高洁净轴承钢中稀土变质夹杂物行为分析

为了阐明稀土变质高洁净轴承钢中夹杂物的行为,进而优化轴承钢的稀土处理过程,通过向高洁净轴承钢中加入高纯稀土的方法,借助SEM、EDS和EPMA等观察和分析手段,重点对不同稀土含量轴承钢中夹杂物类型和析出行为进行表征和分析。研究结果表明,在不完全变质条件下,微量稀土能够优先变质钢中长条状MnS为RE₃S₄颗粒,RE₃S₄可在冶炼时独立析出或以Al₂O₃为核心析出,也能在凝固时与MnS以RE₃S₄·yMnS (y<1)复杂夹杂物的形式共同在Al₂O₃基底上形成。随着稀土含量的增加,在完全变质条件下,稀土元素与夹杂物的形成元素的结合序列依次为O、S、As、P和C,夹杂物类型演化序列为RE₂O₃、RE₂O₂S、RES、RE-S-As、RE-As(-P)/RE-O-As(-P)、RE-P-C/RE-O-P(-C)和RE-O-C。     

精炼渣对轴承钢中氧含量和夹杂物的影响

采用MoSi₂电阻炉在MgO质坩埚内进行了精炼渣成分(%:47～64CaO、13～23SiO₂、15～25Al₂O₃、5～10MgO、0～8CaF₂;CaO/SiO₂=2.0～4.5)对0.95%C-1.50%Cr GCr15轴承钢中氧含量和夹杂物的影响的实验研究。实验中发现,随精炼渣碱度CaO/SiO₂由2增加至4.5,钢液中的终点全氧含量由20×10^-6降至11×10^-6,夹杂物的总数量、总面积和平均半径减小。适当提高Al₂O₃含量或添加CaF₂,减少MgO含量,可以显著提高炉渣吸附夹杂物的速度和能力。低碱度渣精炼的钢液中夹杂物成分含有≥20%SiO₂,塑性较好,夹杂物的尺寸为15～20μm。高碱度渣精炼的钢液中典型的夹杂物是氧化铝和铝镁尖晶石等脆性夹杂物,尺寸≤5μm。     

不同钛含量的钢与Al2O3和MgAl2O4界面润湿行为

高温下钢液中会生成大量的非金属夹杂物,对钢的浇铸工艺和钢产品性能产生不利影响。通过研究高钛钢与夹杂物的界面润湿行为,以期为高钛钢成分设计以及夹杂物的控制研究提供理论依据。以不同钛含量的钢样品以及Al₂O₃和MgAl₂O₄为研究对象,采用改进后的座滴法进行高温润湿试验得到表观接触角;通过电子探针对样品界面的微观形貌和元素进行表征,并结合热力学计算对钢与夹杂物的界面润湿行为进行解释。当钢中钛质量分数分别为0.01%、0.31%和0.68%时,Al₂O₃/钢润湿系统的表观接触角分别为96°、90°和112°,润湿后的样品界面均匀,无新反应相的存在和明显的元素富集。MgAl₂O₄/钢润湿系统的表观接触角分别为113°、106°和130°;低钛含量(w(Ti)=0.01%)时,界面无反应相生成,高钛含量时,界面存在不连续的反应层,为MgS、MgO、Ti₄S₂C₂     

镧对高碳硬线钢中Al2O3夹杂物改性的晶体学分析

 为了控制与改善高碳硬线钢中氧化铝夹杂物的数量、形状和分布,提高钢的洁净度,细化钢的组织结构,均匀钢的化学成分,在高碳硬线钢中添加稀土镧元素研究其对氧化铝夹杂物的改性问题。通过对高碳硬线钢中添加稀土镧形成的稀土氧(硫)化物,采用扫描电镜和能谱分析进行表征,研究其对氧化铝的改性问题,发现镧的加入可以改变夹杂物的形状,夹杂物从不规则形状转变为较规则的椭圆形,随着夹杂物面间距增大,其逐渐弥散化。利用热力学以及边-边匹配模型计算其与γ-Fe和Al₂O₃之间沿密排晶向的原子间错配度和密排晶面的面间错配度,探究含镧夹杂物作为钢液凝固时初生相异质形核核心的可能性及有效性。结果表明,加入镧后,在1 000～2 000 K温度范围内根据生成夹杂物的吉布斯自由能的大小,得出钢中可能生成夹杂物的顺序为La₂O₃＞La₂O₂S＞LaAlO₃＞LaS＞La₃S₄。利用边-边匹配模型计算稀土氧(硫)化物与γ-Fe和Al₂O₃之间的原子匹配情况,发现了La₂O₃、LaS、La₂O₂S和La₃S₄均可能作为Al₂O₃和γ-Fe异质形核的核心,且La₂O₂S可能优先成为γ-Fe异质形核核心, LaS可能优先成为Al₂O₃异质形核核心,揭示了钢中氧化铝夹杂物的改性机理,为高碳硬线钢中非金属夹杂物的处理提供了理论依据。     

