GCr15轴承钢中MnS-Al_2O_3复合夹杂物析出行为

对于钢液铝脱氧精炼过程产生的Al_2O_3夹杂物严重影响钢的性能,而在钢液凝固过程中MnS夹杂物容易包裹着Al_2O_3夹杂物形成复合夹杂物,这种复合夹杂物改善钢材的性能有重要意义。通过场发射扫描电镜和能谱对国内某钢厂连铸坯中夹杂物形貌以及组成进行观察与分析,发现大量MnS包裹Al_2O_3复合夹杂物。同时通过理论热力学阐述MnS包裹Al_2O_3复合夹杂物的析出机理,计算得出:Al_2O_3夹杂物在钢液中形成,Mn S夹杂物在钢液凝固过程中形成,由于Al_2O_3夹杂物先析出,Mn S夹杂物可以在先析出的Al_2O_3夹杂物进行形核与长大,为钢中MnS包裹Al_2O_3复合夹杂物生成提供了理论依据。     

无取向硅钢中含镁夹杂物的形成机理分析

通过取样检测和热力学计算,分析了钢中含镁夹杂物的组成特点和形成机理。结果表明:钢中的氧化物主要是与MgS复合的2MgO獉SiO_2或MgO-Al_2O_3-SiO_2类夹杂,析出物主要为MgS、AlN;含MgS的复合夹杂物主要为1~2μm的球状夹杂,因为MgS抑制了MnS的析出,钢中不存在任何形式的MnS夹杂。MgS以包裹在球形氧化物表面、均匀镶嵌在球形夹杂物中、以氧化物为基体或与AlN复合定向析出并长大3种形式存在。热力学计算表明,钢中夹杂物的组成与钢中Mg含量及氧化物特征有关。MgS更容易与含MgO多、硫容量大的MgO-Al_2O_3-SiO_2类夹杂复合析出。MgS以氧化物为基体或与AlN复合定向析出形成的夹杂尺寸更大,其析出长大方式与MgS及夹杂物基体的晶体结构有关。合理控制精炼渣中MgO含量有利于形成含MgS的复合夹杂物,从而减少钢中微细MnS的析出,同时降低钢中MgO獉Al_2O_3的含量。     

低碳低硫钢中MnS析出行为分析

本文研究铝含量、硫含量、冷却速率等对低碳低硫钢中MnS夹杂物的成分、形貌和析出量的影响,并利用Scheil凝固方程及FactSage 6.1软件对MnS析出行为进行了理论计算。结果表明,冷却速率较低(5K/min)时,钢中夹杂物为双层结构,核心氧化物为Al2O3-SiO2和Al2O3-SiO2-MnO,MnS在氧化物表面局部或包裹析出;冷却速率较高(900K/min)时,钢中夹杂物主要为Al2O3-SiO2-MnO,高铝钢样中没有MnS析出,而低铝钢样中有极少量MnS析出;MnS在夹杂物上的析出率随着冷却速率的降低、钢中铝含量的减少(硫含量随之增加)而提高;复合氧化夹杂中的MnO+SiO2对MnS的析出影响较大,MnO+SiO2含量越高,MnS越容易在氧化物上析出;在低硫(w[S]0.0050%)条件下,MnS不能在液相中单独析出,但能在夹杂物上复合析出。     

硫质量分数对Ti-Zr脱氧E36钢中夹杂物的影响

为明确钢中硫质量分数对Ti-Zr脱氧的E36船板钢中夹杂物的影响,在1873K下,在MoSi2电阻炉上用70mm×100mmMgO坩埚开展了3炉E36钢炼钢实验.结果表明,Ti-Zr脱氧钢中夹杂物主要以含TiOx和ZrO2成分的外围包裹MnS的球形夹杂物为主,典型夹杂物为Al2O3-TiOx-MnS,MgO-SiO2-Al2O3,Al2O3-SiO2-TiOx-ZrO2,TiOx-SiO2-Al2O3-MnS等.随着硫质量分数的增加,小于10μm的夹杂物所占比例逐渐提高到99.5%,夹杂物平均直径由1.7μm增大到2.3μm,夹杂物中平均硫质量分数和单个夹杂物中MnS所占的面积百分比均增加,w[S]=0.0015%时面积比为0.15%,w[S]=0.011%时面积比达到0.72%.     

