CaO-SiO2-Al2O3-CaF2系精炼渣对钢绞线用 SWRH82B钢中D类夹杂物的控制研究

通过钢渣平衡实验研究,分析了精炼渣成分对82B钢液T.O和点状不变形夹杂物成分的影响;通过Fact-Sage热力学计算,得出硅锰脱氧82B钢中MgO·Al₂O₃尖晶石夹杂的生成条件.结果表明:降低精炼渣碱度、提高Al₂O₃含量均利于钢水全氧含量的降低;随着Al₂O₃含量的提高,复合氧化物夹杂的熔点升高.当熔渣碱度为0.93、Al₂O₃含量为5.1%时,夹杂物熔点最低;熔渣碱度为1.14、Al₂O₃含量为25.6%时,高Al₂O₃活度的熔渣导致MgO·Al₂O₃尖晶石夹杂生成;熔渣碱度为1.97、Al₂O₃含量为25.9%时,由于碱度升高,钢中无MgO·Al₂O₃尖晶石类夹杂物生成;熔渣碱度为0.93、Al₂O₃含量为5.1%时,由于Al₂O₃含量降低,钢中无MgO·Al₂O₃尖晶石类夹杂物生成,且夹杂物熔点较低.      

压缩载荷下夹杂物对低密度钢应力场的影响

非金属夹杂物在加工过程中往往容易引起裂纹的萌生和扩展,为了明确典型非金属夹杂物对低密度钢性能的影响,采用Abaqus有限元软件分析了低密度钢中典型Al₂O₃、MnS、AlN、TiN单一夹杂和Al₂O₃-AlN、AlN-MnS复合夹杂及附近钢基体的应力场,研究了非金属夹杂物类型、尺寸、方向、分布等因素对低密度钢应力场的影响。结果表明,非金属夹杂物的变形能力、形状和尺寸显著影响低密度钢中应力场分布,夹杂物及其附近钢基体的最大应力值由大到小依次为TiN、AlN、Al₂O₃和MnS。夹杂物尺寸越大,应力场范围和最大应力值也越大。夹杂物长轴与载荷的夹角会造成裂纹萌生位置和传播方向发生变化,TiN和AlN夹杂物尖角位于载荷方向时可缓解夹杂物引起的应力集中。此外,团聚状的夹杂物易引起应力集中,夹杂物间距越小,引起的应力富集越大。对于复合夹杂物而言,Al₂O₃-AlN内部的Al₂O₃夹...     

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。     

高碳铭GCrl5轴承钢中镁铝夹杂物形成与控制工艺实践

GCr15钢的生产流程为120 t BOF-LF-RH-CC工艺。BOF出钢加200 kg铝块进行强脱氧,同时LF过程控制Al含量至0.030%～0.045%,LF结束夹杂物主要为MgO·Al₂O₃,RH真空后MgO·Al₂O₃夹杂物被去除,钢水中夹杂物以钙铝酸盐为主,但是连铸浇铸过程MgO·Al₂O₃夹杂物又会重新生成。因为LF精炼过程Al-MgO和C-MgO反应的存在,高碳铝脱氧GCr15轴承钢LF精炼结束更容易获得MgO·Al₂O₃夹杂物,并促进中间包钢水MgO·Al₂O₃夹杂物重新生成。当BOF出钢仅加40 kg铝块进行预脱氧,LF结束钢水MgO·Al₂O₃夹杂物数量显著降低,同时中间包钢水中MgO·Al₂O₃夹杂物不再重新生成。此外,将低钛低铝硅铁由出钢过程改为LF过程加入,也可以有效控制钢水中MgO·Al₂O₃夹杂物数量。      

稀土钇处理对铁路辙叉用高锰钢中夹杂物的改性

高锰钢辙叉是铁路运输系统的关键部件，对铁路安全运行具有重要影响。钢中夹杂物严重影响钢的性能，稀土改性夹杂物是控制夹杂物的有效手段。基于热力学和第一性原理计算以及试验研究，系统分析了铁路辙叉用高锰钢稀土处理前后夹杂物的演变及其对钢性能的影响。热力学计算结果表明，未添加稀土Y时，高锰钢中主要的夹杂物为MnS和Al₂O₃;添加稀土Y后，高锰钢中的MnS和Al₂O₃转变为Y₂S₃、YS、YAlO₃、Y₂O₃和Y₂O₂S;当Y质量分数为0.03%时，夹杂物全部转变为稀土夹杂物。第一性原理计算结果表明，高锰钢中夹杂物形成并稳定存在的顺序为Y₂O₃>YAlO₃>Y₂O₂S>Al₂O₃>Y...     

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。     

镁处理对含Ti螺纹钢中夹杂物的影响

对含Ti高强度螺纹钢进行了镁处理试验,分析了镁处理前后试样中夹杂物的成分和尺寸的变化,并用FactSage软件对夹杂物的形成和析出进行了计算。结果表明：加Mg前试样中夹杂物主要是Al₂O₃、以Al₂O₃为核心的TiN和TiN,加Mg后试样中夹杂物主要是Al₂O₃、MgO·Al₂O₃、以Al₂O₃或MgO·Al₂O₃为核心的TiN和TiN。钢中氧含量越高,越容易形成Al₂O₃,氧含量越低,越容易形成MgO;Al含量越高,越不容易形成MgO。TiN在钢液凝固过程中可以以氧化物为核心形核析出或者单独析出。镁处理后试样中夹杂物尺寸减小。MgTi₂O₄主要是在Mg含量较高和温度较低的情况下形成,试样中MgTi₂O₄     

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<...     

