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。     

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.     

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.     

铝、镁脱氧钢中夹杂物的动态演变规律

本研究制备了不同氧、硫含量的实验钢,采用SEM-EDX和CSLM探讨了钢中夹杂物类型及高温演变规律.结果表明,脱氧生成的MgO大多为球形,而MgO·Al2O3呈现不规则形状.单独铝脱氧钢中Al2O3夹杂物通过移动、碰撞、聚合的方式形成大型簇团.铝镁复合脱氧钢中夹杂物形貌和动态演变随着［Al］,［Mg］和［S］含量的变化呈现出不同的现象.当［Mg］,［Al］含量满足MgO生成条件时,夹杂物无明显聚合现象,呈弥散分布的特征;当［Mg］,［Al］含量位于MgO·Al2O3生成区域时,未观察到团簇状夹杂物出现,但夹杂物粒径较MgO大;当夹杂物成分同时满足MgO和MgS生成条件时,夹杂物聚合趋势明显,推测是硫化物的形成促进了夹杂物的聚合现象.     

石油钻杆钢冶炼过程中夹杂物的析出和衍变

系统分析了国内某钢厂复合脱氧工艺下Cr Mo石油钻杆钢夹杂物在EAF-LF-VD-CC流程中的析晶和衍变规律.由于铝酸盐的上浮,LF冶炼前钢中T[O]含量较低,冶炼过程中氮含量逐渐升高.电镜下钢中大尺寸夹杂物(50μm左右)只出现在LF-VD阶段,主要为低熔点的硅锰酸盐、包含Na2O的混合物和含有少量Ca O的镁铝尖晶石,中间包阶段大尺寸夹杂物完全消失.小尺寸夹杂物(<10μm)出现在精炼全过程中,主要成分是Mg、Al、Si和Ca的复合氧化物、Ca S以及二者的复合物,LF冶炼前到中间包阶段小尺寸夹杂物粒径相似,铸坯中其粒径稍微增加.随着精炼过程的进行,钢中小尺寸夹杂物的成分逐渐向复合氧化物的低熔点区域转移,夹杂物中Ca O和Mg O含量存在竞争关系.铸坯中大型夹杂物(>100μm)包括卷渣引起的复合夹杂,耐材剥落产生的Mg O-Ca O夹杂和钢液内生的铝酸盐夹杂.内生铝酸盐与精炼过程中小尺寸夹杂物成分相似,外层包覆Ca S,轧制过程中容易破碎成链状引发钻杆钢裂纹.建议适当延长VD处理后钢液的镇静时间,以去除钢中大型铝酸盐夹杂,提高钻杆钢质量.     

超低氧车轮钢精炼过程非金属夹杂物的转变

研究了采用LD-LF-VD-CC工艺流程生产超低氧高速车轮钢时,精炼过程中夹杂物的生成与变化.实验在出钢时加入足够的Al进行终脱氧,LF精炼过程采用强脱氧、高碱度和强还原性精炼渣工艺,能使最终铸坯w(T.O)达到7×10-6,获得高洁净度的铸坯;而且在LF精炼过程中,夹杂物完成了Al2O3→MgO·Al2O3→CaO-MgO-Al2O3类复合夹杂物的转变,得到在炼钢温度下呈液态的复合氧化物夹杂,这些液态夹杂物通过碰撞、长大和上浮去除,残留于钢中的氧化物夹杂以较低熔点的CaO-MgO-Al2O3类复合夹杂形态存在,它们在热加工过程中可以发生稍许变形,能有效改善车轮钢的疲劳性能.     

409L不锈钢中镁铝尖晶石夹杂物的生成研究

基于409L不锈钢VOD生产实际,分析了Al脱氧条件下MgO.Al2O3复合夹杂物的组成形态;同时采用热力学计算方法得出1873K时MgO,MgO.Al2O3和Al2O3的平衡相图,研究了MgO.Al2O3夹杂物生成与转变的热力学条件.结果表明,钢水中的尖晶石复合夹杂物中的MgO.Al2O3相呈非晶态结构,夹杂物尺寸在5μm左右.生产过程中,当钢水中Al的质量分数控制在0.04%,w(Mg)≥1.3×10-8时,钢水中即可生成MgO.Al2O3夹杂物;w(Mg)≥9.7×10-7时,MgO.Al2O3开始转变成为MgO夹杂.     

