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。      

20CrMnTiH冶炼全流程夹杂物演变分析

为明确冶炼过程中齿轮钢中的非金属夹杂物的演变行为, 实现对钢中夹杂物特性的有效控制和提高产品质量, 以20CrMnTiH齿轮钢为研究对象, 通过对"BOF-CAS-LF-VD-CC-轧制"的冶炼工艺对齿轮钢生产过程取样分析, 采用扫描电镜对不同阶段的夹杂物成分、尺寸、形貌和数量等特性进行系统分析研究。结果表明, 在转炉冶炼结束后, 在CAS精炼结束之前, 钢中只有Al₂O₃夹杂, 且呈团簇状存在; 在LF造白渣5 min时, 加入钙线进行钙处理, 促进夹杂物的形态改变, 形成了Al₂O₃、Al₂O₃-CaO以及Al₂O₃-MgO夹杂; 在LF出站时, 已经结合成为球状的Al₂O₃-MgO-CaO、CaS-MnS类的复合夹杂和TiN夹杂; 在中包位置时, 除了球状的Al₂O₃-MgO-CaO复合夹杂和CaS夹杂, 还出现了小尺寸氧化物夹杂。      

二次氧化过程IF钢中间包中夹杂物演变行为

 为了研究中间包二次氧化对IF钢洁净度的影响,针对中间包连铸过程不同时刻IF 钢钢液成分和夹杂物的性质进行系统的检测分析,结合热力学计算,揭示IF钢二次氧化过程中夹杂物的演变机理。发现开浇过程中的二次氧化主要是由于吸收空气造成的,使得夹杂物中的Al₂O₃夹杂物质量分数增加。这些增加的Al₂O₃一部分是均质形核导致钢中生成了更多小尺寸的Al₂O₃夹杂物;另一部分是非均质形核导致原来的Al₂O₃-TiO_x复合夹杂物表面形成了一层纯的Al₂O₃层,同时使得夹杂物尺寸变大。     

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<...     

超低碳钢精炼过程中Fe-Al-Ti-O类复合氧化物夹杂的演变与控制

超低碳钢是一种重要的汽车用钢材料, 钢中通常添加钛元素, 使其形成析出物, 提高钢材的深冲性.然而钛元素作为一种脱氧能力较强的元素, 进入钢液中通常首先形成氧化物.为了减少含钛氧化物夹杂的生成, 基于"转炉-RH-连铸"的超低碳钢生产流程, 对RH精炼过程进行系统取样, 分析了铝脱氧剂加入后及合金化元素钛加入后的氧、氮气体含量变化及夹杂物特征变化, 并使用FactSage热力学计算软件对Fe-Al-Ti-O夹杂物稳定相图进行计算.研究结果显示, 含钛类氧化物夹杂通常以Al₂O₃类夹杂物作为形核质点, 对其形成包裹状夹杂物.若避免含Ti夹杂物的生成, 当钢中Ti质量分数为0.1%时, 钢中溶解Al质量分数应在0.01%以上.对含钛氧化物的生成及长大流程进行研究, 通过对Al₂O₃夹杂物及Ti₂O₃夹杂物粗化率的计算及附着功的比较可知, Ti₂O₃夹杂物在1600℃时的熟化生长速率较Al₂O₃较大且Ti₂O₃夹杂物与Al₂O₃夹杂物相比不容易相互碰撞融合并从钢液中去除.若提高精炼过程中的氧化物夹杂物去除率, 应严格控制含钛氧化物类夹杂物的生成.      

连铸中间包钢液中凝聚态氧化铝夹杂物运动行为的数值模拟

在Euler-Lagrange框架下,基于应用分形理论对凝聚态Al₂O₃夹杂物形貌结构进行定量分析的基础上,数值模拟研究了连铸中间包钢液中不同形貌凝聚态Al₂O₃夹杂物的运动行为.研究发现中间包钢液流场和夹杂物形貌尺寸共同影响夹杂物在钢液中的运动行为.随着尺寸的变大,簇群状和致密球形两种形貌Al₂O₃夹杂物上浮去除率都逐渐增加.在相同尺寸下,簇群状Al₂O₃夹杂物上浮去除率比致密球形Al₂O₃夹杂物低;随着尺寸的增加,簇群状Al₂O₃夹杂物上浮去除率相比于同尺寸致密球形Al₂O₃夹杂物降低得就越多.计算结果显示,与同尺寸的致密球形Al₂O₃夹杂物相比,直径为20、40、60和80μm的簇群状Al₂O₃夹杂物上浮去除率分别降低了4.8%、5.7%、6.4%和12.5%.      

