不同脱氧方式对钢中夹杂物的影响

为控制钢液中氮含量,实验了两种不同脱氧方式:(Ⅰ)出钢过程加Al进行强脱氧;(Ⅱ)出钢时不加Al,加入Si--Mn合金进行弱脱氧,在LF进站再喂入Al线进行强脱氧.借助气体分析仪和扫描电镜对不同脱氧方式下钢中氧氮含量和夹杂物进行了分析.两种不同脱氧方式得到最终产品的全氧含量几乎一致,但方式(Ⅱ)对控制氮含量更为有利,可以使氮的质量分数降低约5×10-6;两种不同脱氧方式对最终产品中夹杂物的类型和尺寸影响不大,均为球状的CaS和CaO--MgO--Al2O3夹杂物.文中还推断出了采用Si--Mn弱脱氧时钢中夹杂物的生成过程.     

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.     

Al-Ti-Mg复合脱氧对钢中夹杂物及组织的影响

通过采用Fe-50%Ti、Ni-16.7%Mg和Fe-70.74%Si等合金对工业纯铁脱氧,研究了Al-Ti-Mg复合脱氧低碳钢中夹杂物的类型和尺寸分布规律以及钢的铸态组织.实验结果表明:Ti处理比未加Ti处理试样夹杂物总量增加400mm-2,而且夹杂物明显细化;Ti-Mg复合脱氧,钢中夹杂物的总量相对于Mg单独处理增加200 mm-2;Ti处理后,奥氏体晶粒内出现大量针状铁素体.对比而言,Al-Ti-Mg复合处理钢中针状铁素体分布最为均匀,无块状铁素体出现.     

Ti-Mg复合脱氧钢中夹杂物细化机制

为了探讨钢中细小夹杂物的形成机制,采用扫描电镜和能谱仪表征了钢中夹杂物的形貌、尺寸、成分及数量,理论计算了脱氧产物的生成优势区图,讨论了夹杂物长大的影响因素.钢中夹杂物的组成以MgO-A12 O3-TiOx为核心,表面包裹析出MnS,钢液中未发现单独的Al2O3和TiOx夹杂;夹杂物的形貌为近球形,平均尺寸为1μm左右,数量在1000 mm-2以上.镁含量较高的钢中含有少量以MgO-Al2O3和MgO为核心的夹杂物,不利于夹杂物的球形化,镁含量宜控制在50×10-6以下.镁的脱氧能力强,形核临界尺寸小、形核数量多以及钢液中镁、铝和钛复合脱氧的高熔点产物的特性有效地控制了钢中夹杂物的扩散与碰撞长大趋势.     

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%.     

AlMnCa合金脱氧和非金属夹杂物控制技术

在1873K下,MoSi2电阻炉内用70mm×100mmMgO坩埚和AlMnCa合金开展了3炉低碳低硅钢脱氧实验.结果表明,用1#AlMnCa脱氧后,钢中溶解氧和全氧含量均较低,终点全氧质量分数为37×10-6.用AlMnCa脱氧后钢中夹杂物大部分为球形的含有CaO的复合夹杂物.用AlMnFe脱氧后,钢中主要是Al2O3或Al2O3-MnO等构成的复合夹杂物,其形状仅有少量为球形.实验终点钢中89.1%的夹杂物尺寸小于10μm,无大于50μm的夹杂物.用1#AlMnCa在25t转炉上进行了6炉TGD07钢脱氧工业试验,脱氧后钢中氧质量分数平均为23.8×10-6,最低达到8×10-6.与未用...     

多元体系下镁处理钢中夹杂物研究进展

钢中刚性夹杂物对钢的品质有很大影响,采用镁处理可以对钢中有害夹杂物进行改性。本文总结了镁脱氧反应热力学与镁处理夹杂物动力学,镁处理钢中夹杂物研究进展以及镁加入方法。镁处理可明显改善钢中刚性夹杂物MOx(M=Al,Ti)的形状,将其由不规则形状改质为近似球形,尺寸明显减小,从而减轻了夹杂物在钢中的危害;钢液中加镁的方法主要为镁蒸气加入和镁合金方式加入,在实验室以及工业生产中取得了一定的进展。     

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.     

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。     

津西H型钢冶炼过程中夹杂物行为

通过津西钢铁公司H型钢冶炼过程中全氧和氮含量的变化分析了其对H型钢质量的影响,钢中的大型夹杂物和显微夹杂物的类型、形态等.利用体积率法计算了钢中各类型夹杂物的分布情况.钢水一次脱氧不彻底,钢中T[O]高,造成夹杂物多,夹杂含量波动为裂纹的形成埋下隐患;由中间包到铸坯,夹杂物的去除率约为40%左右;大部分夹杂物来源并不单一;铸坯中显微夹杂粒径较小,0～10μm的夹杂占64%以上,而大于20μm的夹杂约占20%.     

钛合金化过程对钢液洁净度的影响

重点考察了 Ti 合金化过程中影响 Ti 收得率的主要因素,并对比分析了 Ti 合金化前后夹杂物的物相变化及夹杂物的去除效果.控制氧活度 a[O]<350×10?6,Al、Ti 合金加入时间间隔大于3 min,可以保证 Ti 收得率>85%;当a[O]>350×10?6时,需控制 Al、Ti 合金加入时间间隔为5 min 以上.相同 a[O]和[Al]s 情况下,延长 Al、Ti 加入时间间隔可以有效提高 Ti 收得率. RH 处理过程中,钢包内当量直径>200μm 的 Al2O3夹杂物在5 min 内基本可以上浮去除,但相同尺寸的 A-Ti-O 复合夹杂的去除时间要比 Al2O3长1～2 min. Ti 合金加入后,Al2O3夹杂物周围会形成Al-Ti-O 的复合夹杂,这些夹杂物的形成降低 Ti 的收得率.     