LF精炼过程中SAE8620钢所含MgO复合夹杂物分析

采用非水溶液电解的方法,萃取分离出SAE8620齿轮钢中含MgO复合夹杂物,利用扫描电镜、能谱分析仪对夹杂物的组成、类型和形貌特征进行分析。结果表明,SAE8620齿轮钢在LF精炼过程中,含MgO复合夹杂物中MgO、CaO含量逐渐增加,SiO2含量逐渐减少,Al2O3含量呈先上升后下降的趋势;夹杂物的形貌多不规则,呈块状且棱角分明;夹杂物类型主要为SiO2-Al2O3-MgO、SiO2-MgO、SiO2-Al2O3-CaO-MgO等,此类夹杂物的尺寸较大、熔点较高,直接影响钢材的质量和使用性能。     

304奥氏体不锈钢夹杂物的冶金行为

根据热力学计算,结合生产过程实际,研究了Si脱氧条件下304奥氏体不锈钢在LF精炼、连铸过程夹杂物的变化规律.结果表明,钢水中主要形成CaO-Al2O3-SiO2类复合夹杂物,钢水中Al含量随Si含量的降低逐渐减小.当精炼渣碱度R=1.5时,随精炼、连铸过程的进行,复合夹杂物中Al2O3含量逐渐减少,CaO,SiO2含量逐渐增加.终点铸坯夹杂物成分为30%～35%CaO,20%～27%Al2O3,25%～30%SiO2,其他成分含量较少.终点铸坯夹杂物略显碱性,变形能力稍弱.     

50Cr5MoV钢中非金属夹杂物行为

对采用"EBT→LF→VD"工艺路线生产50Cr5Mo V锻钢轧辊炼钢过程全氧和夹杂物进行了分析.结果表明:LF精炼后钢液中ω(T[O])平均为47×10-6,VD出站为14×10-6,中间包为15.5×10-6,铸坯为18×10-6.LF精炼初期,钢中夹杂物主要是不规则的Al2O3夹杂,96.75%的夹杂物尺寸小于10μm.LF精炼后,大量夹杂物为Ca O-Al2O3-Si O为主要成分的0~10μm复合氧化物夹杂.钢水向中间包转移过程中保护性浇注不理想,二次氧化严重导致钢水夹杂逐渐增多,主要为球形m Ca O·n Al2O3的复合夹杂物.铸坯中99.81%的夹杂物尺寸小于10μm,其中大部分为球形钙铝酸盐夹杂,还有少量球状硅铝酸钙复合夹杂.全过程的工艺优化是控制夹杂物(主要是氧化物)的合理途径,可确保实现50Cr5Mo V合金铸钢的冶炼.     

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。     

高速重轨钢精炼理论与工艺

针对高速重轨钢精炼过程的脱氧、夹杂物控制和脱氢进行了理论分析,并结合工艺实践,对精炼过程中的炉渣碱度和精炼时间等进行了研究.理论分析表明,炉渣碱度高有利于重轨钢在LF精炼时脱氧,欲控制重轨钢中生成2CaO.Al2O3.SiO2,应尽量控制钢中的Ca和Al含量.工艺实践表明,在RH精炼时全氧含量和氢含量在15min左右已趋于稳定,炉渣碱度对脱氧无明显影响,但碱度高会有脆性夹杂物生成.建议高速重轨钢的精炼可以在LF精炼时采用较高碱度(2.5～3.0),在RH精炼时控制较低的炉渣碱度(2.0左右),同时控制RH精炼时间在15 min即可达到脱氢脱氧和控制夹杂物的目的.     

轴承钢中钙铝酸盐夹杂物的形成及控制

研究了轴承钢生产中各因素对钢中D类夹杂物形成的影响.对国内某特殊钢厂轴承钢中夹杂物进行了检验分析,发现钢中D类夹杂物存在多种形式;通过感应炉重熔实验,发现钢中Al含量对夹杂物的影响很大,Al过量,在MgO炉衬条件下,会大量生成MgO·Al2O3;当钢中Ca含量较高时,夹杂物全部变性为球状钙铝酸盐.研究表明,控制钢水中Ca、Mg和Al成分,是控制D类夹杂的重要手段.通过工厂试验证明,特定炉渣改性和成分优化对D类夹杂物有一定的改善作用.     

LF精炼对CSP集装箱钢T[O]和夹杂物影响

为提高武钢薄板坯连铸连轧产线集装箱钢水洁净度,通过工业试验考察了LF精炼过程炉渣成分、软吹氩以及钙处理工艺对钢中T[O]和夹杂物的影响.试验结果表明,适当提高(CaO+MgO)/SiO2有利于降低钢中T[O],但同时要考虑(CaO+MgO)/Al2O3的比值,适当增加钙处理前后软吹氩时间可明显提高钢水洁净度;将炉渣中(CaO+MgO)/SiO2和(CaO+MgO)/Al2 O3控制在合适范围不仅有利于提高钢水洁净度,而且有利于钢中低熔点CaO--MgO--Al2 O3系夹杂物的生成.根据相关热力学数据给出了实际生产钢中生成不同液态铝酸钙时[Ca]--[Al]平衡热力学计算模型.     

