Al含量对Fe?10Mn?xAl (x = 0.035wt%, 0.5wt%, 1wt%, 2wt%)合金体系和CaO?SiO2?Al2O3?MgO精炼渣反应的影响

轻量化是世界汽车发展的方向,中高锰钢因高强、高塑、高加工硬化率等优异的力学性能引起了人们的很大关注。除Mn含量高外,该钢种通常含有较高的Al以降低材料密度、防止氢延迟断裂等。因合金含量高,钢液中的溶质元素和顶渣会发生较强的渣/钢反应,进而对钢液、顶渣、洁净度等产生重要影响。本文旨在研究不同Al含量的中锰钢与精炼渣的反应及其影响。本文采用渣/钢平衡的实验方法研究了不同Al 含量(0.035wt%, 0.5wt%, 1wt%, 2wt%)的Fe?10Mn?xAl 合金体系与CaO?SiO₂?20wt%Al₂O₃?6wt%MgO (CaO/SiO₂ = 4)精炼渣之间的反应,及其对钢液和炉渣成分、非金属夹杂物的影响;在实验基础上,对钢液和炉渣成分变化以及夹杂物转变进行了热力学分析与讨论。研究结果表明,渣/钢反应后,钢中Al含量显著降低,初始Al含量对反应后钢、渣的成分有重要影响。随着初始Al含量增加,钢中的Si和渣中的Al₂O₃逐渐增加,而渣中的SiO₂和MnO逐渐减少。造成该变化的原因是:随着初始Al含量增加,钢液中的Al逐渐替代Mn与渣中SiO₂反应,即渣/钢之间的主控反应由2[Mn] + (SiO₂) = 2(MnO) + [Si]转变为4[Al] + 3(SiO₂) = 2(Al₂O₃) + 3[Si]。随着初始Al含量增加,钢中夹杂物类型也发生很大变化,转变路线为:MnO → MnO?Al₂O₃?MgO → MgO → MnO?CaO?Al₂O₃?MgO 和 MnO?CaO?MgO,相应的夹杂物形状由球形变为不规则状,最后又变为类球形。其转变机理是:随着初始Al含量增加,钢中Al逐渐替代Mn与渣中SiO₂反应,且Mg、Ca依次从渣中还原进入钢液,故而夹杂物类型发生上述转变。