超低碳钢中Al?Ti?O夹杂物的形貌演变和生成机理

对超低碳IF钢钛合金化后的非金属夹杂物进行了分析,研究发现钛合金化后的夹杂物主要为Al₂O₃和Al?Ti?O夹杂物,没有发现纯TiO_x夹杂物。钢中生成的Al?Ti?O复合夹杂物从形貌上均可分为七种类型,四种具有Al₂O₃外层,另外三种无Al₂O₃外层。钛合金化后,钢中瞬态生成了大量无Al₂O₃外层的Al?Ti?O夹杂物,随后夹杂物表面生成Al₂O₃外层,导致有Al₂O₃外层的Al?Ti?O夹杂物数量比例逐渐增加至78.0%。热力学计算结果表明,随着钢中钛含量的增加,夹杂物的转变顺序为固态Al₂O₃→液态Al?Ti?O→固态Ti₂O₃。确定了Al?Ti?O夹杂物的生成机理过程分为两步:精炼过程钛合金化后,当钢液局部区域的钛的质量分数高于0.42%时,[Ti]与钢液反应瞬态生成Al₂O₃?TiO_x或TiO_x;随着精炼过程中钛元素的混匀,含TiO_x夹杂物被钢中[Al]还原,Al₂O₃?TiO_x和TiO_x夹杂物逐渐转变,在夹杂物表面生成Al₂O₃。      

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。      

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。     

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。     

轴承钢二次精炼过程夹杂物演变规律

 研究了轴承钢LF精炼和RH真空处理过程各类夹杂物的成分、种类和数量变化,并结合热力学模拟计算了夹杂物与钢液的界面参数,并对试验结果进行分析讨论。夹杂物分析结果表明,精炼25 min后,脱氧产物Al₂O₃消失,钢中夹杂物以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。继续精炼65 min至LF精炼结束,钢中夹杂物仍以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。RH真空处理25 min后,钢中夹杂物总数量较LF精炼结束降低75%,其中,纯尖晶石和含少量CaO的尖晶石去除率分别为99.5%和93.2%,CaO·2Al₂O₃去除率为67%。RH破空后钢中夹杂物以液态钙铝酸盐CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃为主。精炼过程尖晶石类夹杂物尺寸集中在10 μm以下,尺寸大于20 μm夹杂物主要为处于液相区的钙铝酸盐,这些钙铝酸盐在LF精炼前期就已经存在。与钢水接触角大于90°的固态夹杂物纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石和CaO·2Al₂O₃在RH真空处理过程容易去除,与钢水接触角小于90°的液态夹杂物CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃不易去除。因此,将LF精炼结束的夹杂物控制为固态夹杂物有利于RH真空处理过程夹杂物的高效去除。热力学计算结果表明,当钢中w(T[O])为0.001 0%、w([Mg])大于0.000 18%时,脱氧产物Al₂O₃热力学上就不能稳定存在。铝脱氧、高碱度渣精炼条件下很难稳定地获得固态Al₂O₃夹杂物。为获得完全固态尖晶石或高熔点钙铝酸盐夹杂物,钢中w([Ca])需控制在0.000 1%以内。钢中w([Ca])大于0.000 2%,就具备生成液态夹杂物的热力学条件。     

石油套管钢管壁内缺陷的形成机理

针对某石油套管钢管壁内缺陷,采用扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)分析,并结合FactSage8.0软件计算进行研究,结果表明缺陷纵向面主要由浅条纹及深条纹组成,浅条纹处存在大量MgO·Al₂O₃夹杂物,深条纹处有大量的Al₂O₃、MgO·Al₂O₃、CaO·Al₂O₃·SiO2等夹杂物聚集在一起.缺陷横截面上的夹杂物主要为Ca O·Al₂O₃·SiO₂、CaO·Al₂O₃·MgO和CaO·Al₂O₃·MgO·SiO₂3类.推测钢管壁内缺陷形成机理主要为：(1)大包钢水在浇注末期钢水卷带钢包渣进入中间包钢水中,该渣滴随后吸附钢中高Al₂O₃含量的微细x Al₂O_3<...     