镁对H13模具钢中夹杂物变性的影响

本文研究了镁对H13模具钢中夹杂物的影响,对H13钢中夹杂物的变性进行了热力学计算,分析了镁对夹杂物成分、形貌和粒径分布的影响。结果表明,镁处理H13钢后,夹杂物由Al2O3转变为MgO·Al2O3,复合型夹杂物的析出位置也发生了改变,夹杂物粒径变小。镁处理使钢中1μm左右的夹杂物增多,2μm以上的夹杂物减少,随着镁含量的升高,粒径的变化更明显。铝质量分数为0.01%~0.03%的H13钢中,微量的镁就可促使MgO·Al2O3夹杂物形成,镁质量分数超过1×10-4会导致H13钢中MgO·Al2O3完全消失,镁质量分数在3×10-5~5.5×10-5时钢液中镁铝尖晶石的数量达到最多。     

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100 K·min-1时,凝固末期析出Al2O3夹杂物的半径为2.5 μm,析出复合Al2O3-SiO2夹杂物的半径为4.7 μm;随着凝固的进行,夹杂物中SiO2含量增加,Al2O3含量下降.     

锰钢凝固过程中MnS夹杂物析出行为

利用数值方法和高温实验研究了锰钢凝固过程中MnS夹杂物的析出行为。结果表明,对MnS夹杂物析出温度的影响较大的元素次序为Mn、C、Si,在实际生产中对20Mn钢碳含量和硅含量要实行下限控制,可有效抑制MnS夹杂物析出;随着含碳量的增加,锰钢中液相线、固相线和MnS夹杂物的析出温度均逐渐降低;当碳元素从0.13%增加到0.6%时,固相线与MnS夹杂物析出温度的差值逐渐增大;当硅元素从0.05%增加到0.45%时,固相线温度由1 459℃降低至1 449℃,MnS的析出温度由1 462℃降低至1 452℃;随着含碳量的增加,锰钢中球状MnS夹杂物的比例逐渐降低,而条状MnS夹杂物的比例逐渐升高。     

齿轮钢氧含量及夹杂物控制技术研究

利用热力学软件计算了齿轮钢氧含量与夹杂物成分控制、夹杂物转变条件.结果表明,20CrMoH钢中具有较高塑性的非金属夹杂物成分(质量分数)为:SiO2 0%～10%、Al2O3 22%～55%、CaO 42%～60%、MgO 5%～10%,与之平衡的钢液中铝的质量分数大于0.020%,钙的质量分数大于0.7×10-6,a[O]为0.0005%左右;选择组成为CaO>40%、Al2O3≤37%、MgO10%、(%CaO+%MgO)/%SiO2为10、SiO2含量尽量低的渣系,钢中Al2 O3、MgO.Al2 O3夹杂物可转变为低熔点的钙铝酸盐.试验发现LF和RH精炼结束时钢液T[O]含量均随炉渣碱度增加而降低,采用高Al2O3含量的炉渣对降低T[O]含量有利;精炼过程钢液中夹杂物按"Al2O3系夹杂物→MgO--Al2O3系夹杂物→CaO--MgO--Al2O3系夹杂物"顺序发生转变,其中MgO--Al2 O3系夹杂物向CaO--MgO--Al2 O3系夹杂物的转变是由外向内逐步进行的,转变速度相对较慢;降低T[O]含量有利于生成较低熔点的CaO--MgO--Al2O3系夹杂物.     

镁对H13模具钢中夹杂物变性的影响简

本文研究了镁对H13模具钢中夹杂物的影响,对H13钢中夹杂物的变性进行了热力学计算,分析了镁对夹杂物成分、形貌和粒径分布的影响。结果表明,镁处理H13钢后,夹杂物由Al2 O3转变为MgO·Al2 O3,复合型夹杂物的析出位置也发生了改变,夹杂物粒径变小。镁处理使钢中1μm左右的夹杂物增多,2μm以上的夹杂物减少,随着镁含量的升高,粒径的变化更明显。铝质量分数为0．01％～0．03％的H13钢中,微量的镁就可促使MgO·Al2O3夹杂物形成,镁质量分数超过1×10^-4会导致H13钢中MgO·Al2O3完全消失,镁质量分数在3×10^-5～5．5×10^-5时钢液中镁铝尖晶石的数量达到最多。     

高级别管线钢钙处理冶金效果研究

针对管线钢L360QS进行了钙处理实验研究,考查钢液中[Ca]、[S]对夹杂物变性的影响.结果表明,钢中的硫被脱到0.002%～0.003%(质量分数)范围内的较低水平,脱硫率最高达85.0%,与实验预期吻合.随着钢液中[S]增加,夹杂物中CaS+MnS的平均质量分数相应增加,但夹杂物中的CaS含量不一定增加.钙对夹杂物变性作用非常明显,[Ca]相对高的管线钢,其夹杂物绝大多数都变性为球形的含CaS钙铝酸盐复合夹杂,不存在MnS夹杂和MgO.Al2O3夹杂.为使氧化夹杂和硫化夹杂都变性完全,钢液中的硫的质量分数应控制在0.002%左右,钙的质量分数应控制在0.003 5%～0.004 0%,且[Ca]/[S]>1.9.     

