铝液氧化夹杂物DMIRF—Ⅱ法检测原理及分析

ＤＭＩＲＦ－Ⅱ法是一种新的铝液氧化夹杂物检测方法．推导并验证了 ＤＭＩＲＦ－Ⅱ法的Ｗ－ｔ检测原理方程．理论分析了影响测试结果分辨率的诸因 素．试验研究表明，真空度和滤片面积是影响检测系统重复性和分辨率的 主要因素．并采用了计算机回归处理技术，为半定量快速检测夹杂提供了 一种研究方法．该法对现场检测的应用研究具有重要指导意义．     

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.     

钢液铝脱氧早期形成的Al2O3夹杂

钢液铝脱氧过程产生的高熔点非金属夹杂物Al_2O_3对钢材性能危害较大,因此对其数量和尺寸控制变得十分重要。本文通过设计高温激光共聚焦显微镜实验对早期形成的Al_2O_3夹杂物进行研究,通过场发射扫描电镜FESEM和能谱EDS对高温激光共聚焦显微镜制备的试样中的夹杂物进行观察与分析,发现大量纳米尺寸Al_2O_3夹杂物,尺寸在100 nm以下。同时,研究了冷却速率对早期形成Al_2O_3夹杂物的影响,结果表明:冷却速率越大,夹杂物的数量越少,尺寸越细小。     

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.     

铝高速工具钢中夹杂物的研究

利用金属块样，电解萃取夹杂样，通过定量金相，扫描电镜及化学分析方法对比了Ｍ２Ａｌ和Ｍ２高速工具钢中夹杂物形态、数量、大小及分布。结果表明Ｍ２Ａｌ中由于铝的加入，使夹杂物的数量、大小及分布不均匀性都有明显的增加，夹杂物的增加主要是由铝的氧化物及其复合物的增加所致。     

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.     

精炼渣碱度对304不锈钢中夹杂物的影响

实验室条件下模拟304不锈钢冶炼中的AOD工位,采用硅铁做终脱氧剂,选择CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2五元渣系,考察了精炼渣碱度对304不锈钢中夹杂物的影响.实验中发现,随精炼渣碱度的增大,钢中全氧质量分数降低,夹杂物的总数、总面积和平均半径减小,说明高碱度渣对304不锈钢中的脱氧产物吸附以及对细小夹杂物的生成有利;碱度大于2的精炼渣处理效果明显优于碱度为1.5的实验渣系,建议现场采用碱度大于2的渣系处理钢液.     

拉速对板坯结晶器钢液流动及夹杂物运动影响的数学模拟

连铸坯的表面和内部缺陷与结晶器内钢液的流动及夹杂物运动密切相关,因此本文以浇铸截面230mm×1 800 mm的双孔型水口板坯结晶器为研究对象,采用了数学模拟的方法研究了在4种不同拉速下板坯结晶器内钢液流动以及夹杂物运动的影响。结果表明:在双孔型水口结构条件下,最优拉速为0.7 m/min,有10.77%永久夹杂去除率。     

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.     

高温纯铁熔体中外加氧化铝纳米粉的研究

在工业纯铁熔体中加入纳米Al2O3颗粒,熔炼后得到铸锭试样. 用扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)研究了铸锭金相试样中夹杂物的存在状态及成分. 采用非水溶液电解法分离、收集铸锭中的非金属夹杂物,用SEM及EDS分析了夹杂物的形貌、大小和元素组成. 结果表明,外加的纳米Al2O3颗粒能够在纯铁熔体中稳定存在,并与杂质元素所生成的夹杂物发生复合,复合夹杂物的尺寸为5～10 μm. 纳米Al2O3颗粒一般存在于复合夹杂物的内部. 未发现纳米Al2O3团聚烧结成大于10 μm颗粒的现象. 从热力学和颗粒运动行为方面进一步分析了纳米Al2O3在纯铁熔体中的稳定性和团聚烧结成大颗粒的可能性.     

