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。     

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。     

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。     

钢包初始状态对帘线钢夹杂物的影响

运用Aspex Explorer扫描电镜对比了3种不同初始状态钢包冶炼条件下的帘线钢盘条中夹杂物成分、变形性能以及数量密度等,指出不同初始状态的钢包对帘线钢精炼渣成分和成品[Al]含量的影响。结果表明,同等条件下,分别使用冶炼过Si、Al-Si以及Al脱氧钢的钢包冶炼帘线钢时,精炼渣碱度、渣中Al_2O_3含量和成品[Al]含量均呈上升趋势,对应精炼渣碱度分别为0.95、1.1、1.4,渣中Al_2O_3质量分数分别为7.0%、11.0%、15.0%,成品[Al]的质量分数分别为7×10~(-6)、13×10~(-6)、16×10~(-6)。采用冶炼过Al、Al-Si脱氧钢的钢包冶炼的帘线钢盘条夹杂物数量密度分别为0.96、1.20个/mm~2,夹杂物中Al_2O_3平均质量分数分别为25.9%、31.8%,夹杂物塑性差,轧制后长宽比平均值分别为5.6、5.1。采用冶炼过Si脱氧钢的钢包冶炼的帘线钢盘条中夹杂物数量密度为0.79个/mm~2,夹杂物中Al_2O_3平均质量分数为15.0%,为塑性夹杂物,轧制后长宽比均值为11.3。实验证明,冶炼帘线钢不宜使用初态为Al脱氧或者Al-Si脱氧的钢包。     

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)。     

高级别焊丝钢磷硫控制工艺优化

为了研究采用全三脱工艺KR铁水脱硫→脱磷转炉→脱碳转炉→RH精炼→板坯连铸工艺生产的高级别焊丝钢洁净度水平,进行了5炉工业试验。通过对冶炼过程系统取样分析,研究了钢中总氧含量变化、夹杂物的转变规律及机理。结果表明,转炉终点氧质量分数平均为610.2×10~(-6),进站钢水氧质量分数平均为484×10~(-6),加Al前氧质量分数为220×10~(-6),破空氧质量分数为4.6×10~(-6),整体控制较好。RH进站时夹杂物主要为MnO-SiO_2-Al_2O_3类复合夹杂,夹杂物大多为球形,其中有部分夹杂物尺寸超过20μm;RH破空后,中包至铸坯夹杂物均主要为Al_2O_3型夹杂物,同时含有少量的MgO-SiO_2类夹杂。     

GCr15轴承钢脱氧过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

通过热力学软件FactSage 7.0和工业实践,对1 873 K下GCr15轴承钢脱氧过程中非金属夹杂物生成热力学进行研究。计算结果表明,当轴承钢中的w(Mg)0.4×10~(-6)时,钢中夹杂物由Al_2O_3转变为MgO·Al_2O_3;当钢中的w(Mg)10×10~(-6)时,钢中夹杂物主要为MgO。当轴承钢中w(Al)100×10~(-6)、w(Ca)0.1×10~(-6)时,钢中开始生成固态CaO·6Al_2O_3和CaO·2Al_2O_3夹杂物;当钢中w(Ca)2×10~(-6)时,钢中生成的夹杂物为液态钙铝酸盐;当钢中w(Ca)13×10~(-6)时,钢中开始生成固态CaO夹杂物。工业实践检测和热力学计算结果基本吻合,此外,研究发现纯铁液的脱氧热力学与轴承钢差异较大,因此,不能采用纯铁液的脱氧热力学指导轴承钢生产实践。     

82B硬线钢中夹杂物热力学分析及控制

对82B硬线钢中夹杂物的形成条件进行了热力学理论计算,结果表明:采用低碱度渣时,钢液中[Al]S随着夹杂物中wCaO/wSiO2比值和Al_2O_3含量增大而增加,为把CaO-SiO2-Al_2O_3夹杂物控制在塑性区,钢液中[Al]S应小于6×10~(-6)。实际控制结果表明,按照热力学计算结果控制精炼炉渣成分(控制顶渣中的Al_2O_3含量低于10%),同时保证充足的软吹条件(合适的氩气流量和大于15 min的软吹时间),可以达到夹杂物控制目标。     

稀土铈对夹杂物特征的影响

通过试验冶炼稀土钢,采用扫描电镜与能谱仪,结合热力学计算分析稀土钢中夹杂物的成分以及形貌、尺寸分布等特征,研究稀土钢中夹杂物成分演变机理和稀土添加量对夹杂物特征的影响规律,从而实现稀土钢中夹杂物的精确控制。研究结果表明:在1 873 K时,稀土钢中CeAlO_3和Ce_2O_2S夹杂物最为稳定。稀土钢中铈质量分数为0.015%时,冶炼过程中CeAlO_3+Ce_xS_y夹杂物逐渐转变为Ce_2O_3,且夹杂物中Al_2O_3质量分数和Ce_xS_y质量分数降低。稀土钢中铈质量分数为0.028%时,夹杂物主要为Ce_2O_2S。冶炼初期稀土氧化物较多,随着钢液中溶解氧质量分数的降低,过剩的稀土Ce与硫结合,使得稀土硫化物逐渐增多。增加钢液中的铈含量,CeAlO_3夹杂物减少,Ce_2O_2S增多。将铈含量从0.015%增加到0.028%时,夹杂物平均尺寸由2.83μm降低为2.66μm。     

