RH真空处理GCr15轴承钢中全氧及显微夹杂物的行为研究

针对RH工艺生产轴承钢,通过现场试验研究了RH真空处理时间对钢中全氧和显微夹杂物的影响.试验结果表明,延长RH真空时间可以进一步降低钢中全氧和显微夹杂物的数量,RH脱氧主要是通过显微夹杂物的去除,全氧与显微夹杂物随时间的变化关系基本一致;真空处理25min可使钢液中全氧和显微夹杂降低约60%,比14min时多降低约13%,并得出邢钢轴承钢生产条件下,RH精炼过程钢液的表观脱氧速度系数为-0.036min^-1;工艺优化后147炉轴承钢产品的平均全氧为6.7×10^-6.     

轴承钢夹杂物行为的原位观察

利用高温共聚焦激光显微镜(CLSM)将4个炉次的高等级轴承钢样品加热至液态,炼钢温度下动态原位观察夹杂物碰撞长大行为,保温后快速冷却,再利用扫描电镜观察试样中的夹杂物,并用能谱分析EDS确定其成分。结果表明,未经过高温共聚焦显微镜处理的轴承钢原始样中夹杂物主要是尖晶石核心外包覆CaS;经过相应处理的轴承钢试样中夹杂物则主要是球状铝酸钙夹杂物,并观察到部分液态的铝酸钙夹杂物在钢液-气相界面铺展,同时观察到了铝酸钙夹杂物与镁铝尖晶石碰撞长大。根据观察结果可判断,轴承钢钢液中液态化程度高的铝酸钙夹杂物相互碰撞以及其与镁铝尖晶石之间的碰撞融合长大是形成Ds夹杂物的重要原因,降低钢中钙含量可以降低夹杂物中的CaO含量,从而提高夹杂物熔点以降低其在钢液中的液态化程度,从而减少Ds夹杂物形成。     

X70管线钢RH真空脱气过程夹杂物的去除行为

 利用ASPEX全自动扫描电镜对X70管线钢RH真空处理过程的夹杂物形貌、成分、数量和尺寸进行了系统研究。结果表明,RH过程中夹杂物主要为液态球状含少量MgO的CaO-Al2O3系夹杂物。夹杂物随RH真空处理时间的增加而减少,RH处理28min后,钢液中夹杂物去除率达70%。除延长RH真空处理时间外,减少RH进站夹杂物可大幅降低RH终点夹杂物数量。总体夹杂物和1~5μm夹杂物数量随RH真空处理时间单调递减;对于大于5μm的夹杂物,其数量先增大后减少,而且随着夹杂物尺寸的增加,数量达到最大值所需真空处理时间增加。RH真空处理后,夹杂物平均尺寸有所增加,由2.2~2.5μm增加到3.0~3.9μm。     

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。     

真空脱气轴承钢的研究

本文对采用真空处理冶炼轴承钢的RH法、VArD法和碱性电炉钢进行了试验研究。结果表明:破坏概率在50％的情况下,采用RH真空处理轴承钢的疲劳寿命是碱性电弧炉钢的1.8倍和1.2倍。采用VArD法真空处理轴承钢的疲劳寿命和电炉钢相近,没有明显提高。经RH法真空处理轴承钢的疲劳寿命之所以得到提高,是因为钢中非金属夹杂物分布弥散,夹杂物为Al和Si氧化物类型组成,并具有硫化物包围氧化物的趋势。而经VArD法真空处理的轴承钢和电炉钢非金属夹杂物分布集中并多为Al和Ca的铝酸钙类型夹杂物组成,而铝酸钙盐所形成的点状夹杂物是降低钢材疲劳寿命的主要原因。钢中非金属夹杂物至工作表面的远近直接影响钢材的疲劳寿命,距工作表面越近其疲劳寿命越低。     

