U75V重轨钢生产过程中非金属夹杂物的行为演变

为了研究重轨钢全流程非金属夹杂物的行为演变,进一步控制重轨钢中夹杂物,提高产品质量。以U75V重轨钢为研究对象,通过对LF-VD-CC工艺重轨钢生产全流程系统取样,结合氧氮分析、钢液成分分析、非金属夹杂物分析以及热力学计算,从夹杂物化学成分、数量及尺寸等方面研究其演变过程。结果表明,U75V重轨钢生产全流程氧氮含量持续降低,最终TO、[N]质量分数分别约为0.001 0%和0.004 0%;LF进站主要为MnO-SiO_2-Al_2O_3型夹杂物,为脱氧产物;LF精炼化渣后,MnO-SiO_2-Al_2O_3型夹杂物转化为CaO-SiO_2-Al_2O_3型夹杂物,BaCaSi和FeSi等合金辅料带入的Ca、Als是产生该结果的主要原因;LF离站时主要为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO型夹杂物,夹杂物中CaO和MgO含量增加;VD精炼过程CaO-Al_2O_3-MgO型夹杂物基本消失,VD破空至铸坯中主要为CaO-SiO_2-Al_2O_3型夹杂物;钢轨中镁铝尖晶石类夹杂物比例增加,为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO型夹杂物,热力学计算结果表明钢轨中尖晶石类夹杂物为降温冷却过程中形成,且计算值与实际值总体吻合。     

20CrMnTiH齿轮钢凝固和冷却过程中非金属夹杂物的转变研究

非金属夹杂物的类型、数量、尺寸对齿轮钢的疲劳性能具有重要影响。为了明确20CrMnTiH齿轮钢在凝固和冷却过程中夹杂物的转变和析出行为,通过Aspex自动扫描电镜对齿轮钢连铸过程中非金属夹杂物的类型、数量、尺寸等进行系统分析。研究发现,中间包内钢液中氧化物夹杂的主要类型为Al_2O_3-CaO-MgO和Al_2O_3-CaO-CaS型,铸坯中氧化物夹杂的主要类型转变为Al_2O_3-MgO和Al_2O_3-CaS型。齿轮钢钢液在凝固和冷却过程氧化物夹杂中CaO向CaS转变,夹杂物的数密度降低,平均尺寸略有增加。通过热力学软件FactSage 7.1计算了中间包内钢液在凝固和冷却过程中夹杂物的形成和转变,对齿轮钢在凝固和冷却过程夹杂物的转变提供了理论依据。     

含硫齿轮钢凝固冷却过程中非金属夹杂物的转变研究

钢中非金属夹杂物对钢的性能有很大的影响。在连铸过程中,随着温度的降低,钢液冷却凝固,钢与夹杂物之间的热力学平衡发生移动,从而导致夹杂物平均成分的转变。因此,研究钢液凝固和冷却过程中夹杂物的转变是有意义的。以20CrMnTiH含硫齿轮钢为研究对象,用热力学和工厂试验研究了钢液凝固和冷却过程中夹杂物的演变。结果表明,中间包钢样和连铸坯中夹杂物都以Al_2O_3-Ti_2O_3-MgO-CaO-CaS型夹杂物为主,但连铸坯中夹杂物中CaO含量明显低于CaS含量。这与凝固冷却过程的热力学计算得出的CaO夹杂物的转变规律一致。但由于热力学和动力学条件的不足,计算得出的夹杂物平均成分与实际检测值仍存在一定差异。     

