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。     

硅锰脱氧55SiCr弹簧钢中镁铝尖晶石的形成及演变

 某钢厂生产的55SiCr弹簧钢采用硅锰脱氧工艺,但在其冶炼过程中存在大量尖晶石类夹杂物,对最终产品的性能十分不利。尖晶石等硬、脆性夹杂物是弹簧在服役过程中疲劳断裂的主要因素之一,因此为明确弹簧钢中该类夹杂物的来源,进而控制并去除钢中非金属夹杂物,通过夹杂物自动分析、扫描电镜和能谱分析等手段,结合FactSage热力学计算分析了55SiCr弹簧钢冶炼过程夹杂物的演变及主要夹杂物的形成机理。分析结果表明,LF精炼后钢中夹杂物数量大幅上升,且其平均成分偏向SiO₂-Al₂O₃-CaO三元相图中高熔点区域;夹杂物主要以SiO₂·Al₂O₃·CaO·MgO为主,多表现为钙铝酸盐包裹或半包裹尖晶石的复合夹杂物类形态,此外还有少量单独的尖晶石夹杂物存在于钢中。对于上述夹杂物的形成及演变进行热力学计算,结果表明,钢液中Mg、Al含量上升将导致钢中析出大量尖晶石夹杂物,并与液态夹杂结合形成含镁复相夹杂物;同时,钢液成分的变化也会导致精炼过程生成的SiO₂·Al₂O₃·CaO·MgO类夹杂物中MgO、Al₂O₃含量大幅增加,在复合夹杂物内部析出尖晶石相。因此,为减少硅锰脱氧弹簧钢中尖晶石类硬脆性夹杂物的生成,需要严格控制钢中Mg、Al含量,尽可能降低夹杂物中MgO、Al₂O₃含量,以实现对弹簧钢中非金属夹杂物的塑性化控制。     

帘线钢凝固过程中夹杂物析出

为了充分了解帘线钢中夹杂物,对钢液凝固过程析出夹杂物进行了分析.结果发现:Al₂O₃夹杂物在凝固过程中先析出,且Al₂O₃夹杂物长大的限制性环节为[Al]在钢液中的扩散;当凝固分数为0.44时SiO₂开始析出,且SiO₂长大的限制性环节为[O]在钢液中的扩散;析出夹杂物的半径随着冷却强度的增大而减小;当冷却速度为100K·min^-1时,凝固末期析出Al₂O₃夹杂物的半径为2.5μm,析出复合Al₂O₃-SiO₂夹杂物的半径为4.7μm;随着凝固的进行,夹杂物中SiO₂含量增加,Al₂O₃含量下降.     

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<...     

帘线钢凝固过程夹杂物生成热力学及工业实践

 非金属夹杂物是影响帘线钢拉拔性能的重要因素之一,为了研究帘线钢中夹杂物的生成及转变机理,使用ASPEX自动扫描电镜观察分析了帘线钢工业生产过程中不同碱度条件下从钢液到铸坯中非金属夹杂物的转变现象,并使用FactSage7.0热力学计算软件对非金属夹杂物的转变机理进行了讨论。在高碱度条件下,钢液中非金属夹杂物主要类型为低熔点的CaO-SiO₂-Al₂O₃-MnO,铸坯中非金属夹杂物的CaO和MnO含量有所降低,同时SiO₂含量有所增加。在低碱度炉次中,钢液中非金属夹杂物主要为较高熔点的SiO₂-MnO-CaO类型,Al₂O₃含量较低。连铸坯中非金属夹杂物的SiO₂含量与钢液相比有所增加,同时MnO含量降低。热力学计算结果表明,帘线钢凝固和冷却过程中的非金属夹杂物转变由夹杂物自身的相转变和析出、非金属夹杂物和钢液间的化学反应以及溶解氧和钢基体化学成分的反应3方面原因造成。热力学计算结果较好地解释了帘线钢工业生产中钢液和铸坯中非金属夹杂物成分和形貌的转变,为帘线钢中非金属夹杂物的控制提供参考。     