90t BOF-LF-VD工艺冶炼GCr15轴承钢的氧化物夹杂变化行为

GCr15钢的生产流程为90 t转炉-LF-VD-250 mm×280 mm方坯连铸-轧制。转炉出钢加铝脱氧,LF由高碱度渣[/%:55~58CaO,3~10MgO,12~16SiO_2,16~24Al_2O_3,≤1(MnO+FeO)]精炼,LF喂Al后T[O]为14×10~(-6),LF终点T[O]10×10~(-6)。采用SEM(扫描电镜)+EDS(能谱仪)的方法,研究了线材中超标DS类夹杂物的成分分布,发现夹杂物中心以复合氧化物CaO-MgO-Al_2O_3为主,外围包裹少量CaS;这些氧化物中,Al_2O_3含量约占65%,分布最为均匀;CaO含量约占20%,MgO含量约占15%。统计分析结果表明,VD真空处理后每平方毫米13μm以上大颗粒夹杂物数量增至7,软吹后降至2.1,线材中1/3大颗粒夹杂物来源于钢包渣带入。     

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。     

钢包MgO-C砖抗氧化剂对帘线钢酸溶铝的影响

为了避免帘线钢中脆性夹杂物的生成,通过采取控制入炉物料及合金含Al量、LF精炼炉造低碱度渣系的方法,钢液中酸溶铝(Al_s)质量分数可以控制在9×10~(-6)左右。通过优化钢包镁碳衬砖抗氧化剂的种类和含量,把抗氧化剂金属Al粉质量分数由1.61%降低至0.15%,其余部分使用等量的Si粉代替,在其它工艺不变的情况下,钢液中w(Al_s)从8.8×10~(-6)降低至6.1×10~(-6),降幅达30.7%。钢中典型复合夹杂物中Al_2O_3平均质量分数为8.6%,最大值为23.8%,复合夹杂物可控制在低熔点塑性区。     

钙处理对涟钢高强机械用钢夹杂物的影响

对涟钢LG600/LG700XL冶炼过程中夹杂物的衍变机理进行分析,分批次试验研究了精炼渣性能和钙处理工艺对钢液洁净度和钢中夹杂物的影响。结果表明,在钙处理工艺下,夹杂物的衍变路线为Al_2O_3→MgO-Al_2O_3→Al_2O_3-CaO,中间包钢液中的夹杂物主要是Al_2O_3-CaO和Al_2O_3-TiO_x复合氧化物。取消钙处理以后,铸坯中氧的质量分数从16×10~(-6)降低到11×10~(-6)。两种工艺下,材样中绝大部分夹杂物都是核心为铝酸盐、外层为TiN的复合夹杂,钙处理工艺下夹杂物核心是Al_2O_3-CaO-CaS,取消钙处理工艺下夹杂物核心是MgO-Al_2O_3尖晶石。两类复合夹杂物尺寸都比较小(10μm),对钢材性能的影响有限。取消钙处理以后,钢液可浇性基本保持不变,没有发生水口堵塞,说明取消精炼过程中的钙处理工艺对涟钢高强机械用钢而言是可行的。     

合金弹簧钢51CrV4中镁铝尖晶石夹杂行为研究

针对冶炼合金弹簧钢51CrV4过程存在大量MgO·Al_2O_3类夹杂的问题,采用现场取样及扫描电镜和能谱分析等手段,对51CrV4钢冶炼过程中夹杂物的转变过程进行研究,分析了冶炼过程中MgO·Al_2O_3夹杂的来源和生成过程,并对采用钙处理对钢中镁铝尖晶石改性行为的可行性进行了探讨。研究结果表明:51CrV4冶炼过程中,当钢中w(Mg)=(0.55~30.6)×10-6时均能生成MgO·Al_2O_3夹杂。而当钢中w(Ca)达到6×10-6时,MgO·Al_2O_3夹杂出现液态复合夹杂物,并随着钢中[Ca]含量的提高液态复合夹杂物含量快速增加,而尖晶石夹杂含量减小。当钢中w(Ca)达到35×10-6左右时,MgO·Al_2O_3夹杂完全转变为液态。     

中间包二次氧化对304不锈钢洁净度的影响

为了提高304不锈钢的洁净度水平,对中间包二次氧化过程中TO含量与氮含量,以及夹杂物成分、数密度、平均尺寸和面积分数的变化进行了分析。研究表明,LF出站时钢中夹杂物主要为CaO-SiO_2-Al_2O_3,由于开浇时钢液发生了二次氧化,钢中生成大量小尺寸的高MnO夹杂物,夹杂物主要成分转变为Al_2O_3-SiO_2-MnO;同时,夹杂物面积分数升高,数密度增大,平均尺寸减小。随着浇铸过程的进行,由于二次氧化影响较小,夹杂物由SiO_2-Al_2O_3-MnO逐渐转变为CaO-SiO_2-Al_2O_3,夹杂物的数密度、面积分数逐渐减小。通过热力学计算得出,随着二次氧化吸氧量的增加,夹杂物中MnO含量持续增高,导致大量Al_2O_3-SiO_2-MnO夹杂物生成。     