EAF→LF→VD→CC流程SAE8620RH齿轮钢中夹杂物分析

针对国内某钢厂采用EAF→LF→VD→CC流程生产的SAE8620RH齿轮钢中夹杂物,通过SEM-EDS和热力学计算研究了夹杂物的形成机理和演变规律。结果表明,钢中的复合夹杂物主要是以MgO·Al₂O₃为核心外部包裹CaS的复合形式存在。LF精炼初期夹杂物主要为MgO·Al₂O₃,外部包裹有少量的CaS;经过钙处理后,部分MgO·Al₂O₃被改性为液态钙铝酸盐;经VD真空处理后,MgO·Al₂O₃外部包裹的CaS比例明显增加;铸坯中MgO·Al₂O₃外部重新析出MnS,形成MgO·Al₂O₃-(Ca, Mn)S。当钢液中的w(Al)=0.03%时,w(Mg)=1.85×10^-6就可以生成MgO·Al₂O₃。在LF精炼初期,CaS主要是[S]和[Ca]直接反应生成...     

铝粉对Al2O3–MgO复合材料抗氧化性的影响

以烧结刚玉、α-Al₂O₃微粉、高纯镁砂、金属铝粉为原料, 酚醛树脂为结合剂, 制备Mg O–Al₂O₃和Al–MgO–Al₂O₃系复合材料, 样品成型后经过200℃烘干, 于1500℃氧化气氛烧成。利用X射线衍射仪, 扫描电子显微镜和能谱仪研究了金属铝粉对MgO–Al₂O₃复合材料抗氧化性的影响。结果表明: 未添加金属铝粉的样品烧后主晶相为α-Al₂O₃及镁铝尖晶石, 微观结构较为疏松; 引入金属铝粉后, 样品烧后主晶相为α-Al₂O₃及镁铝尖晶石, 新生相包括Al₄O₄C、Al₄C₃、(Al₂OC)_x(AlN)_1-x等, 微观结构较为致密, 样品性能得到改善。添加金属铝粉样品的内外组成呈梯度变化, Al₄O₄C相主要出现在样品内部, 并有金属铝残留; 金属铝粉引入使样品氧分压从表面到内部依次降低, 金属铝粉氧化后与Mg O原位合成尖晶石, 使结构致密化, 阻隔了氧气的进一步渗入, 样品内部形成的Al₂O与C反应得到晶须状Al₄O₄C。     

二氧化锰对C-Al材料物相和显微结构的影响

为了避免添加铝粉的碳复合耐火材料在热处理过程中生成易水化产物Al₄C₃和AlN,本文研究了MnO₂对C-Al材料物相和显微结构的影响.实验以鳞片石墨、金属铝粉和MnO₂细粉为主要原料,以酚醛树脂为结合剂,分别经不同温度下埋石墨粉烧成.用X射线衍射分析试样物相,用扫描电镜观察试样显微结构,并研究了二氧化锰的综合热分析曲线.发现在不加MnO₂的C-Al材料中,铝粉先生成粒状碳化铝,然后向纤维状氮化铝和氧化铝转化.在C-Al材料中加入MnO₂后,由于MnO₂逐渐释放出氧气,铝粉直接被氧化成氧化铝,继而生成锰铝尖晶石,避免了Al₄C₃和AlN形成;生成的氧化铝在800~1200℃以粒状为主,1400℃氧化铝以纤维状为主,1600℃生成了发育完全的柱状氧化铝.      

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。     

6061Al/Al2O3金属基复合材料组织和性能

以6061Al作为基质材料,利用液体冶金的搅拌铸造技术及挤压法制备Al₂O₃颗粒增强的金属基复合材料,选取6061Al添加3种质量分数为5%、10%和15%的Al₂O₃为研究对象,以改善6061Al/Al₂O₃复合材料的力学性能。通过SEM分析表明,Al₂O₃颗粒在6061Al金属基体中的分布相当均匀;由X射线衍射试验结果显示,复合材料中只有6061Al和Al₂O₃,且不会影响结晶性及6061Al的组织结构型态。试验结果表明,随着Al₂O₃添加量增加至15%,6061Al/Al₂O₃复合材料的硬度和抗拉强度均有较大提高,但伸长率略有下降,由于材料孔隙率的提升,致密度下降,从而引起材料的硬度略微下降;分析磨损量与Al₂O₃添加量及磨损率与滑动距离的关系,结果显示商用6061Al的磨损率最大,而6061Al/Al₂O₃(15%)复合材料的磨损量最小,并且磨损率最低,这是由于在6061Al中加入Al₂O₃颗粒,Al₂O₃颗粒的存在可以减少磨粒对基体的犁削作用,有效提高基体的耐磨性。深入探讨Al₂O₃颗粒增强的金属基复合材料,发现颗粒增强体以很细的粉末(一般在20 μm以下)加入到金属基中起到提高硬度、强度和耐磨性的作用;然而,Al₂O₃添加量越来越大时,其对6061Al系列材料的硬度、强度和耐磨耗性等性能将起到负面作用。     

