交换钢包过程对IF钢连铸板坯表层洁净度的影响

采用ASPEX扫描电镜中的自动特征分析功能研究了交换钢包过程（取样浇次第4、5炉）对IF钢连铸板坯表层的洁净度的影响,且对比研究了交换钢包过程浇铸铸坯（交接坯）与正常浇铸铸坯（正常坯）的表层洁净度.结果表明:正常坯与交接坯中尺寸大于20μm的表层夹杂物可分为三类:（1）簇群状Al₂O₃（包括气泡+簇群状Al₂O₃）;（2）簇群状TiO_x-Al₂O₃夹杂物;（3）保护渣夹杂物.正常坯表层的大型夹杂物主要为簇群状Al₂O₃,没有检测到保护渣夹杂物.换包开浇后铸坯总氧质量分数从14×10-6增至17×10-6,交接坯表层检测到较多的第2夹杂物,说明钢包开浇后钢水被轻微氧化.此外,钢包开浇后剧烈的液面波动也导致了保护渣的卷入.在当前工艺下,换包对IF钢铸坯表层洁净度的影响长度约为11m.      

IF钢中含Ti夹杂物的衍变规律

系统研究了Ti-IF钢冶炼过程和铸坯中含Ti夹杂物的组成、分布与微观形貌,揭示了含Ti夹杂物的衍变规律.热力学分析和实验结果表明:在IF钢冶炼过程中无TiN生成,含Ti夹杂物的存在形式是以TiO₂为主的钛氧化物结合其他氧化物的复合夹杂:而在连铸凝固过程中,由于钢液温度降低和元素的偏析作用,TiN夹杂以异质形核的方式生成.IF钢铸坯中非金属夹杂物主要是大尺寸Al₂O₃颗粒和存在中间过渡层的TiN—Al₂TiO₅-Al₂O₃复合夹杂物,其形核长大过程是[Al]、[Ti]和[O]先在细小的Al₂O₃颗粒上反应生成一层Al₂TiO₅,然后TiN在Al₂TiO₅表面形核长大.根据连铸过程和铸坯中含钛夹杂物的研究得出,Ti-IF钢铸坯中TiN夹杂难以去除,但是可以使其变性以实现对钢中含钛夹杂物的控制.      

高品质含钛焊丝钢生产过程中夹杂物的行为演变

采用扫描电镜观察了含钛焊丝钢中夹杂物的形貌与组成,重点分析了冶炼过程中夹杂物的形成和演变规律。结果表明,LF进站前的夹杂物主要类型为球形的SiO₂-Al₂O₃复合夹杂物,其尺寸在6 μm左右;在LF精炼中,SiO₂-Al₂O₃型夹杂物转变为不规则椭球形SiO₂-Al₂O₃-CaO型夹杂物,其尺寸为5～10 μm。且随着精炼的进行,夹杂物的数量密度由LF进站前的131.81变成最终出站时的42.84个/mm2。在钢水精炼期间,夹杂物成分由最初的w(Al₂O₃)＜20%的区域向CaO含量升高的区域移动,Al₂O₃的质量分数为20%～35%;LF精炼结束后的夹杂物类型除了SiO₂-Al₂O₃-CaO外,还存在较多的近球形SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO与形状不规则的SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO-TiO_x系夹杂物。另外,在铸坯中的复合氧化夹杂物的外层还发现有TiN夹杂物析出。夹杂物成分最终在铸坯中停留在w(Al₂O₃)＜25%的区域,数量密度降低到27个/mm2左右。     

镁处理对40Cr铝镇静钢中夹杂物的影响

 为了探究镁处理对40Cr铝镇静钢中夹杂物的影响,在120 t钢包内进行了镁处理工业试验。采用FactSage热力学软件计算了在试验炉钢水成分条件下夹杂物的稳定区域图,镁处理夹杂物的改质路径为Al₂O₃→Al₂O₃+MgO·Al₂O₃→MgO·Al₂O₃→MgO+ MgO·Al₂O₃→MgO+MgS;结合金相显微镜和ASPEX-explorer自动扫描电镜分析了镁对40Cr铝镇静钢中夹杂物的形态、尺寸及成分的影响。结果表明,镁处理后,铸坯中夹杂物尺寸及数量较未加镁的试样有明显减少,尺寸主要分布在0～3 μm,夹杂物密度和夹杂物的长宽比明显减小;钢中夹杂物等效直径为0～3 μm的比例大于未添加镁的,这说明镁处理对40Cr铝镇静钢中夹杂物有弥散化及形貌控制的效果。镁处理后的40Cr铝镇静钢中夹杂物主要为MnS包裹MgO·Al₂O₃为核心的复合夹杂物,而对比炉钢中夹杂物主要为MnS、Al₂O₃-MnS以及钙铝酸盐类夹杂物。     