Characteristics of inclusions in high-Al steel during electroslag remelting process

The characteristics of inclusions in high-Al steel refined by electroslag remelting (ESR) were investigated by image analysis, scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive spectrometry (EDS). The results show that the size of almost all the inclusions observed in ESR ingots is less than 5 μm. Inclusions smaller than 3 μm take nearly 75% of the total inclusions observed in each ingot. Inclusions observed in ESR ingots are pure AlN as dominating precipitates and some fine spherical Al₂O₃ inclusions with a size of 1 μm or less. It is also found that protective gas operation and slag deoxidation treatment during ESR process have significant effects on the number of inclusions smaller than 2 μm but little effects on that of inclusions larger than 2 μm. Thermodynamic calculations show that AlN inclusions are unable to precipitate in the liquid metal pool under the present experimental conditions, while the precipitation of AlN inclusions could take place at the solidifying front due to the microsegregation of Al and N in liquid steel during solidification.     

Ti-- Mg 复合脱氧和硫含量对钢中夹杂物特征及 MnS析出行为的影响

采用扫描电镜/能谱仪表征了管线钢中夹杂物的形貌、尺寸、成分及数量,考察了不同 Ti/ Mg 比的钢中夹杂物特征、硫含量及脱氧产物数量对 MnS 析出行为的影响,并进行了热力学计算.结果表明：Ti- Mg 脱氧钢中夹杂物以 MgO- Al2 O3-Ti2 O3、MgO- Ti2 O3或 MgO 为核心,表面包裹或局部析出 MnS,粒径小于1.3μm,数量为300~450 mm -2,形貌为圆形、多边形和方形;夹杂物中 Ti/ Mg 原子数比为0.05~0.2时,夹杂物细小且近圆形;随硫含量减少,凝固过程中 MnS 析出倾向减小, MnS 在夹杂物表面由包裹析出向局部析出转变,提高氧化物夹杂数量,有利于细小 MnS 的包裹或局部异质形核;Ti- Mg 复合脱氧产物细小、弥散,可作为 MnS 异质形核核心,可同时降低 MnS 及氧化物的危害.     

Characteristics of Al2O3, MnS,and TiN inclusions in the remelting process of bearing steel

The Al2O3, MnS, and TiN inclusions in bearing steel will deteriorate the steel's mechanical properties. Therefore, elucidating de-tailed characteristics of these inclusions in consumable electrode during the electroslag remelting process is important for achieving a subse-quently clean ingot. In this study, a confocal scanning violet laser microscope was used to simulate the remelting process and observe, in real time, the behaviors of inclusions. The obtained images show that, after the temperature exceeded the steel solidus temperature, MnS and TiN inclusions in the specimen began to dissolve. Higher temperatures led to faster dissolution, and the inclusions disappeared before the steel was fully liquid. In the case of an observed Al2O3 inclusion, its shape changed from angular to a smooth ellipsoid in the region where the solid and liquid coexisted and it began to dissolve as the temperature continued to increase. This dissolution was driven by the difference in oxygen potential between the inclusion and the liquid steel.     

高品质GCr15轴承钢二次精炼过程中夹杂物的演变规律

采用FE-SEM/EDS研究了转炉流程生产的GCr15轴承钢LF、RH精炼过程中夹杂物的演变规律,分析了其演变机理。结果表明:钢中复合夹杂物的演变规律可归纳为:Al2O3→MgO·Al2O3→(CaO-MgO-Al2O3-(CaS))复合氧化物夹杂和Al2O3→(Al2O3-MnS)→(Al2O3-MnS-Ti(C,N))复合氧硫碳氮物夹杂2种方式。LF精炼过程脱硫作用明显,钢中的硫化物夹杂数量大幅减少。LF精炼初期钢中主要是MnS、Al2O3、TiN的单相夹杂物。LF精炼结束后钢中的夹杂物演变为Al2O3为核心外包氧化物及MnS、TiN、Ti(C,N)、CaS的复合夹杂物。精炼渣中的CaO和耐火材料中的MgO经还原后与钢中溶解氧反应导致LF精炼结束时D类夹杂物增加。RH及软吹处理进一步强化了去除钢中的硫化物,但D类及其与A、T类复合的夹杂物含量增加。在LF阶段,夹杂物尺寸主要集中在1~3μm范围内,到RH阶段,夹杂物尺寸则主要集中分布在小于1μm的粒度范围。最大夹杂物尺寸由10.79μm降到5.68μm,单位面积夹杂个数由372个/mm2降到258个/mm2。RH及软吹处理有效地降低了钢中大于3μm的夹杂物。     