电渣重熔过程中氧化物夹杂的变化

利用扫描电镜分析了自耗电极和电渣重熔钢中夹杂物的特征,结合热力学计算,分析了氧硫复合夹杂物在电渣重熔过程中的转变机理。结果表明,电渣重熔采用气氛保护结合脱氧操作可以将自耗电极全氧质量分数由0.0017%降低至0.0008%。电渣重熔之后钢中小于3 μm夹杂物的比例显著增加。自耗电极中的夹杂物为CaS与含质量分数3%和11%左右MgO的CaO–Al₂O₃–SiO₂–MgO结合的两类复合夹杂物。电渣过程未被去除的氧化物夹杂中的SiO₂被钢液中酸溶铝还原,保留至电渣锭中。电渣锭中含约1%MgO和2%SiO₂且成分均匀的CaO–Al₂O₃–SiO₂–MgO是在电渣过程中新生的夹杂物。自耗电极中的CaS通过分解为钢液中溶解Ca和S,以及通过与液态氧化物夹杂中Al₂O₃反应的途径在电渣过程被去除。电渣锭中低熔点氧化物夹杂周围环状CaS是钢液凝固过程中溶解S、酸溶铝Al与氧化物夹杂中CaO的反应产物,高熔点氧化物夹杂周围环状CaS是钢液凝固过程中Ca和S偏析后反应新生的夹杂物。复合夹杂物中补丁状CaS是在电渣重熔钢液冷却过程中由复合夹杂物熔体中析出的。     

304系不锈钢冶金过程硬质夹杂物形成机理分析

304不锈钢由于具有优异的耐蚀性、加工性能被广泛应用,而钢中硬质夹杂物对冷板表面质量影响较大。为了明晰304不锈钢中硬质夹杂物的形成机理,通过工业生产取样,利用自动扫描电镜ASPEX及统计方法,研究了304不锈钢冶炼过程中全氧含量、各类夹杂物的变化规律。研究结果表明,从AOD出钢到铸坯过程中,随着底吹搅拌的进行,钢中T[O]含量不断降低,T[O]质量分数由0.008 8%降低至0.002 5%。AOD出钢和LF出站夹杂物主要类型为硅酸盐,并含由少量复合型硅酸盐和镁铝尖晶石夹杂物,LF出站至铸坯,夹杂物的成分发生了部分转变,夹杂物中SiO₂含量减少,Al₂O₃含量升高。从AOD出钢至中间包,钢液中硬质夹杂物镁铝尖晶石和Al₂O₃很少,但从中间包到铸坯其比例显著增加,镁铝尖晶石夹杂物的比例增加了28%,钢-渣反应脱氧产物中的复合型硅酸盐夹杂物的比例也明显增加,而脱氧剂脱氧产物SiO₂和钢-渣反应脱氧产物中SiO₂-Al₂     

铝脱氧钢中尖晶石夹杂物的生成与转变

研究了140 t LD-LF-RH-CC流程冶炼超低氧钢时精炼过程铝脱氧钢中夹杂物的变化。试验钢出钢过程加足够的铝脱氧,以尽快降低钢液中溶解氧。为使Al₂O₃转变为钙铝酸盐夹杂,选用CaO-Al₂O₃精炼渣系,渣中含3.00%～8.42%SiO₂。结果表明,精炼时钢液中夹杂物的变化趋势为:纯Al₂O₃→尖晶石夹杂→CaO-Al₂O₃-MgO复合夹杂物,炉渣中8.42%SiO₂炉次夹杂物转变慢于3.00%SiO₂炉次;当炉渣CaO/Al₂O₃为1.60时,钢中夹杂物大多转变为低熔点CaO-Al₂O₃-MgO复合夹杂。精炼渣的成分控制应为(%):55～60CaO,35～40Al₂O₃, 5～10MgO。     