超低碳钢AISI 1006铸坯夹杂物的分布及工艺改进

为研究90 t BOF-RH-LF-CC流程生产的超低碳钢AISI1006夹杂物控制情况,通过对200 mm×200 mm铸坯横断面不同位置夹杂物进行统计分析,结果表明：钢中小颗粒夹杂占比较大,尺寸5～10μm的夹杂物占比达到91.0%,10～13μm的占比3.6%,13μm以上占比5.4%。尺寸较大夹杂主要分布于铸坯中心。在铸坯1/4边长处夹杂物分布最多,其次是近中心处,铸坯近表面处夹杂物最少。铸坯内夹杂物主要为Al₂O₃、Al₂O₃·CaO·(CaS·MnS)、Al₂O₃·CaO·MgO·(CaS·MnS)、MgO·Al₂O₃·(CaS·MnS)复合夹杂物,为内生夹杂物。开展工艺优化改进,RH高真空保持时间控制在15 min以上,LF精炼做好脱氧造渣及脱硫,精炼时间控制在90 min以内,精炼终渣碱度在6～7,出站前喂入硅钙线进行变性处理,软吹时间控制在25 min以上,连铸做好保护浇注,中间包开大氩气流量吹...     

EH36钢120 t BOF-LF-RH-CC流程精炼过程中夹杂物演变研究

对采用“120tBOF-LF-RH-260mm板坯CC”工艺流程生产的EH36钢,在精炼过程中的夹杂物演变规律进行了研究。通过现场各工序取样检测,结合夹杂物形成热力学计算,分析了夹杂物种类和尺寸的变化。研究表明,在“LF→RH→中间包”的精炼过程中,钢中夹杂物数量密度呈逐渐降低趋势,而其中直径>5μm的大颗粒夹杂物数量密度则逐渐增加。大颗粒夹杂物种类为MnO-SiO₂系氧化物和CaO-Al₂O₃系钙铝酸盐,如3CaO·Al₂O₃,12CaO·Al₂O₃和CaO·Al₂O₃。在精炼过程中,当钢中Ca含量较低时,形成CaO·6Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃,随着钢中Ca含量的升高,主要形成12CaO·7Al₂O₃和3CaO·Al₂O₃。     

IF钢铸坯厚度方向洁净度演变

采用夹杂物原貌分析、扫描电镜和能谱分析、氧氮分析等手段系统分析了IF钢铸坯全厚度方向的洁净度变化及夹杂物分布规律.铸坯厚度方向全氧（T.O）和N质量分数平均值均为17×10-6.内、外弧表层1/16内T.O、N均高于平均值5%~10%,存在夹杂物聚集带;内弧1/4至外弧1/4区域T.O、N水平低于平均值5%~10%;表层1/16至1/4区域接近平均水平.共统计夹杂物963个,夹杂物平均粒径5.7μm,〈5μm占60%,〈10μm占90%;Al₂O₃夹杂主要存在表层5 mm内,尺寸在2~10μm;TiN-Al₂O₃和TiN粒子主要在距离表层5~80 mm,尺寸随深度增加而增大;TiN-TiS和TiS夹杂主要在距离表面80~130 mm,尺寸1~5μm.从铸坯表层到中心主要夹杂物的分布依次是Al₂O₃、Al₂O₃-TiN、TiN、TiN-TiS、TiS和MnS.      

硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响

大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物容易引起轴承钢疲劳失效,大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的控制是生产高端GCr15轴承钢的关键因素之一。精炼过程中合金引入杂质元素、渣精炼和精炼过程中卷渣是铝脱氧轴承钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的主要潜在来源。硅铁合金通常用来提高轴承钢的淬火和抗回火软化性。本文通过实验室实验、样品分析和热力学计算,研究了硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响。硅铁合金主要由深色的硅相和浅色的硅铁相组成,钙元素在硅相和硅铁相的界面处以金属化合物形式存在。研究发现,加入硅铁合金后,钢中总钙（T.Ca）含量增加,钢中的Al₂O₃和MgO·Al₂O₃夹杂物被改性为CaO?Al₂O₃类夹杂物,夹杂物尺寸随着夹杂物中CaO含量增加而减小,钢中并未生成大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物。随着钢中T.Ca含量增加,夹杂物平均尺寸降低,钢中T.O含量增加,表明硅铁合金中金属钙元素不会直接引起钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的生成。但是生成的小尺寸固相CaO?Al₂O₃类夹杂物在水口处粘附结瘤,结瘤物脱落后会成为钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的来源之一。      