热处理过程固态不锈钢中夹杂物的转变

通过Aspex夹杂物自动分析仪和场发射扫描电镜系统研究了氩气保护气氛下1 200℃的热处理对硅锰脱氧18Cr-8Ni不锈钢中夹杂物的影响。研究发现,在热处理前,不锈钢中夹杂物主要为MnO-SiO_2液态夹杂物,其中含有少量的Cr_2O_3和MnS。热处理过程中,钢基体中的铬将MnO-SiO_2夹杂物中的SiO_2和MnO还原,在MnO-SiO_2夹杂物表面生成MnO·Cr_2O_3尖晶石夹杂物。最终,MnO-SiO_2夹杂物被完全变性为纯MnO·Cr_2O_3尖晶石夹杂物。此外,通过FactSage热力学计算软件计算了在不同热处理温度和不同钢液成分下夹杂物的生成和转变相图,可为本文夹杂物的转变提供理论解释。     

轴承钢中D类夹杂物的形成与控制

轴承钢对钢中非金属夹杂物, 尤其是对D类夹杂物的要求非常严格.为了分析国内某钢厂GCr15轴承钢棒材试样探伤不合的D类夹杂物形成原因并提出有效控制措施, 采用ASPEX自动扫描电镜对GCr15轴承钢生产工艺优化前后全流程夹杂物的演变进行观察.研究结果表明, 原工艺下轴承钢中D类钙铝酸盐夹杂物生成的主要原因包括两个方面, 一是精炼渣碱度过高导致渣中Ca O活度很大;二是在真空脱气 (VD) 精炼过程中, 强烈搅拌给钢-渣反应提供了良好的动力学条件.本文从精炼渣碱度和VD真空度两方面对轴承钢生产工艺进行了优化.优化后能够在保持高洁净度情况下, 使钢中夹杂物由钙铝酸盐类转变为镁铝尖晶石类, 减少了轴承钢中D类夹杂物的生成.     

210吨RH精炼炉真空状态下夹杂物去除机理研究

为了探讨210吨RH精炼炉在真空状态下夹杂物如何去除的机理,本文以乳状液滴为所要模拟的夹杂物,通过水模型来研究RH精炼炉内夹杂物是如何去除的,并以气量的提升值、处理的时间和真空试验室内液面高度这三个参数来研究对夹杂物去除的影响规律。试验结果表明:夹杂物去除的最关键时间时前面的12min,且24min的处理时间基本上可将夹杂物去除;气量提升值存在一个较佳的范围,20L/min～25L/min则为最佳的气量提升值,48mm的液面高度所对应的真空度值则是最佳的夹杂物去除效果最佳的值。     

RH精炼真空度对超低碳钢夹杂物去除的影响

 大尺寸非金属夹杂物是引起超低碳钢冷轧钢板表面线状缺陷的重要原因。以IF钢为例,铸坯中大尺寸夹杂物主要有3类,即结晶器保护渣卷入后被凝固坯壳捕获;连铸过程中钢水二次氧化产生且未上浮去除的;钢液中未充分去除的夹杂物在浸入式水口处粘连、堵塞,后续堵塞物脱落被凝固坯壳捕获。钢液一次脱氧生成的夹杂物中,不低于100 μm的夹杂物在RH处理过程中较容易去除,100 μm以下的夹杂物受钢液的流动影响较大,特别是不超过20 μm的夹杂物由于其上浮时间长、钢液流动的跟随性好,去除难度较大。RH是超低碳钢最重要的精炼设备,也是夹杂物去除的关键环节,研究RH去除20 μm夹杂物的新技术具有重要的意义。研究了RH脱碳结束加铝后真空度对夹杂物去除的影响,创新性提出了低真空度去除不超过20 μm夹杂物的新技术。研究结果表明,与高真空度处理工艺(常规工艺)相比,低真空度(压力5 kPa)处理的钢液中夹杂物数量降低更显著,中间包钢液总氧质量分数平均降低0.000 2%,钢液增氮水平相当。冷轧钢板因炼钢原因导致的线状缺陷降级率比常规工艺降低了29%。夹杂物在钢液中的跟随性理论分析表明,低真空度处理工艺下RH内钢液循环流量和钢液流速减小,降低了RH处理过程中夹杂物随钢液的跟随性,提高了不超过20 μm夹杂物的去除效率,有效改善了水口堵塞程度、提高了轧板表面质量。     

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-Al_2O_3、MnS、Al_2O_3夹杂改性为以含硫、镁复合夹杂物为主,同时包含少量Al_2O_3、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,Al_2O_3、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5μm以下.稀土-镁复合处理轴承钢后,10μm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.     