高速重轨钢中尖晶石夹杂物的形成及控制

 高速重轨钢采用无铝脱氧工艺,但是钢中常发现大颗粒纯的MgO-Al₂O₃夹杂物,严重影响产品质量。为了明确高速重轨钢中尖晶石夹杂物的来源,进一步控制重轨钢中夹杂物,通过对重轨钢拉伸断口进行分析,结合水口结瘤物分析、热力学计算及典型夹杂物分析,系统研究了高速重轨钢中尖晶石夹杂物的形成机理。结果表明,重轨钢中的尖晶石夹杂物分为单独存在的尖晶石和钙铝酸盐包裹的尖晶石两类。其中钙铝酸盐包裹的尖晶石为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO复合夹杂物在降温冷却过程中析出,析出温度与夹杂物中Al₂O₃和MgO质量分数有关;单独存在的小尺寸尖晶石夹杂物为钢液凝固冷却过程中析出,与钢液成分有关。此外,研究还表明,水口结瘤也是重轨钢中出现大颗粒镁铝尖晶石夹杂物的重要原因之一。因此,严格控制合金辅料中Mg、Al_s等杂质元素质量分数,防止钢液发生二次氧化、降低耐火材料侵蚀等,尽可能降低夹杂物中的Al₂O₃和MgO质量分数,对控制重轨钢中尖晶石夹杂物,提高产品质量至关重要。     

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。     

不同钢种炉外精炼钙处理工艺的选择

 为了优化不同钢种的LF精炼钙处理工艺,研究了高强结构钢、低碳结构钢、焊瓶钢、耐磨钢、高碳钢在LF精炼及钙处理过程中夹杂物的演变机理。结果表明,渣 钢反应时间越长,钙处理前的夹杂物变性越彻底。钙处理前焊瓶钢夹杂物以Al2O3为主,高强结构钢、低碳结构钢夹杂物以MgO Al2O3 CaO复合夹杂为主;高碳钢、耐磨钢夹杂物以低熔点的Al2O3 CaO夹杂为主。钙处理工艺会增加钢液中夹杂物数量及尺寸。控制Al2O3 SiO2 MnO复合夹杂物的关键是避免LF精炼中后期进行硅锰合金化。综合考虑各方面因素,建议焊瓶钢增加当前的钙线喂入量,高强结构钢、低碳结构钢使用轻钙处理工艺,高碳钢、耐磨钢取消钙处理工艺。     

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。     

钙处理对430不锈钢板坯夹杂物的影响

通过热力学计算分析了430铁素体不锈钢钙处理后在生成液态夹杂物区间内钢中钙质量分数和铝质量分数的关系,并对430铁素体不锈钢未采用钙处理和采用钙处理板坯中夹杂物类型、数量进行了对比,分析了钙处理夹杂物变性过程。结果表明,精炼过程喂入硅钙线可以得到理想的钙处理效果。钙处理后430钢水中高熔点的Al_2O_3和低变性的CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO夹杂物得到良好变性,夹杂物数量比未采用钙处理时明显减少,夹杂物尺寸都小于15μm。CaO和Al_2O_3两者通过发生化学反应变性为低熔点的液态夹杂物。     

SWRH82B硬线钢CaO- Al2O3- SiO2系夹杂物塑性化控制的生产实践

为了研究SWRH82B硬线钢通过控制精炼渣的组成实现夹杂物塑性化的可行性,通过对炼钢过程中各工序的精炼渣和钢液进行取样,并对精炼渣成分、钢液总氧含量以及夹杂物的形貌、尺寸、成分等进行检测分析。结果表明,采用无铝化脱氧,并将精炼渣的碱度控制在0.8~1.2,Al2O3质量分数控制在10%以下时,能使CaO- Al2O3- SiO2系夹杂物成为塑性夹杂物;钢水经过RH真空精炼后夹杂物尺寸变大,并且夹杂物的Al2O3质量分数降低,SiO2质量分数升高,通过相关检测分析了造成此现象的原因,并提出了改进措施。     

核电用CF8A不锈钢大型铸件表面探伤缺陷的成因及控制

摘要：CF8A不锈钢由于具有良好的耐蚀性和强韧性等优点,被用于铸造压水堆核电站主回路系统中循环泵的泵体,但铸件常出现表面探伤不合问题。通过对铸件表面探伤不合区域取样,并跟踪冶炼全流程取样,利用扫描电镜、能谱仪观察缺陷类型和夹杂物演变行为;结合Factsage软件计算,研究缺陷成因及控制方法。CF8A不锈钢冶炼过程中,AOD出钢前夹杂物主要为尖晶石;Ca处理后夹杂物主要为液态或双相CaO-Al2O3-MgO(-SiO2)夹杂;浇钢结束前,钢液中出现尖晶石和氧化铝夹杂;凝固过程中富氧化铝夹杂在铸件表面聚合造成铸件表面探伤不合。因此,控制钢液中Al元素的质量分数在0.01%左右,钙元素的质量分数在20×10-6~30×10-6左右,合理控制炉渣中SiO2和Al2O3的含量,可以减少氧化铝类夹杂的生成,提高铸件表面探伤合格率。     