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。      

钇基稀土对51CrV4弹簧钢夹杂物影响

为改善和控制弹簧钢中夹杂物的尺寸和形态, 以喂丝方式在工厂现场试验添加钇基重稀土处理51CrV4弹簧钢, 经现场取样后, 通过对试样进行大样电解、金相、扫描电镜和能谱等研究分析手段, 观察研究51CrV4弹簧钢铸坯和轧材中典型夹杂物。结果表明:重稀土Y对夹杂物改性明显, 在弹簧钢中添加钇基重稀土后, 显微夹杂物主要以RE₂O₃、RE₂O₂S、RE₂S₃等稀土夹杂物形式存在, 生成的稀土复合夹杂物尺寸在2~4 μm, 并且呈规则球状; 大型夹杂物中检测后并未发现含有稀土元素, 但是大型夹杂物的形态比未加稀土的夹杂物更为圆整和球状, 且大小更为细化.      

稀土对高强车轮钢夹杂物赋存特征的影响研究

结合高温模拟实验和热力学分析,探讨了稀土对高强车轮钢中夹杂物类型及尺寸分布的影响,并与传统的钙处理钢进行了对比。研究结果表明,铝脱氧车轮钢经钙处理后夹杂物主要为Al₂O₃、MnS、(Mn, Ca)S和CaO-Al₂O₃以及Al₂O₃-(Mn, Ca)S和CaO-Al₂O₃-CaS包裹型复合夹杂物;与钙处理钢对比,车轮钢经稀土处理后,钢中Al₂O₃夹杂物数量减少,MnS和(Ca, Mn)S夹杂物消失,生成了近球形的Ce₂O₂S、Ce₂O₃夹杂,夹杂物尺寸显著减小;随稀土含量的增加[w(Ce)=0.0160%～0.0250%],不大于5μm的夹杂物数量占比由91.0%提升至99.8%,稀土细化夹杂物效果显著。热力学分析表明：在1600℃条件下,随着车轮钢中w(Ce)由0增加至0.0300...     

20CrMnTiH齿轮钢在BOF-LF-RH-CC流程中的夹杂物演变

某厂生产的20CrMnTiH齿轮钢在冶炼过程中产生大量的CaS类夹杂物,影响了铸坯质量。为研究20CrMnTiH齿轮钢氧化物夹杂的演变规律,提出合理的钙处理工艺,以减少CaS类夹杂物的析出,对某厂BOF-LF-RH-CC流程生产的20CrMnTiH齿轮钢进行精炼全过程的取样,并通过电镜、夹杂物自动扫描分析系统结合热力学计算,研究了氧化物夹杂的演变规律及机理。研究结果表明,在LF精炼后期的喂硫线工序,钢液存在二次氧化现象;精炼过程氧化物夹杂的演变规律为,纯Al₂O₃夹杂物→镁铝尖晶石和部分Al₂O₃-MgO-CaO复合夹杂物→钙处理后转变为Al₂O₃-MgO-CaO和Al₂O₃-CaO复合夹杂物→喂硫线后产生大量Al₂O₃-MgO-CaO-CaS和Al₂O₃-CaO-CaS类复合夹杂物。通过试验及热力学计算发现,现阶段的钙处理过...     

稀土变质高洁净轴承钢中夹杂物的行为分析

为了阐明稀土变质高洁净轴承钢中夹杂物的行为,进而优化轴承钢的稀土处理过程,通过向高洁净轴承钢中加入高纯稀土的方法,借助SEM和EDS等观察和分析手段,重点对不同稀土含量轴承钢中夹杂物类型和析出行为进行了表征和分析。结果表明,稀土能够变质高洁净轴承钢中的Al₂O₃和MnS而形成稀土夹杂物,RE-S-As-P夹杂物可以作为RE-O-S-As-P-C夹杂物的形核核心促进其析出。随稀土含量的增加,稀土元素与夹杂物的形成元素的结合序列依次为O、S、As、P和C,稀土夹杂物类型演化序列主要为RE₂O₃、RE₂O₂S、RES、RE-O-S-As、RE-S-As、RE-S-As-P、RE-O-S-As-P-C、RE-O-As-P-C、RE-O-P-C和RE-O-C。     