GCr15轴承钢BOF-LF-RH-CC流程夹杂物的生成及演变

 为研究GCr15轴承钢中夹杂物的演变规律,对某钢厂BOF-LF-RH-CC工艺流程生产的GCr15轴承钢进行了全流程取样,并利用ASPEX扫描电镜和热力学计算对各工序钢中夹杂物的演变进行了系统的分析。研究表明,在LF精炼初期,钢中夹杂物主要为高Al₂O₃(w(Al₂O₃)=84%)的MgO-Al₂O₃和CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物;LF精炼结束时,MgO-Al₂O₃和CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物的数量所占比例分别为74%和26%,此时钢液中夹杂物尺寸主要为1～6 μm,数量所占比例为87%。LF-RH精炼期间,夹杂物总数量由LF精炼结束时的198 个/(20 mm2)降低至RH破空后的103 个/(20 mm2),降幅为48%,其中MgO-Al₂O₃夹杂物主要在LF精炼期间生成,然后在RH精炼时基本被去除,具体表现为,其数量由LF进站时的88 个/(20 mm2)增加至LF出站时的139 个/(20 mm2),在RH软吹结束时降低为4 个/(20 mm2);CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物主要在RH精炼期间生成,其数量由LF出站时的49个/(20 mm2)增加至RH软吹结束时的108 个/(20 mm2),这表明RH真空精炼对夹杂物去除效果较好。热力学计算结果表明,二次精炼过程中钢中Al_s、Mg含量处于MgO-Al₂O₃夹杂物优势区内,这表明MgO-Al₂O₃夹杂物更易生成;当钢中w([Mg])为0.000 3%时,w([Ca])大于0.000 25%,满足MgO-Al₂O₃夹杂物转变为CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物的热力学条件,而且当w([Al_s])为0.022%时,w([Ca])控制为0.000 25%～0.007 00%时更有利于生成液态化的钙铝酸盐。试验过程钢中w([Ca])约为0.000 1%～0.000 4%,因此夹杂物更多地转变为CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物。     

120t BOF-LF-RH-CC流程GCrl5轴承钢洁净度研究

对“120 t BOF-LF-RH-CC”流程GCrl5轴承钢的洁净度研究结果表明,LF精炼结束以A1₂O₃ • MgO尖 晶石和Al₂O₃-MgO-CaO夹杂为主,RH真空处理后, Al₂O₃- MgO尖晶石几乎全部消失,钢中夹杂物以液态钙铝酸盐为主,T.0含量降至5.3x10^-6;浇注过程中间包重新成Al₂O₃- MgO尖晶石;RH终点和中间包钢水以及连铸坯未发现≥20um钙铝酸盐夹杂。     

RH浸渍管内径对钢液精炼与洁净度的影响

使用不同内径尺寸的RH浸渍管进行工业生产试验,试验结果表明:浸渍管内径越大,钢液脱碳、脱氢速率越高、浸渍管耐材侵蚀率降低、洁净度提高.浸渍管内径由450 mm扩大到510 mm,钢液初始碳质量分数0.05％ 经过RH深脱碳至0.01％ 以下,时间缩短了8 min,效率提高了61.5％;经过真空循环脱气后,钢液氢质量分数...     

RH加钛时机和纯循环时间对IF钢洁净度影响

为进一步提升RH精炼的冶炼效率,更好与高拉速连铸相匹配,对RH冶炼IF钢过程中加Ti时机和纯循环时间对夹杂物的影响开展了试验研究。结果表明,钢液中T.O质量分数在加Al 5 min后小于0.003 0%;夹杂物的数密度在合金化4～5 min后具有最小值,随后增加纯循环时间,夹杂物的数密度无明显变化。在300 t RH工业生产实践中,Al-Ti间隔时间为2 min、纯循环时间为5 min和Al-Ti间隔3 min、纯循环4 min的处理工艺可以保证钢液中的夹杂物充分上浮去除,夹杂物的数密度为0.7～0.8个/mm²,可以实现RH的高效化精炼。在Al-Ti间隔时间大于1 min、纯循环时间大于3 min的操作条件下钢液中未检测到尺寸大于50μm的夹杂物。基于以上工艺优化,IF钢的RH真空处理时间已经降低至20 min。向钢液中加入Al后主要形成Al₂O₃夹杂物,加入钛铁合金化后钢液中会形成富[Ti]区域,[Ti]将Al₂O₃还原而生成Al-Ti氧化物。随着[Ti]在钢液内的扩散以及...     