Q345钢液凝固及铸坯冷却过程中非金属夹杂物的组成演变

Q345钢生产过程中通过钙处理改性夹杂物,中间包钢水中夹杂物为钙铝酸盐包裹镁铝尖晶石的结构,平均成分为45.71%Al_2O_3-40.22%CaO-6.50%MgO-6.60%CaS-0.97%SiO_2。连铸坯冷却凝固过程,夹杂物发生转变,连铸坯表层冷却速度快,相转变来不及发生,夹杂物成分与中间包钢水中相差不大。连铸坯内弧1/4处夹杂物转变为CaS和MnS包裹镁铝尖晶石的结构,忽略MnS归一化后的平均成分为56.00%Al_2O_3-9.28%CaO-9.07%MgO-25.06%CaS-0.58%SiO_2。从连铸坯边部到中心,夹杂物Al_2O_3和CaS含量显著升高,CaO含量显著降低,夹杂物中硫化物面积分数从边部的0.000 01%升高至中心的0.002 9%,表明硫化物在连铸坯冷却凝固过程中大量析出。采用Factsage 7.0热力学软件计算了Q345钢冷却凝固过程夹杂物的转变,结果与夹杂物检测结果变化趋势一致,且小尺寸夹杂物因动力学上转变更充分而与计算结果更接近。     

重轨钢脱氧过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

为了对重轨钢脱氧及夹杂物控制进行热力学研究,结合实际生产以及FactSage热力学软件,分析了U75V重轨钢复合脱氧及相应工艺条件下夹杂物的生成情况。研究结果表明,重轨钢生产过程中,随着脱氧反应的进行以及脱氧平衡的移动,钢中溶解氧含量不断降低,夹杂物成分由SiO_2-MnO向SiO_2-MnO-Al_2O_3及CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO不断转变,最终夹杂物组成为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO;纯铁液的脱氧热力学和实际钢液存在较大差距。因此,不能采用纯铁液的脱氧热力学指导实际生产,且目前实际钢液的脱氧热力学没有系统化,需要进行深入研究;此外,考虑重轨钢脱氧的同时,必须结合夹杂物控制,须在保证脱氧效果的同时,不影响夹杂物的去除效率且防止生成大尺寸夹杂物。     

SWRCH22A冷镦钢凝固冷却过程中非金属夹杂物的变化

非金属夹杂物类型、数量、尺寸、形貌对SWRCH22A冷镦钢开裂有重要的影响。为了研究SWRCH22A冷镦钢凝固冷却过程中非金属夹杂物的转变,通过Aspex夹杂物自动分析仪对连铸过程钢中非金属夹杂物类型、数量、尺寸、形貌进行观察。研究发现,实际生产中,中间包钢液中夹杂物主要为Al_2O_3-CaO类夹杂物,而铸坯中夹杂物主要为MgO-CaO-Al_2O_3-CaS夹杂物,连铸过程中夹杂物从Al_2O_3-CaO转变为MgO-CaO-Al_2O_3-CaS。铸坯中夹杂物数密度和面积分数小于中间包中夹杂物数密度和面积分数。此外,通过FactSage热力学计算软件计算了SWRCH22A冷镦钢凝固冷却过程中夹杂物的转变相图和成分,为连铸过程钢中夹杂物的转变提供理论解释。     

高碳钢82B微镁处理工艺研究

以生产钢绞线用高碳钢82B为研究对象,研究了镁处理对于高碳钢中夹杂物的改性效果。研究表明,高碳钢82B经过镁处理后,钢中的非金属夹杂物成分和尺寸均发生明显变化。夹杂物由镁处理前的CaO-SiO_2-Al_2O_3系复合夹杂物转变为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO系,夹杂物中SiO_2含量明显降低。随着钢中Mg含量的增加,盘条中小于3μm的夹杂物数量显著增加,大于5μm的夹杂物数量显著降低。镁处理后盘条的抗拉强度提高了17%左右。热力学计算表明,夹杂物中MgO含量增加可扩大夹杂物液相区面积,但MgO质量分数不宜高于22%。因此,依靠镁处理工艺来细化钢中的夹杂物,可以显著降低高碳钢盘条拉拔过程中非金属夹杂物的危害,生产出高质量的钢绞线产品。     