气体雾化法制备TiB2/Al复合材料粉末及其组织演变

采用氟盐反应法制备TiB₂/Al复合材料铸锭,并以此为原料利用高压气体雾化制粉技术制备TiB₂/Al复合材料粉末。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、粒度分布仪等手段对所制备铸锭和粉末的组织及性能进行了表征。结果表明:Al熔体中TiB₂的溶度积远小于TiAl₃和AlB₂的溶度积,TiB₂自Al熔体中沉淀析出导致的体系Gibbs自由能变化量比TiAl₃或AlB₂自Al熔体中沉淀析出导致的体系Gibbs自由能变化量的值更小。TiB₂/Al复合材料铸锭及粉末均主要由α-Al相和TiB₂相组成。气体雾化制备TiB₂/Al复合材料粉末中TiB₂颗粒具有纳米尺度,且均匀弥散地分布于Al基体之中,不存在明显的偏聚现象。TiB₂/Al复合材料粉末的粒度主要分布在10～100 μm之间,呈正态分布,粒径介于10～70 μm粉末占比（质量分数）约为81.1%,粒径大于70 μm粉末收得率为12.6%,粒径小于10 μm粉末收得率为6.3%。     

无取向硅钢中镁铝尖晶石的变性机理

对无取向硅钢钙处理过程中镁铝尖晶石夹杂的变性机理进行了研究,重点考察了钙处理前期和中期MgO-Al₂O₃的变性过程.钙处理前,钢中除了发现单纯的MgO-Al₂O₃外,还发现少量被AlN包裹的MgO-Al₂O₃.钙处理1.5 min后,在MgO-Al₂O₃表面有中间产物CaS或CaO形成;钙处理4.5 min后,生成由内到外依次为MgO-Al₂O₃、CaO-MgO-Al₂O₃和CaOAl₂O₃的夹杂物;钙处理10 min后,未反应的MgO-Al₂O₃消失,CaO-MgO-Al₂O₃和CaO-Al₂O₃的成分趋于均匀.通过热力学计算得到了Al₂O₃/MgO-Al₂O₃/MgO和MgO-Al₂O₃/xCaO·yAl₂O₃的稳定相图,发现在含铝越高的钢中,镁铝尖晶石变性越困难.结合夹杂物的扫描电镜观察、能谱分析和面扫描图分析结果,提出了夹杂物的变性路径:MgO或Al₂O₃→MgO-Al₂O₃→CaO-MgO-Al₂O₃→CaO-Al₂O₃;在产物的中间层CaO-MgO-Al₂O₃中,Al₂O₃含量除了一般情况下的逐渐降低外,偶尔还存在突然升高的情况.      

高铝高炉渣系的熔化特性

 为了掌握高Al₂O₃条件下(w(Al₂O₃)为15%以上)高炉渣系的熔化特性,利用差式扫描量热仪分析了不同w(MgO)/w(Al₂O₃)、碱度(R)以及w(Al₂O₃)对高铝高炉渣的熔化温度及熔化热的影响。试验结果表明,炉渣熔化开始温度为1 248～1 291 ℃、熔化结束温度为1 432～1 485 ℃、熔化热为137～211 J/g;当w(Al₂O₃)=15%、高w(MgO)/w(Al₂O₃)时,发生了共晶逆反应,导致高炉炉渣熔化开始温度逐渐降低,但由于高炉炉渣的液相线温度基本未变,所以炉渣熔化结束温度基本未发生改变;w(Al₂O₃)为20%时,随着w(MgO)/w(Al₂O₃)的增加,炉渣中易生成熔点较高的镁铝尖晶石,导致高炉炉渣熔化开始温度逐渐增大,与此同时,炉渣液相线温度逐渐降低,导致炉渣熔化结束温度逐渐降低;随着碱度R的增加,高炉炉渣中生成了具有高熔点的化合物、炉渣的液相线温度升高,使得高炉炉渣的熔化开始温度逐渐增加、炉渣熔化结束温度逐渐升高;随着w(Al₂O₃)的增加,发生了共晶逆反应,故炉渣的熔化开始温度逐渐降低,而随着w(Al₂O₃)的增加,炉渣中键能较大的Al—O键增多,需要在更高温度下才能实现炉渣的最终熔化,即熔化结束温度逐渐增加;随着w(MgO)/w(Al₂O₃)、R以及w(Al₂O₃)的增加,炉渣熔化热逐渐增多。分析认为,随着R的增加,炉渣中有高熔点化合物的生成,熔化热增加;随着炉渣中w(Al₂O₃)的增加,炉渣中Al—O键增多,解聚破坏熔渣结构消耗的热量增多;而随着w(MgO)/w(Al₂O₃)增加,高熔点化合物的生成或熔化开始温度降低,造成熔化热增加。