Fe-Mn-Al-C低密度钢中的脱氧合金化夹杂物

为了研究Fe-Mn-Al-C低密度钢脱氧合金化夹杂物的生成及机理,采用Si、Mn、Al进行脱氧合金化,通过场发射扫描电子显微镜结合夹杂物自动分析系统对Fe-Mn-Al-C低密度钢样品中的夹杂物进行观察。结果显示,Fe-Mn-Al-C低密度钢中夹杂物主要分为6类,即单颗粒Al₂O₃夹杂物、单颗粒MnS夹杂物、单颗粒AlN夹杂物、Al₂O₃-MnS复合夹杂物、AlN-MnS复合夹杂物、Al₂O₃-AlN-MnS复合夹杂物。单颗粒的Al₂O₃、MnS、AlN夹杂物的数量相对较多,夹杂物尺寸以小于5μm为主。热力学计算发现Al₂O₃在脱氧合金化时生成,AlN在固相分数为0.844时开始析出,而MnS在完全凝固后的固相钢中开始析出。不同夹杂物间的二维晶格错配度计算结果显示,MnS(110)/Al₂O₃(001)、AlN(001)/Al<...     

转炉-LF-VD-CC流程轴承钢显微夹杂物的分析

系统分析了石钢45 t顶底复吹转炉-LF-VD-中间包冶金过程各工序轴承钢中显微夹杂物的行为、特征、数量及变化历程。钢中的夹杂物由LF处理前的块状Al₂O₃、铬硅酸盐和铬锰酸盐逐步转变为铸坯中的铬钙酸盐、球状铬硅酸盐和条状铬锰酸盐夹杂;显微夹杂数量平均值由LF处理前8.74个/mm²减少为铸坯中2.72个/mm²,夹杂物尺寸亦减小。     

IF钢连铸头坯质量的研究

针对某钢厂生产的IF钢,对头坯的表面质量、皮下气泡、中心疏松、中心偏析、氧氮含量和夹杂物进行研究,并对头坯轧制缺陷进行跟踪和采用火焰扒皮处理。研究结果表明：头坯表面质量和皮下气泡均随着铸坯长度的增加而逐步改善;内部质量中心疏松级别在铸坯长度1 m处存在超标现象,而中心偏析未见异常;氧和氮含量均沿铸坯长度的增加呈降低趋势;夹杂物主要为Al₂O₃、TiN和Al₂O₃-TiN复合夹杂物,其数量随着铸坯长度的增加而逐渐减少;在头坯1 m处存在Al₂O₃-MgO-CaO大型复合夹杂物;头坯轧制缺陷主要为脱氧产物Al₂O₃类和结晶器液位波动卷渣类的皮下夹杂缺陷;火焰扒皮处理可以有效提高头坯质量。     

20CrMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变

为了进一步研究20CrMo合金钢在生产过程中夹杂物的演变机理,实现对钢中非金属夹杂物的合理控制,保证生产顺行,提高产品力学性能,针对“BOF→LF→RH→钙处理→连铸→热轧”工序生产20CrMo合金钢全流程中非金属夹杂物的演变规律进行了研究。在LF精炼及RH精炼加钙前钢中非金属夹杂物含有70%以上的Al₂O₃。钙处理后,由于过量的钙加入到钢液中,夹杂物中CaS质量分数迅速增加至59%,Al₂O₃质量分数降低至21%。在连铸过程中由于二次氧化的发生,夹杂物转变为CaO?Al₂O₃,其中含有50%的Al₂O₃、39%的CaO和10%的CaS,并且夹杂物平均尺寸增加。在钢的冷却和凝固过程中,CaO质量分数降低至5%,CaS质量分数增加至57%,钢中夹杂物转变为Al₂O₃?CaO?CaS的复合夹杂物,同时含有少量大尺寸的CaO?Al₂O₃夹杂物。在钢的轧制过程中,夹杂物中CaO含量进一步降低,CaS含量增加,夹杂物平均尺寸增加,形成了CaO?Al₂O₃与CaS黏结型的复合夹杂物与Al₂O₃?CaS复合夹杂物。对CaO-Al₂O₃与CaS黏结型的复合夹杂物的形成原因进行了讨论。      