Fe-20Cr-5Al不锈钢加稀土元素La合金化工艺对La收得率的影响

研究了50kg真空感应炉+电渣重熔工艺冶炼Fe-20Cr-5Al不锈钢(/%:0.004~0.006C,0.18Si,0.08Mn,20.25~20.28Cr,5.06~5.17Al)时的加La合金化方法对La回收率的影响。结果表明,采用真空感应炉熔炼(VIF)Fe-20Cr-5Al母合金+稀土氧化物La₂O₃(/%:50CaF₂-20CaO-30La₂O₃)电渣重熔(ESR)La合金化时,钢中La的平均含量为0.003%,加稀土氧化物电渣重熔La合金化不明显;真空感应炉母合金La合金化(含0.38%La)+70%CaF₂-30%Al₂O₃电渣重熔后钢中平均La含量为0.066%;真空感应炉母合金La合金化(含0.34%La)+50%CaF₂-20%CaO-30%La₂O₃电渣重熔后钢中平均La含量为0.032%,说明含La母合金在电渣重熔过程La烧损较大,但30%Al₂O₃较30%La₂O₃更有利降低母合金在电渣重熔过程中La的烧损。     

镁对低碳铝镇静钢SPHC中夹杂物变性的影响

运用热力学计算分析了镁对SPHC钢(0.065%C、0.025%Al)中夹杂物的作用,并结合80 t顶底复吹转炉流程工业试验,研究镁对SPHC钢中夹杂物的影响机理。热力学计算结果证明,当[Al]²/a_[Mg]³≤7.69×10¹⁰,钢中就会生成单独的MgO·Al₂O₃;对SPHC钢进行喂0.875 kg/t镁线的工业试验结果表明,镁处理可细化夹杂,使团簇状Al₂O₃变为细小的MgO·Al₂O₃夹杂,MnS夹杂也得到了变性,夹杂物数量减少,提高了钢液的纯净度。     

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。     

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。     

120 t BOF-LF-CC炼钢过程60钢洁净度的试验研究

通过LF精炼和连铸过程钢水和炉渣取样,对3炉60钢冶炼各个阶段的T[O]显微夹杂物的数量、尺寸及类型的变化进行了系统研究。结果表明,在LF进站时,3炉60钢中T[O]为0.007 0%左右;从LF进站→钙处理后→软吹结束→中间包浇注→铸坯,3炉60钢中T[O]总体呈现缓慢降低的趋势,其铸坯中T[O]降到0.003%以下。LF进站时,3炉60钢中夹杂物以硅锰脱氧产物SiO₂-Mn0-（Al₂O₃）复合夹杂为主;经钙处理后,其钢中夹杂物转变为CaO-SiO₂-Al₂O₃-Mg0系复合夹杂,该复合夹杂物的主要成分为CaO+MgO 20%～40%,SiO₂ 20%～40%,Al₂O₃ 30%-50%。由于中间包浇注过程钢液存在明显二次氧化,导致60钢中间包内钢水T[O]和二次氧化产物SiO₂-MnO-（Al₂O₃）夹杂数量明显增加。     

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。      

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。      

80t BOF-LF-RH-CC流程冶炼55SiCr弹簧钢洁净度的研究

55SiCr钢280 mm×325 mm铸坯（/%:0.55C,1.42Si,0.67Mn,0.008S,0.67Cr）的冶炼流程为80 t BOF-LF-RH-CC工艺。通过BOF出钢加Al和硅铁合金,同时加入精炼渣,控制精炼过程渣碱度R（CaO/SiO₂）为2.0左右,RH≥20 min,软吹搅拌≥15 min,控制钢中夹杂物转变,得到洁净弹簧钢55SiCr。分析结果表明,LF精炼过程中夹杂物由早期的Al₂O₃-SiO₂-MnO和Al₂O₃夹杂将逐渐转变为Al₂O₃-CaO-SiO₂夹杂,RH真空处理后夹杂物全部转变为Al₂O₃-CaO-SiO₂夹杂,LF开始精炼T[O]和[N]分别为36×10^-6和26×10^-6,铸坯T[O]、[N]分别为7×10^-6和43×10^-6,铸坯中夹杂物主要为Al₂O₃-CaO-SiO₂和Al₂O₃,尺寸≤10μm。