帘线钢冶炼过程夹杂物转变的控制

研究的帘线钢的冶炼流程为150 tLD-RH-LF-软吹氩-CC工艺。通过LD出钢时加入Si-Mn脱氧,并在LF加入低碱度顶渣进行钢渣反应控制钢中非金属夹杂物的塑性。结果表明,RH-LF-中间包和铸坯阶段,钢中主要夹杂物分别为MnO-Al₂O₃-Si0₂(RH),Ca0-Al₂O₃-Si0₂(LF)和MnO-Al₂O₃-SiO₂(中间包和铸坯),采用Si-Mn脱氧和SiC扩散脱氧,低碱度低Al₂O₃顶渣精炼,控制T[O]≤20×10-6,[A1]s≤0.0013%,可有效控制钢中夹杂物数量和尺寸,以及控制夹杂物中Al₂O₃含量并形成可塑性夹杂。     

MgO与低密度钢液相互作用及其对夹杂物的影响

 为了研究高锰高铝低密度钢液与耐火材料间的相互作用规律,以Fe-20Mn-10Al-C(20%Mn、10%Al)低密度钢液与MgO耐火材料棒在1 600 ℃时界面反应为研究对象,分别反应30和60 min后对MgO耐火材料的微观结构以及钢中非金属夹杂物特征进行了观察。结果表明,反应后MgO耐火材料转变为3层结构,分别为致密的MgO·Al₂O₃尖晶石界面层,尖晶石颗粒、钙铝酸盐和MgO颗粒组成的过渡层以及MgO颗粒组成的原始层,且随着反应时间的增加,尖晶石界面层厚度增加;在高锰高铝低密度钢液与MgO耐火材料的相互作用下,钢中非金属夹杂物主要包括单一MgO·Al₂O₃夹杂、AlN夹杂、MgS夹杂和MgO·Al₂O₃-AlN、MgO·Al₂O₃-MgS等复合夹杂物。     

Evolution of inclusions in Ti stabilized ultra low carbon steel(Ti-IF) steel

The morphologies evolution of various types of inclusions in Ti-IF steel were observed by a special depth erosion method,and the formation and evolution process were discussed.The results showed that the main inclusions were FeO·xMnO before Al deoxidization and the ratio of integrated oxygen and free oxygen was in ranged of 0.3 to 0.4.In present study,the main effect factors on the morphologies of Al₂O₃ inclusions were [Al]/[O]_Free（soluble aluminum divide free oxygen） and initial free oxygen;cluster Al₂O₃ was formed easily with high free oxygen([O]_Free) and low[Al]/[O]（blew 3 in present study）.Otherwise,the dendritic Al₂O₃ was formed;coral-like Al₂O₃ was the mixture of the dendrite Al₂O₃ and spherical Al₂O₃.Some Al₂O₃·TiO_x inclusions appeared because a high[Ti]concentration region existed around 70TiFe（containing 70 percent titanium） particles after 70TiFe addition.The maximum sizes of Al₂O₃ reached 800μm when 3 min aluminum was added;as the time past,the large size Al₂O₃ decreased significantly;the maximum size of Al₂O₃ was blew 100μm and 50μm in calming sample and tundish sample respectively.     

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.      

Al2O3 -SiO2 -CaO精炼渣系对55SiCrA弹簧钢夹杂物形态控制的影响

在实验室采用Al₂O₃坩埚硅钼管式炉研究了(/%)38.5～45.8CaO-38.2～42.0SiO₂-8～15Al₂O₃-8MgO精炼渣系的成分和碱度(1.0～1.2)对55SiCrA弹簧钢(/%:0.53C、1.50Si、0.70Mn、0.69Cr、0.008P、0.003S、0.005Als)中夹杂物形态的影响,并用Factsage热力学软件对夹杂物成分进行热力学计算和分析在三元相图中的分布。结果表明,夹杂物中Al₂O₃含量随精炼渣中Al₂O₃含量的增加而增加,当渣碱度为1.2,Al₂O₃为8%时钢中夹杂物分布在Al₂O₃-SiO₂-MnO相图低熔点区域,夹杂物中Al₂O₃含量为30%～40%。热力学计算表明,渣碱度1.0～1.2时,对应的钢中Als为0.008%与试验结果吻合。因此用1.0～1.2低碱度和≤8%Al₂O₃精炼渣可控制弹簧钢中的夹杂物形态。