Investigations of Inclusion Modification in High Grade Pipeline Steel

SiCa line was injected into liquid pipeline steel at the end of LF refining as calcium treatment, and samples were taken from liquid steel in ladles before and after calcium treatment, liquid steel in mould, and slabs. Results show that Ca content in steel decreased obviously after calcium treatment with production, and the compositions, morphologies and sizes of inclusions in steel also varied with time; Al2O3 inclusions turned to be fine irregular CaS-CaO-Al2O3 compound inclusions after calcium treatment, and then to be fine globular CaO-Al2O3 inclusions in mould, and finally changed to be a few larger irregular CaS-CaO-Al2O3 complex inclusions in slabs; reoxidation of molten steel treated by Ca deteriorates effect of calcium treatment. Thermodynamic study revealed that inclusion variations were related with preferential reactions among Ca, Al2O3 and S and precipitation of S in high sulfur capacity CaO-Al2O3 inclusions. New calcium treatment controlling rules were put forward according to the inclusion variations and requirements of pipeline on inclusion controlling.     

Behavior of MgO·Al_2O_3 Based Inclusions in Alloy Steel During Refining Process

The transformation of MgO·Al2O3 based inclusions in alloy steel during refining has been studied by industrial trials.Besides Factsage software is used to study the formation and modification of spinel inclusions in alloy steel using calcium treatment during refining process.The results show that the transformation sequence of inclusions is:MgO·Al2O3→CaO-Al2O3-MgO complex inclusions→MgO·Al2O3,and under present experimental condition,in order to avoid forming MgO·Al2O3 inclusions the content of dissolved Ca in the molten steel has to reach 1×10-6.Also the results show that when more calcium was added to molten steel,the content of Al2O3 and MgO will be lower.Besides,increasing the content of CaO in the inclusions will increase even if the content of SiO2 changes little.     

Effect of vanadium on modification of inclusions in Mn- and Si-deoxidized steel during heat treatment at 1473 K

The effect of vanadium (V) on the modification of oxide inclusions in steels with different concentra-tions of Mn, Si, and V was determined before and after heat treatment at 1473 K.Changes in the morphology, size, and composition of these inclusions were analyzed.Equilibrium relations between the inclusions and steels at 1873 K and 1473 K were calculated using available thermodynamic data to roughly approximate the stable oxide inclusions in the steels.The results revealed that the concentra-tions of V and Si in the steel are critical for controlling the modification of the inclusions during heat treatment at 1473 K.MnO-SiO2-type oxide inclusions gradually transformed into MnO-V2O3-type or Mn-SiO2- and MnO-V2 O3-type inclusions in low-Si high-V steels heat-treated for 60 min.In addi-tion, the morphology of the inclusions changed from spherical to irregular.A Si-accumulated zone and a V-depleted zone formed close to the interface in the steel matrix.The experimental and calcula-tion results indicated that, during the heat treatment, an interface chemical reaction occurred be-tween the Fe-Mn-Si-V steel and the MnO-SiO2-type oxide inclusion.     

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。      

无取向硅钢W800生产过程中夹杂物演变规律

 针对210 t BOF- RH- CC工艺生产的无取向硅钢W800,采用氧氮分析仪、扫描电镜、图像分析、大样电解的手段,研究W800生产工艺过程中钢水洁净度的变化及钢中夹杂物数量、尺寸、类型的演变规律。研究表明：钢中w（T［O］）总体上逐渐降低,w（［N］）逐渐增加;钢中夹杂物尺寸大部分集中在0～3 μm,在冶炼过程中夹杂物的数量不断减少;RH精炼过程中钢中夹杂物为Al2O3和少量MgO- Al2O3夹杂;中间包中MgO- Al2O3夹杂数量增加,单独Al2O3夹杂减少;铸坯中的夹杂物主要为AlN、Al2O3和MnS,尺寸在10 μm以下,没有发现单独的Al2O3,铸坯中大型夹杂物主要为脱氧产物、卷入的炉渣与炉衬反应形成的Al2O3- SiO2、CaO- Al2O3- SiO2、CaO- MgO- Al2O3复合夹杂。