120 t BOF-LF-VD-CC流程高品质重轨钢U75V的生产实践

通过对重轨钢U75V的生产过程进行取样分析,研究了实际冶炼过程中重轨钢夹杂物的演变规律和大型夹杂物的控制。研究结果表明:控制铝含量≤20×10^-6,精炼渣二元碱度1.8～2.2,白渣保持时间≥15 min,RH真空度在100 Pa以下保持高真空时间≥15 min,可使钢液中全氧含量降至10×10^-6以下,且铝含量不超过20×10^-6,轧材中基本消除B类和D类粗系夹杂,C类夹杂完全塑性化;中间包钢水过热度按25～35℃控制,中间包钢水平均停留时间(750±30)s、水口插入深度控制在90～110 mm,结晶器液面波动≤±3 mm等措施,可去除钢水中的夹杂物。     

高品质轴承钢BOF-LF-RH-CC和EAF-LF-VD-CC工艺夹杂物演变规律

以某公司两种不同轴承钢生产工艺为例,对BOF-LF-RH-CC和EAF-LF-VD-CC工艺生产的轴承钢中夹杂物进行了对比分析。初炼炉的出钢碳含量会对LF精炼前期夹杂物的数量以及成分产生影响,BOF出钢w(C)=0.07%的炉次,LF精炼初期夹杂物数量为5.04个/mm²且主要为Al₂O₃夹杂物;EAF出钢w(C)=0.58%的炉次,LF精炼初期夹杂物数量为2.49个/mm²且主要为MgO·Al₂O₃夹杂物,但在LF精炼结束时出钢碳含量对夹杂物数量的影响较小。LF精炼炉渣中CaO活度会对夹杂物中CaO的含量产生影响,BOF-LF-RH-CC工艺LF精炼渣CaO活度为0.632,对应的精炼结束时夹杂物中w(CaO)=5%;EAF-LF-VD-CC工艺LF精炼渣CaO活度为0.965,对应的精炼结束时夹杂物中w(CaO)=18%。对比分析过RH、VD后轴承钢夹杂物的成分和数量变化情况,发现经RH处理后MgO·Al₂O₃     

RH真空精炼过程循环流量的水模型研究

建立了钢厂250 t RH真空精炼装置1/4的水模型,研究浸渍管内径(520～750 mm)、驱动气体流量(1 000～3 000 L/min)、浸渍管浸入深度(525～800 mm)和真空室压力(0～25 kPa)等参数对RH循环流量的影响。结果表明,随驱动气体流量、浸渍管浸入深度增加、浸渍管内径增大以及真空室压力减少,RH钢水循环流量增加;为获得较大流量,浸渍管浸入深度应≥560 mm,真空室液面高度应≥200 mm。得出循环流量的回归方程,通过对钢厂250 t RH设备工艺参数作相应调整后,RH装置的生产效率明显提高。     

Cleanliness of GCr15 bearing steel refined by RH and VD vacuum processes

The cleanliness of GCr15 bearing steels produced by RH and VD vacuum refining processes was compared. Evolutions of total oxygen (TO), total nitrogen (TN), total sulfur (TS), and inclusions were investigated. Bearing steel has high requirements for cleanliness. RH refining has advantages in reducing TO and TN content, removing solid inclusion, and circulating efficiency. After RH refining, the TO content in molten steel decreased by 61%, the TN content decreased by 15%, and the number density of inclusions decreased by 75%. The stirring of slag and steel was strong during the VD refining, which was beneficial to the desulfurization, the TS content in liquid steel decreased by 50%. The circulation rate of the liquid steel in the VD refining was much lower than that in RH refining. The stronger stirring of slag and steel during VD refining resulted in the slag entrainment. The contact angle between inclusions with different liquid phase fractions and liquid steel is different. Inclusions with liquid phase fraction less than 27% are not wetted with liquid steel and are easy to collide, grow and float up for removal, while the adhesion work of liquid inclusions is greater and difficult to remove from liquid steel.