EH36船板钢生产过程中夹杂物成分的变化

对采用"BOF→LF→RH→CC"工艺生产EH36船板钢过程中的夹杂物进行了研究。用SEM-EDS分析了试样中的夹杂物形貌和成分,用FactSage软件计算了夹杂物的析出情况。研究表明:LF进站钢液中夹杂物主要为SiO_2,试样中的MnS是在试样凝固过程中形成的。Ca处理后,液态夹杂物数量增多。经过RH处理后,夹杂物中Al_2O_3含量升高,CaO和MgO含量降低。中间包钢液中夹杂物的Al_2O_3含量降低,CaO含量升高,夹杂物与渣发生反应,使夹杂物成分向低熔点区靠近。中间包渣中SiO_2含量较高,与钢中Al发生反应,使钢液中Si含量升高,Al含量降低。钢液凝固过程中发生成分偏析,使铸坯中夹杂物的S含量明显升高,Al_2O_3含量升高,CaO含量降低。在铸坯中形成了CaO和Al_2O_3比例不同的钙铝酸盐夹杂物以及Al_2O_3夹杂物,且部分钙铝酸盐表面形成CaS。     

LF-VD-CC生产过程304不锈钢 全氧和夹杂物分析

对采用"LF-VD-CC"工艺路线生产的304奥氏体不锈钢精炼过程全氧和夹杂物进行了分析。结果表明,随着LF-VD-CC过程进行,304钢液中全氧含量、夹杂物数量密度和夹杂物平均尺寸呈逐渐减小的趋势。整个精炼过程,夹杂物类型都为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO,VD后跟LF出站相比,夹杂物中Al_2O_3和MgO含量都有一定的增加。到连铸中间包后,夹杂物中Al_2O_3和MgO含量明显增加,CaO含量明显降低,主要跟温度降低有关,试验结果跟热力学计算结果有较好的一致性。     

中间包二次氧化对304不锈钢洁净度的影响

为了提高304不锈钢的洁净度水平,对中间包二次氧化过程中TO含量与氮含量,以及夹杂物成分、数密度、平均尺寸和面积分数的变化进行了分析。研究表明,LF出站时钢中夹杂物主要为CaO-SiO_2-Al_2O_3,由于开浇时钢液发生了二次氧化,钢中生成大量小尺寸的高MnO夹杂物,夹杂物主要成分转变为Al_2O_3-SiO_2-MnO;同时,夹杂物面积分数升高,数密度增大,平均尺寸减小。随着浇铸过程的进行,由于二次氧化影响较小,夹杂物由SiO_2-Al_2O_3-MnO逐渐转变为CaO-SiO_2-Al_2O_3,夹杂物的数密度、面积分数逐渐减小。通过热力学计算得出,随着二次氧化吸氧量的增加,夹杂物中MnO含量持续增高,导致大量Al_2O_3-SiO_2-MnO夹杂物生成。     

高端抗硫管线钢非金属夹杂物研究

采用扫描电镜和大样电解等检验方法对抗硫管线钢的冶炼过程试样和连铸坯中夹杂物的数量、尺寸、成分、形貌进行系统分析。结果表明:钢液经过LF精炼后,显微夹杂物的面积比降低了34.7%;中间包钢液的夹杂物面积比较VD出站增加了6.1%。LF进站钢液中的夹杂物主要为Al_2O_3夹杂物,在LF精炼和VD真空处理过程中由于钢渣间的相互作用,形成以CaO、MgO、Al_2O_3为主要组成的复合型夹杂物。钙处理后夹杂物中的CaO和Al_2O_3的物质的量比接近12∶7,并与钢液发生了脱硫反应,形成了含CaS的复合夹杂物。中间包开浇阶段铸坯中的显微夹杂物和大型夹杂物都明显高于稳定浇铸状态;在稳定浇铸状态下,铸坯中的w(T[O])小于15×10~(-6),大型夹杂物的含量小于0.2 mg/kg;大型夹杂物的主要来源是钢包引流砂、结晶器保护渣。     

不同碱度低氧化铝精炼渣对弹簧钢夹杂物成分的影响

为了优化55SiCrA弹簧钢中夹杂物的组成和形态,采用热力学软件Factsage分别研究了CaO、SiO_2含量对CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO与CaO-SiO_2-Al_2O_3-MnO系相图低熔点区域面积的影响,研究结果表明:随着CaO和SiO_2含量的增加,CaO-SiO_2-Al_2O_3-MnO系相图低熔点区域面积分数逐步增大;在CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO系中,当CaO的质量分数为40%,SiO_2的质量分数为50%时,对应相图的低熔点区域面积最大。同时,研究了不同碱度的精炼渣对钢样中夹杂物的影响,结果表明:当精炼渣的Al_2O_3含量相同时,随着精炼渣碱度的增大,夹杂物中Al_2O_3的含量不断增加,其成分逐渐偏离低熔点区域。当精炼渣中Al_2O_3的质量分数为8%,碱度为1.2时,可得到低熔点的塑性夹杂物,形貌多为球形,尺寸在5μm以下。     