BOF-LF-CC工艺生产50 CrVA弹簧钢洁净度研究

通过对国内某钢厂BOF-LF-CC工艺生产50CrVA弹簧钢进行全流程连续取样,综合分析了冶炼过程中总氧( T. O.)、N含量变化,非金属夹杂物的衍变规律,以及铸坯中大型夹杂物的特征.结果表明,LF精炼前T. O.和N的平均含量分别为106×10-6和13×10-6,铸坯中分别为15×10-6和39×10-6,LF过程脱氧效果明显;运输和浇注过程存在较明显的二次氧化现象,需要加强大包到中间包的保护浇注;铸坯中夹杂物主要为CaO-Al2 O3-MgO和CaO-Al2 O3-SiO2复合氧化物夹杂,其中Al2 O3含量(质量分数)较高,达到60%~70%,未得到低熔点夹杂物,可通过适当提高精炼渣碱度,或喂入适量钙线促使夹杂物充分转变为成分更加均匀的低熔点夹杂物;大型夹杂物以CaO和CaO-Al2 O3-SiO2-( MgO)球状氧化物为主,还存在一定比例的纯Al2 O3夹杂物,需要延长钢包弱搅拌时间使夹杂物充分上浮.     

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.     

IF钢生产过程非金属夹杂物行为研究

对首钢京唐生产IF钢的同一浇次前2炉的RH精炼、镇静和中间包浇铸过程进行了系统取样,并利用Aspex自动扫描电子显微镜分析统计了钢中夹杂物的成分、尺寸等信息.研究发现,Al2O3-TixO复合夹杂物在Ti合金化和二次氧化的情况下都会生成,并随着精炼的进行逐渐转变为Al2O3,这与热力学计算的结果一致;而Al2O3可以作为Al2O3-TixO的形核核心,形成Al2O3-TixO包裹Al2O3的夹杂物,并且在Al2O3-TixO转变为Al2O3的过程中会导致钢滴进入夹杂物内部,从而形成Al2O3包裹钢滴的夹杂物.     

不同碱度精炼渣系对弹簧钢夹杂物的影响

大颗粒不变形夹杂物是造成弹簧钢疲劳失效的主要原因。为了优化高级别弹簧钢55SiCr中夹杂物的组成、形态与分布,采用两次LF炉进站精炼方式,并在二次精炼过程中设计了两种不同碱度的渣系,通过氧氮分析仪、电子探针等检测手段对比分析两种工艺下钢中全氧含量、夹杂物尺寸与成分。结果表明,低碱度精炼渣使弹簧钢夹杂物成分趋近于Al2O3-SiO2-CaO系统中低熔点塑性化区间,但不利于大颗粒夹杂物的控制与消除;高碱度精炼渣使夹杂物的平均尺寸更小,分布更均匀,但夹杂物中Al2O3含量偏高;高碱度精炼渣有利于钢液的深脱氧,钢的洁净度更高,但需注意连铸过程中钢液的氧化。     

应用镁蒸气对模具钢中夹杂物变性的研究

D2冷作模具钢最常见的失效形式为磨损失效,改善夹杂物的数量、形态和分布能降低钢的磨损率.利用颗粒镁在高温下生成镁蒸气,并通过高纯氩气携带通入钢液中,考察了镁对钢中非金属夹杂物的变性效果.实验结果表明,镁蒸气通入钢液后,钢中非金属夹杂物尺寸明显变得细小,夹杂物的成分从单纯的Al2O3和Al2O3与Cr,Mo和V等合金氧化物的复合产物向富MgO的MgO和Al2O3复合夹杂物转变.铸态组织的观察结果表明细小夹杂物在钢液中的残存对于凝固和相变过程中钢的晶粒细化有利.     

精炼渣成分对高强度低合金钢中非金属夹杂物影响

采用渣钢平衡的实验方法研究了1600℃下不同碱度和不同Al2O3含量的强还原性精炼渣对高强度低合金钢中非金属夹杂物的影响.结果表明:渣钢反应平衡后,炉渣中CaO和SiO2的质量比为1.9～4.5、Al2O3质量分数为21%～33%,钢中夹杂物主要为球状的CaO-MgO-Al2O3-SiO2系,尺寸在5μm以下,炉渣成分对夹杂物的成分影响很大.夹杂物主要分布在SiO2含量一定的CaO-MgO-Al2O3-SiO2伪三元相图中1 400～1 500℃的低熔点区,随着炉渣碱度的提高和Al2O3含量的降低,部分夹杂物逐渐偏离低熔点区域,夹杂物的总数量逐渐减小.当渣中Al2O3质量分数为21.22%、碱度为3.27时,有大量夹杂物分布在高熔点区域,夹杂物的总数量最小.