超低氧车轮钢中TiN夹杂析出的热力学分析及控制

通过对高速车轮钢中TiN夹杂物析出进行热力学分析,得到了车轮钢的液相线和固相线温度及1873K时Ti、N的活度.对TiN生成反应和钢中Ti、N溶度积进行了计算.结果表明:TiN只能在固相中生成,但在本车轮钢Ti、N含量下,固相中也没有TiN生成的条件,只有在钢液凝固前沿,由于Ti、N在两相区的富集,TiN夹杂物的生成反应得以进行.因此,在生产中,适当提高连铸二冷的冷却速率,使钢液快速凝固,减少凝固前沿Ti、N的富集时间,可减少纯TiN的析出.对本实验车轮钢中TiN夹杂的检测结果进行计算分析可知,在正常生产时铸坯冷却速率条件下,将钢中Ti的质量分数控制在3.5×10-5以下、N的质量分数控制在3.1×10-5以下,理论上可以消除TiN夹杂物的析出,改善车轮钢的疲劳性能,提高车轮的使用寿命.     

非调质钢中钛脱氧产物析出行为

从氧化物冶金的观点从发,利用扫描电镜和图像分析仪研究了非调质钢加钛脱氧后钢液中夹杂物的形貌、组成和尺寸分布以及孕育时间对夹杂的影响,并考察了加钛前后钢的组织变化.结果表明:钛的脱氧产物都可成为硫化锰夹杂的形核核心;此类夹杂物呈细小弥散析出,适当的孕育时间可使夹杂细化;加钛后,钢的组织细化.     

钢中非金属夹杂物形态对其去除行为的影响

采用物理模拟手段研究球形、立方体、圆柱体、树枝状、团簇状等钢中常见形状夹杂物形状修正系数的差异性,并分析粒子表面形貌和运动取向对形状修正系数的影响.粒子的形状修正系数与阻力系数满足线性正相关,可以用形状修正系数评价粒子的上浮去除能力;在体积相同情况下,同类型夹杂物粒子的去除能力依次为树枝状(垂直)＜粗糙球形＜立方体＜圆柱(半经6mm)＜圆柱(半经4mm)＜树枝状(水平)＜团簇状(水平)＜光滑球形;粗糙表面的球形其表面积约为光滑球形的2倍,其形状修正系数同时增加2.1倍.简单粒子的形状修正系数受运动取向影响较小,复杂粒子则受运动取向影响较大,树枝状颗粒垂直上浮时的形状修正系数约为水平上浮时的2倍.     

Thermodynamic analysis of the compositional control of inclusions in cutting-wire steel

Data from a thermodynamic database and the calculation software FactSage were used to investigate the phase diagrams of the MnO-CaO-SiO₂-Al₂O₃ system in cutting-wire steel and the effects of oxide components on the low-melting-point (LMP) zone in the corresponding phase diagrams. Furthermore, the activities of oxide components in the quaternary system at an Al₂O₃ content of 25wt% were calculated. The contents of dissolved [Al] and [O] in liquid steel in equilibrium with LMP inclusions in the MnO-CaO-SiO₂-Al₂O₃ system were optimized. The results show that the MnO-CaO-SiO₂-Al₂O₃ system possesses the largest LMP zone (below 1400°C) at an Al₂O₃ content of 25wt% and that the CaO content should be simultaneously controlled in the range of 40wt% to 45wt%. The activities of the oxide components CaO, MnO, and SiO₂ should be restricted in the ranges of 0 to 0.05, 0.01 to 0.6, and 0.001 to 0.8, respectively. To obtain LMP inclusions, the [Al] and [O] contents in cutting-wire steel must be controlled within the ranges of 0.5×10-6 to 1.0×10-5 and 3.0×10-6 to 5.0×10-5, respectively.     

高硼钢中夹杂物形成热力学及实验研究

高硼钢冶炼过程中,洁净度的控制是提高冶炼质量的重要环节。分析了高硼钢熔体中氧化物和氮化物等夹杂物的形成条件。计算结果表明,硅的脱氧能力要强于硼,冶炼温度越低,氧含量越少;硼的脱氮能力要强于硅,同样冶炼温度越低,氮含量越少。通过高温实验,制备了高硼钢样品。夹杂物检测结果表明,1~4μm的夹杂物占总量的37%;4~8μm的夹杂物占总量的55%;大于8μm的夹杂物占总量的8%,主要是硅酸盐类夹杂,渣洗吸收了大部分夹杂物。探讨了提高高硼钢洁净度的方法,对实际冶炼高硼钢具有重要指导意义。     

低氧特殊钢中大尺寸DS类夹杂物生成机理

为了探讨低氧特殊钢中大尺寸DS类夹杂物的生成机理,通过ASPEX PSEM explorer自动扫描电镜对比分析国内外低氧特殊钢试样中夹杂物特征(国内、外试样各两个),发现国内试样中夹杂物平均尺寸大于国外试样,夹杂物的最大尺寸则数倍于国外试样：国内试样中夹杂物的最大尺寸分别为24.9和13.1μm,国外试样分别为7.6和7.5μm.对比国内外特钢试样中大尺寸与小尺寸夹杂物可发现二者成分基本相同,推断大尺寸DS类夹杂物可能是细小夹杂物碰撞长大而形成.通过分析大尺寸夹杂物的可能来源,在实验室通过高温共聚焦激光扫描显微镜观察夹杂物在钢中固/液相界面处的行为.结果发现,总氧降低至7×10-6时,尺寸5μm以下的微细夹杂物可被固/液相界面所捕捉,并在固/液相界面处发生碰撞、聚集、长大而生成大尺寸(>12μm) DS类夹杂物.     

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。