管线钢中液态和固态夹杂物去除率对比

为了比较液态和固态夹杂物的去除率，对比了管线钢冶炼过程中常见的四类典型夹杂物Al₂O₃、MgO-Al₂O₃、CaO-Al₂O₃-CaS、CaO-Al₂O₃在RH真空处理中的去除率。研究结果表明，钢液中的固态夹杂物比液态夹杂物更容易去除。为了得到液态夹杂物不易去除的原因，采用高温激光共聚焦扫描显微镜原位观察了CaO-Al₂O₃夹杂物在1 600℃钢液中的行为。结果表明，该类夹杂物不易发生聚合长大，随着温度的降低，夹杂物的尺寸进一步增加，其后被凝固基体捕捉。铸坯中大于等于20μm的CaO-Al₂O₃类夹杂物经轧制后延展就可以造成热轧板中大尺寸夹杂物超标。     

稀土处理对高牌号无取向硅钢中夹杂物的影响

通过工业试验研究了不同稀土含量对高牌号无取向硅钢中夹杂物的影响。研究结果表明,当稀土质量分数为0.002 1%时,稀土元素主要形成(La, Ce)AlO₃夹杂物,从而进行脱氧、变质钢中Al₂O₃夹杂物;随着钢中稀土含量的增加,稀土主要形成以(La, Ce)AlO₃-(La, Ce)₂O₂S类和(La, Ce)₂O₂S类稀土夹杂物,主要降低了钢中硫化物的析出量,但是此时生成的稀土夹杂物对钢中大量温降过程析出和二次氧化产生的Al₂O₃类夹杂物的改性作用较弱,这导致稀土含量高时钢中Al₂O₃夹杂物的数密度明显增加。此外,夹杂物长宽比的统计结果表明,稀土处理使铸坯中夹杂物发生明显球化,但在随后的热轧工序中,常规处理与稀土处理的热轧板中夹杂物的平均长宽比差异较小。即在工业生产实际中,稀土处理对成品组织中的夹杂物的长宽比影响很小,影响夹杂...     

Q235钢中夹杂物演变规律和生成机理分析

 为了更好地控制Q235钢中非金属夹杂物的种类和数量,提高钢的冲击韧性,采用自动扫描电镜分析了Q235钢中非金属夹杂物在LF精炼、中间包和连铸坯中成分和形貌的演变规律。采用FactSage热力学软件对钢中各类夹杂物的生成机理进行了分析。研究发现,钢中非金属夹杂物的演变规律为均相的SiO₂-MnO夹杂物→均相的SiO₂-Al₂O₃-MnO-TiO_x夹杂物→双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物→多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。样品冷却过程中均相的SiO₂-MnO夹杂物发生相变析出纯SiO₂导致在LF精炼初期钢中出现双相SiO₂-MnO类夹杂物。加入的硅钙钡合金中铝含量较高,导致液态夹杂物在钢液中析出MgO·Al₂O₃,以及在LF出站钢样品中出现双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物。含钛的夹杂物在连铸坯凝固冷却过程会析出纯的Ti₃O₅,并且钢中还会析出MnS析出相,因此连铸坯中存在多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。     

脱氧剂对M50NiL钢中非金属夹杂物的影响

在航空发动机用轴承钢M50NiL的真空冶炼过程中使用不同脱氧剂进行脱氧，重点研究了不同脱氧剂类型对钢中夹杂物形貌、类型、尺寸及数量密度的影响。结果表明，未添加脱氧剂时，钢中夹杂物主要为Al₂O₃和铝镁尖晶石；使用Al-RE作为脱氧剂后，钢中夹杂物的主要类型为稀土夹杂物；而使用Al-RE-Si-Mn作为脱氧剂后，钢中夹杂物类型、尺寸及分布特征与Al-RE脱氧剂基本相当。稀土元素的加入能明显改善钢中夹杂物的类型及形貌，使主要夹杂物类型由带有棱角且形状不规则的富Al₂O₃型夹杂物转变为近球形的稀土夹杂物，同时降低了钢中夹杂物的最大尺寸,以及大尺寸的Al₂O₃夹杂物数量，但过量的稀土使得钢中出现了稀土夹杂物的团聚。     

稀土-镁复合处理对GCr15轴承钢中夹杂物的影响

为了尽可能的去除钢中大颗粒的夹杂物, 在实验条件下通过向GCr15轴承钢中添加适量镁、稀土对夹杂物进行改性, 并利用Aspex夹杂物自动分析仪和扫描电镜对钢中改性后的夹杂物尺寸、类型、形貌等进行了观察、分析, 研究了稀土-镁复合处理对夹杂物的影响规律.研究结果表明, 对轴承钢中加入微量镁处理, 可将未进行镁处理钢中的MnS-Al₂O₃、MnS、Al₂O₃夹杂改性为以含硫、镁复合夹杂物为主, 同时包含少量Al₂O₃、镁铝尖晶石夹杂.进一步采用稀土-镁复合处理后, 钢中的夹杂物转变为主要以含Re-S-O夹杂物为主, Al₂O₃、MnS、镁铝尖晶石夹杂逐步消失, 且夹杂物成球状分布, 绝大多数夹杂物在5 μm以下.稀土-镁复合处理轴承钢后, 10 μm以上的大颗粒夹杂物大大降低, 钢中的夹杂物明显得到细化.钢中镁含量不变时, 随着稀土含量的增加, 大颗粒夹杂物比例明显下降.而在稀土含量相近的情况下, 增加钢中的镁含量也有利于大颗粒夹杂物的去除.稀土-镁的相互作用进一步促进了夹杂物的细化.      