国内外气门簧用弹簧钢线材质量对比

通过对国产55SiCrA、浦项SAE9254V及新日铁65Si2CrV气门簧用弹簧钢进行全面质量对比分析,国产与国外弹簧钢的主要差异为:国产弹簧钢中w(Als)高达40×10~(-6),夹杂物中w(Al_2O_3)高达42%,夹杂物长宽比均小于3,宽度尺寸大,且其电解得到了高MgO类及高Al_2O_3类的大型不利夹杂物。生产过程应降低钢中w(Als)至20×10-6以下,使用低铝含量的合金,采用低碱度及低Al_2O_3含量的精炼渣进行冶炼,避免使用含Al_2O_3的镁质耐火材料,降低夹杂物中w(Al_2O_3)至10%~20%,提高夹杂物塑性。另外国产弹簧钢组织含有较多的先共析铁素体,且脱碳层控制较差。     

超低氧特殊钢中非金属夹杂物研究

针对超低氧含量特殊钢中大型非金属夹杂物问题开展了相关工业试验和实验室研究,研究结果表明:1)当钢液w(T.O)低于(13~15)×10~(-6)后,通过LF精炼进一步降低钢液总氧和夹杂物含量变得困难。而RH真空精炼在钢液超低氧含量条件下则具有非常强的进一步降氧和去除夹杂物的能力,将RH精炼时间延长至33 min左右,钢液w(T.O)降至4.7×10-6,尺寸1.5μm以上夹杂物数量减少至1.77个/mm~2。2)超低氧特殊钢中夹杂物在钢液二次精炼过程会经历"Al_2O_3→MgO-Al_2O_3→CaO-MgOAl_2O_3→CaO-Al_2O_3"转变,其中Al_2O_3向MgO-Al_2O_3系夹杂物转变是由于钢液[Mg]与Al_2O_3夹杂物的反应,而[Mg]主要来源于[Al]还原钢包包衬MgO的反应。3)在w(T.O)=5.9×10-6的特殊钢连铸圆坯试样中检测到尺寸100~330μm的大型簇群状CaO-MgO-Al_2O_3系夹杂物,构成簇群的微小颗粒与钢液中微小夹杂物类似,表明是在连铸过程由钢液中微小夹杂物聚合而成。4)经过RH精炼,钢中夹杂物绝大多数已转变为液态CaO-Al_2O_3系夹杂物,而连铸过程发生的二次氧化,会将钢中夹杂物转变为高熔点的CaO-Al_2O_3系、MgO-Al_2O_3系或CaO-MgO-Al_2O_3系固态夹杂物,固态夹杂物更易聚合为大型夹杂物,因此在超低氧特殊钢生产中必须非常严格地控制二次氧化。     

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.     

300t-BOF-RH-CC流程冶炼Ti-IF钢夹杂物的衍变行为

试验Ti-IF钢(/%:≤0.003 5C,≤0.03Si,0.08~0.20Mn,≤0.025P,≤0.015S,0.05~0.07Ti,0.030~0.055Als,≤0.004 0N)BOF终点[C]0.03%~0.06%,终点[O]0.003 0%~0.060 0%,出钢过程加石灰和含Al钢包顶渣改质剂,RH终渣组成/%:53.38CaO,7.05FeO,1.01MnO,31.4Al_2O_3,5.7MgO,0.3P_2O_5,0.022S。RH精炼过程取样分析表明,通过加顶渣改质剂,控制8%(FeO+MnO),CaO/Al_2O_3=1.7,能较好去除钢中夹杂物,精炼过程钢中氧含量逐步下降,铸坯中氧含量为0.001 4%,氮含量为0.001 5%;脱碳结束时夹杂物主要为MnO;铝脱氧结束之后为Al_2O_3;合金化后为Al_2O_3及Al-O-Ti复合夹杂物;在铸坯中,前述夹杂物有效去除,但在凝固过程析出TiN夹杂。     

优化精炼渣去除50Cr5MoV钢中Al_2O_3夹杂物的实验室研究

为了减少某钢厂EBT-LF-VD-VC工艺生产的50Cr5MoV轧辊钢中的Al_2O_3夹杂物,在实验室条件下,对LF精炼渣进行优化,研究了不同w(CaO)/w(Al_2O_3)比值的LF精炼渣去除夹杂的能力。结果表明:当w(CaO)=50%~55%,w(Al_2O_3)=25%~30%,即w(CaO)/w(Al_2O_3)=1.5~2.0时,优化后的精炼渣不仅能够去除大量的铝脱氧产物Al_2O_3,而且残余夹杂基本都转变为直径1~5μm且具有塑性的CaO-MgO-Al_2O_3球形复合夹杂。