铝含量对TWIP钢中夹杂物特征及AlN析出行为的影响

采用扫描电镜、X射线能谱仪以及扫描电镜配置的夹杂物自动扫描统计软件(INCAFeature)表征了Fe-Mn-C(-Al)系TWIP钢中夹杂物的成分、形貌和数量,考察了Al质量分数在0.002%~1.590%的四种TWIP钢中夹杂物的特征和Al含量对AlN析出行为的影响.并在此基础上,采用了适合TWIP钢中高锰高铝特点的热力学参数对AlN夹杂物进行了系统的热力学分析.研究表明,在含有相似N质量分数(0.0078%~0.0100%)的TWIP钢中,当钢中Al质量分数升高至0.75%时,AlN夹杂物开始在钢中析出,并在MnS(Se)-Al2O3上局部析出形成MnS(Se)-Al2O3-AlN复合夹杂;当Al质量分数升高至1.07%时,热力学计算表明AlN已经可以在TWIP钢液相中形成,经不断长大后在MnS(Se)夹杂物表面局部析出形成MnS(Se)-AlN复合夹杂物;在Al质量分数为1.59%的TWIP钢中,AlN的平衡析出温度比其液相线温度高出42 ℃,在液相中形成的AlN可以作为异质核心,MnS(Se)夹杂在其表面包裹形成MnS(Se)-AlN复合夹杂物.另外,在Fe-18.21%Mn-0.64%C-1.59%Al体系的TWIP钢中,AlN在液相中析出所需的最低氮的质量分数仅为0.0043%.因此,在TWIP钢的冶炼过程中,应尽可能的降低钢中的氮含量,避免生成过量的AlN夹杂.     

纯铁液凝固过程的分子动力学模拟

为了研究纯铁熔液体系在凝固过程中的演变行为,采用分子动力学方法和带有范德瓦尔斯项的长程F-S势函数对液态Fe凝固过程的结构和能量演变进行模拟。径向分布函数、原子均方位移函数和Fe原子的聚集状态变化图像显示,凝固过程是Fe原子由无序向短程有序再向长程有序的变化过程,其中的短程有序结构可能是Fe原子组成的团簇结构;凝固过程中体系的总能量变化呈逐渐降低,Fe单质完美晶体的凝固温度约为2400 K。     

保温时间对钢中氧化物夹杂的数量及尺寸的影响

本文研究了低碳钢加铝脱氧后保温期间钢液含铝量、含氧量的变化规律以及炉内保温时间对钢液及钢锭中形成的氧化物夹杂的数量、尺寸及分布的影响。     

BOF-LF-CSP工艺低碳铝镇静钢精炼过程的夹杂物变化

对BOF-LF-CSP工艺生产低碳铝镇静钢精炼过程连续密集取样,运用ASPEX扫描电镜统计分析了夹杂物成分、尺寸分布和数量变化.发现喂铝线后夹杂物数密度和面积分数都急剧增加.精炼20 min至钙处理前软吹期间,夹杂物数密度变化不大,但夹杂物面积分数却明显下降.精炼结束时主要为含有少量CaO的MgO-Al2O3尖晶石类夹杂.钙处理后,夹杂物数密度和面积分数都有增加,主要为钙铝酸盐和由于喂入过量钙生成的CaS夹杂.     

应用DLA模型模拟钢中夹杂物集团凝聚

为探索钢水中大量粒子的凝聚过程,应用分形理论的DLA模型,对粒子集团凝聚行为进行了模拟研究. 结果表明,模拟得到的凝聚体与钢中簇状类型夹杂物的形状相似. 根据分形理论可以认为它们的凝聚过程遵守同一规则. 大量粒子凝聚时先是各自凝聚成小集团,然后再合并成大集团. 形成相等尺寸的粒子集团所需时间不同,初始条件相同形成的粒子集团形状不同. 粒子凝聚速度随其移动步长和粒子浓度增大而加快,夹杂物粒子平均移动步长主要受钢水粘度和粒子尺寸影响. 粒子集团大小分布随凝聚时间和粒子平均移动步长而变化.     

熔渣中铁离子的循环伏安分析

研究了电解池配置及测试参数对含FeO熔渣循环伏安曲线稳定性的影响,初步考查了熔渣中Fe2+还原行为。结果表明:采用ZrO2(MgO)管作隔离膜,集成构建含有Pt,O2(air)/ZrO2参比电极的新型管状电解池进行循环伏安测试,能清楚地观察到熔渣体系中的氧化还原峰和电化学特性,但参比电极位置、电阻补偿率、工作电极在渣中的插入深度等对循环伏安曲线有一定影响;熔渣中Fe2+的电解还原过程由扩散控制。     

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.