单相存在的Al_2O_3;钡能缩减或消失夹杂物的长度,特别是对Al_2O_3簇状夹杂物的长度;钡在钢中溶解度极小,对钢的机械性能未见不良影响而能改善钢的冲击韧性。     

镁对20MnCr5齿轮钢中夹杂物的改质研究

20MnCr5齿轮钢通常有较好的疲劳性能及切削性能,而钢中夹杂物是影响这些性能的重要因素。为了研究镁对20MnCr5齿轮钢中夹杂物的改质行为和规律,开展了相应的工业实验,采用金相显微镜、扫描电镜以及非水溶液电解腐蚀技术对铸坯和轧材进行了分析。结果表明:镁处理后,钢液更加洁净,夹杂物数量变少,尺寸也变小;以Al_2O_3为核心外围包裹着MnS的复合夹杂,转变为以MgO·Al_2O_3为核心外围包裹着MnS的复合夹杂物,且复合夹杂物的占比从4.2%提高到8.3%。对轧材进行分析,发现镁的加入使20MnCr5轧材中长条状的硫化物更加短小弥散,硫化物的细系评级从2.5级显著降低到1.5级;由于复合夹杂物内部硬质MgO·Al_2O_3核心抑制了轧制过程中夹杂物的变形,使夹杂物保持球形或椭球形。     

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。     

含铈IF钢中铈夹杂物的热力学分析及实验研究

研究了含铈IF钢中铈夹杂物生成的热力学规律,以及铈对钢液中Al_2O_3夹杂物的变质机理,并采用扫描电子显微镜及能谱仪观察和分析了IF钢和含铈IF钢中的主要夹杂物,结果表明,铈在氧、硫含量均小于0.0006%的超低氧、硫IF钢中仍能够同时脱氧、脱硫、脱磷,具有净化钢液作用;含铈IF钢中的稀土夹杂物主要为Ce_2O_3、Ce_2O_2S、CeAlO_3夹杂物,各稀土夹杂物呈球状或椭球状,且尺寸均小于2μm,钢中未发现稀土硫化物夹杂;含铈IF钢中的Al_2O_3夹杂物被铈变质为尺寸较小的CeAlO_3夹杂物。     

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。     

高碳钢82B微镁处理工艺研究

以生产钢绞线用高碳钢82B为研究对象,研究了镁处理对于高碳钢中夹杂物的改性效果。研究表明,高碳钢82B经过镁处理后,钢中的非金属夹杂物成分和尺寸均发生明显变化。夹杂物由镁处理前的CaO-SiO_2-Al_2O_3系复合夹杂物转变为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO系,夹杂物中SiO_2含量明显降低。随着钢中Mg含量的增加,盘条中小于3μm的夹杂物数量显著增加,大于5μm的夹杂物数量显著降低。镁处理后盘条的抗拉强度提高了17%左右。热力学计算表明,夹杂物中MgO含量增加可扩大夹杂物液相区面积,但MgO质量分数不宜高于22%。因此,依靠镁处理工艺来细化钢中的夹杂物,可以显著降低高碳钢盘条拉拔过程中非金属夹杂物的危害,生产出高质量的钢绞线产品。     

管线钢双步钙处理工艺研究

为了提高管线钢钢水纯净度,对管线钢钙处理工艺、非金属夹杂物形态进行分析研究,确定了双步钙处理工艺。经过工艺优化钙处理后,钢中非金属夹杂物主要为尺寸5μm的Al_2O_3·MgO·CaS夹杂物,尺寸5μm的非金属夹杂物数量明显减少,管线钢钢水纯净度得到明显提升。     

齿轮钢锻件关键区域氧化物和硫化物夹杂的分布特征

齿轮是机械传动的关键结构部件,为了改善齿轮的服役性能,提高疲劳寿命,需要清楚齿轮钢中的夹杂物类型、数量、尺寸、分布。采用夹杂物自动扫描仪、氧含量分析手段、扫描电镜对齿轮钢锻件不同位置进行夹杂物评估。结果表明:铸件中心位置TO质量分数较高,为10×10~(-6),对应小尺寸夹杂物数量较多,而大尺寸夹杂物在关键区域的分布较多。钢中氧化物夹杂主要为Al_2O_3、Al_2O_3复合类的尖晶石和钙铝酸盐复合夹杂物,且尺寸较大,分布不均匀,对齿轮钢关键区域的影响较大。钢中硫化物夹杂分布均匀,尺寸较小,热力学计算表明,该类夹杂在凝固过程中凝固率g0.44时,MnS开始析出,通过控制硫化物夹杂析出及分布有助于改善齿轮钢质量。     

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。     

Ce含量对EH40船板钢热影响区夹杂物的影响

利用夹杂物自动分析系统在实验室中研究了钢中Ce含量对热影响区夹杂物演化的作用。结果表明,随着钢中Ce含量的增加,夹杂物的数量密度、平均尺寸和以Al_2O_3为核心的复合夹杂物比例都减少,夹杂物中Ce的含量和含Ce夹杂物的比例都增加,典型夹杂物核心由Al_2O_3+Ce_2O_3变为Ti_2O_3+Ce_2O_3,外部都析出MnS。当钢中Ce质量分数大于140×10~(-6)时,出现以Ti-Ce复合氧化物为核心的夹杂物。随着夹杂物中Ce含量的增加,钢中夹杂物的尺寸减小。Ce氧化物冶金工艺对夹杂物的细化作用明显。     

EH460钢中IAF形核及其细化晶粒行为分析

对实验室冶炼合金元素种类、含量不同的船板钢铸态组织及其中显微夹杂物的成分、粒径进行分析。结果表明:试验钢中部分显微夹杂物可诱发IAF形核,且在IAF长大过程中其针状尖端可穿插到其他铁素体晶粒或珠光体内,将其拆分成多个更加细小的单元,能够明显地细化组织;钢中诱导IAF形核的显微夹杂物成分主要为Al_2O_3-Ti_2O_3、Al_2O_3-Ti_2O_3-MnO/MnS、Al_2O_3-Ti_2O_3-MnO/MnS-Si O_2类复合脱氧夹杂,粒径在1.0~10μm,其中大部分夹杂物粒径在1.0~6.0μm,约占89.3%,少部分夹杂物粒径在6.0~10.0μm,约占10.7%。通过控制合金种类、含量以及加入顺序促使钢中生成大量细小、弥散的有益夹杂诱导大量IAF形核,从而细化晶粒。     

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%。     

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。