精炼渣成分与轴承钢夹杂物类型关系热力学分析

针对轴承钢中钙铝酸盐大型夹杂物的控制问题,通过计算GCr15轴承钢中尖晶石MgO·Al2 O3、钙的铝酸盐CaO·6Al2 O3夹杂物生成热力学,分析精炼渣成分与夹杂物类型之间的定量关系.结果表明：当钢水中含有质量分数0.10×10-6的溶解钙[Ca]时,只要溶解镁[Mg]质量分数小于10×10-6,MgO·Al2O3就会被[Ca]还原成 CaO·6Al2O3;当精炼渣碱度为7.04,(MgO)质量分数为1.38%时,钢水中溶解[Mg]质量分数比临界[Mg]质量分数低56%,夹杂物以尺寸大于10μm的CaO-Al2O3系复合夹杂为主;当精炼渣碱度为3.75,(MgO)质量分数3.14%时,钢水中溶解[Mg]质量分数比临界[Mg]质量分数低14%,夹杂物以尺寸小于8μm的MnS包裹MgO·Al2 O3复合夹杂为主;当精炼渣钙铝比C/A为1.8~2.0时,控制精炼渣碱度R为4.5~5.5,(MgO)质量分数为3%~5%,即能使钢中MgO·Al2O3保持稳定而不转变为CaO·6Al2O3.     

Analysis on composition and inclusions of ballpoint pen tip steel

Ballpoint pen tip steel, a super free-cutting stainless steel, exhibits excellent corrosion resistance and good machining properties. In this study, inductively coupled plasma spectroscopy, metallographic microscopy, and scanning electron microscopy were used to determine the elemental contents in five ballpoint pen tips and their components, morphologies, and inclusion distributions. The results showed that the steels were all S-Pb-Te super free-cutting ferritic stainless steel. The free-cutting phases in the steels were mainly MnS, Pb, and small amounts of PbTe. MnS inclusions were in the form of chain distributions, and the aspect ratio of each size inclusion in the chain was small. The stress concentration effect could substantially reduce the cutting force when the material was machined. Some of the Pb was distributed evenly in the steel matrix as fine particles (1-2 μm), and the rest of the Pb was distributed at the middle or at both ends of the MnS inclusions. The Pb plays a role in lubrication and melting embrittlement, which substantially increases the cutting performance. PbTe was also usually distributed in the middle and at both ends of the MnS inclusions, and Te could convert the sulfides into spindles, thereby improving the cutting performance of the steel.     

高品质轴承钢LF--VD过程非金属夹杂物演变规律

对国内一钢厂EAF→LF→VD→CC工艺生产的高品质GCr15轴承钢进行系统取样,针对DS类非金属夹杂物随机性强的特点,利用能够进行大面积试样检测的ASPEX自动扫描电镜分析统计钢中非金属夹杂物的成分、尺寸、数量等信息。研究发现：GCr15轴承钢冶炼过程中非金属夹杂物主要为MgO- Al2 O3- CaO复合夹杂物和MnS,同时有少量的SiO2- Al2 O3和MgO-Al2 O3复合夹杂物;夹杂物尺寸主要集中在3~8μm,并有少量DS类夹杂物出现且尺寸范围波动很大,最大可以达70μm以上,形貌为圆形或近似圆形;VD有较强的去除夹杂物功能,经过VD真空精炼,夹杂物中CaO含量有增加趋势;吊包至铸坯过程,夹杂物成分向Al2 O3含量增多的区域移动,最终轴承钢铸坯中夹杂物成分位于高Al2 O3含量(≥80%),少量MgO (<20%)和低CaO(<5%)的区域;DS夹杂物的生成和去除具有较强的随机性。     

BOF--LF--CC生产SWRH82 B硬线钢的洁净度研究

采用系统取样与实验室综合分析,对BOF-LF-CC工艺生产的SWRH82B钢洁净度衍变规律进行研究。结果表明,钙处理后钢中T[ O]和显微夹杂物数量显著下降,轻微增氮;浇铸过程增氧增氮严重;铸坯中<5μm显微夹杂占97%,主要是棱角分明的纯Al2 O3夹杂,球状复合氧化物与CaS和MnS的复合夹杂,简单氧化物或氮化物与MnS的复合夹杂;LF精炼后钙处理,脱氧显著,但使得铸坯中出现很多Al2 O3硬性夹杂,对SWRH82B盘条质量造成严重的危害;中间包结构不合理,卷渣、内衬侵蚀和二次氧化严重,连铸过程钢液洁净度下降。