铝脱氧25Mn钢圆坯中夹杂物的分布规律

针对铝脱氧25Mn钢圆铸坯中夹杂物的分布特征，通过配备夹杂物自动分析仪的扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)检测了圆坯不同径向位置处夹杂物的二维形貌、成分及数量密度。对钢中夹杂物进行非水电解提取及三维形貌、成分的观察，并结合FactSage8.0软件进行了计算分析。结果表明，在钢液的凝固冷却过程中，随着温度的降低，夹杂物中Al₂O₃含量逐渐增加，CaS含量先增加后减少，CaO及SiO₂含量逐渐减少。随着钢中氧含量的增加，单相钢液的稳定区域逐渐缩小，液相氧化物稳定区域增加。钢中夹杂物主要可分为含SiO₂的S类、含Al₂O₃的A类、含MgO的M类及以CaO或CaS为基础的C类。随着靠近圆铸坯中心位置，夹杂物的总数量密度呈现小幅增加态势，S类、A类及M类夹杂物数量密度小幅增加，C类夹杂物数量密度小幅减少。在靠近圆铸坯表面附近，大部分CaO-Al₂O₃-MgO类夹杂物处于液相区附近，随着逐渐靠近圆铸坯中心处，CaO-Al<...     

低碳铝脱氧20钢钢水洁净度控制研究

为了研究120 t BOF-LF-RH-160 mm×160 mm坯CC工艺生产的铝脱氧20钢（/%:0.13～0.23C,0.17～0.37Si,0.35～0.65Mn,≤0.035P,≤0.035S,0.020～0.050Al）中非金属夹杂物的控制技术,对LF精炼过程中脱氧剂加入时机进行调整,并对精炼过程中非金属夹杂物类型与夹杂物数量进行分析。结果表明,转炉出钢后采用铝块脱氧,LF精炼进站非金属夹杂物主要为Al₂O₃,精炼结束前部分夹杂物由Al₂O₃转变为Al₂O₃·CaO,RH结束后非金属夹杂物密度3～4个/mm²,铸坯氧含量（7.48～8.18）×10^-6;而转炉出钢后采用硅锰进行脱氧,精炼结束前采用铝线,精炼过程中夹杂物主要为MnO·SiO₂,CaO含量小于5%,精炼结束非金属夹杂物控制为Al₂O₃,RH真空处理后,非金属夹杂物密度小于1.5个/mm²,铸坯氧含量（4.94～5.53）×10^-6。因此,针对采用“BOF-LFRH-CC”工艺流程生产的含铝钢,提出精炼结束前将非金属夹杂物控制为Al₂O₃,同时运用RH真空高效去除夹杂物,以提高钢水的洁净度。     

IF钢中夹杂物在连铸过程中的演变行为

针对某厂生产的IF钢连铸过程中间包钢液和铸坯取样,采取T.O、[N]含量分析和ASPEX扫描电镜-能谱仪等方法,并结合热力学计算分析了连铸过程钢中夹杂物的演变行为。结果表明,连铸过程钢中T.O含量整体呈现下降趋势,但中间包开浇阶段钢液受到覆盖剂或耐材的二次氧化,应适当调整覆盖剂成分或炉衬成分,铸坯中T.O含量为12×10^-6,[N]含量为21×10^-6,符合IF钢控制要求。夹杂物数量密度的变化趋势与T.O一致,铸坯中夹杂物数量密度增加是因为凝固冷却过程中有大量TiN析出。整个中间包过程注流区钢液中夹杂物的数量密度低于浇注区,但平均尺寸更大。随着浇注进行,中间包钢液夹杂物中MgO的含量逐渐升高,且与尺寸呈现负相关关系,大于10μm的夹杂物集中分布在Al₂O₃含量高的区域。热力学计算结果表明1 600℃时,钢液中稳定存在的夹杂物相只有Al₂O₃,然而试验结果中发现了较多的Al₂O₃-TiO_x夹杂...