2205双相不锈钢连铸过程中夹杂物的形成机制

为了研究2205双相不锈钢连铸过程中夹杂物的特征及形成机制,从2205双相不锈钢连铸中间包和板坯上分别取试样,利用扫描电镜分析夹杂物的类型及形貌特征,并结合热力学计算探讨夹杂物的演变规律及其形成原因。结果表明,2205双相不锈钢中间包中存在大于10μm的夹杂物,中间包中夹杂物类型主要为CaO-Al_2O_3和CaO-Al_2O_3-MgO球形夹杂物,板坯中夹杂物尺寸都小于10μm,板坯中CaO-Al_2O_3和CaO-Al_2O_3-MgO球形夹杂物外面包裹了一层TiN。错配度和热力学计算表明凝固过程中CaO-Al_2O_3和CaO-Al_2O_3-MgO球形夹杂物为TiN的析出提供了形核质点。     

Q235钢中夹杂物演变规律和生成机理分析

 为了更好地控制Q235钢中非金属夹杂物的种类和数量,提高钢的冲击韧性,采用自动扫描电镜分析了Q235钢中非金属夹杂物在LF精炼、中间包和连铸坯中成分和形貌的演变规律。采用FactSage热力学软件对钢中各类夹杂物的生成机理进行了分析。研究发现,钢中非金属夹杂物的演变规律为均相的SiO₂-MnO夹杂物→均相的SiO₂-Al₂O₃-MnO-TiO_x夹杂物→双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物→多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。样品冷却过程中均相的SiO₂-MnO夹杂物发生相变析出纯SiO₂导致在LF精炼初期钢中出现双相SiO₂-MnO类夹杂物。加入的硅钙钡合金中铝含量较高,导致液态夹杂物在钢液中析出MgO·Al₂O₃,以及在LF出站钢样品中出现双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物。含钛的夹杂物在连铸坯凝固冷却过程会析出纯的Ti₃O₅,并且钢中还会析出MnS析出相,因此连铸坯中存在多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。     

"BOF→LF→RH→钙处理→CC"工艺生产管线钢过程夹杂物演变

对"BOF→LF→RH→钙处理→CC"工艺生产X70管线钢过程的夹杂物行为演变进行了研究。发现LF精炼过程夹杂物由多面体Al_2O_3转变为球形的MgO-Al_2O_3-CaO-CaS复合夹杂。RH精炼过程夹杂物成分变化不大,但是夹杂物数量和尺寸都减小。钙处理后,夹杂物中的CaO和CaS含量增加,w(CaO)/w(Al_2O_3)增大,平均成分偏离低熔点区。在连铸过程由于二次氧化导致钢中Al_s和T.Ca含量降低,同时中间包夹杂物中CaO和CaS含量有所降低,夹杂物数密度和最大尺寸都有所增加,应加强浇铸过程的保护浇铸,以更好地保证钙处理效果。由于降温过程钢-夹杂物之间平衡的移动,夹杂物由中间包中液态的CaO-Al_2O_3转变为铸坯中的以Al_2O_3-CaS和MgO-Al_2O_3类型为主的高熔点夹杂物。     

SPHD钢中夹杂物在RH-CC工序 的演变规律

以SPHD钢在BOF-RH-CC工艺生产过程中夹杂物的演变为研究对象,分析了从精炼出站到连铸过程钢中T. O、[N]的变化情况,研究了夹杂物数量、尺寸分布以及成分演变规律.结果表明:从RH精炼出站到中间包,钢中T. O和[N]含量增加,单位面积夹杂物数量升高,钢水因二次氧化产生了Al_2O_3夹杂.夹杂物尺寸变化主要集中在10μm以下的夹杂物,其中小于5μm夹杂物所占比例降低,5～10μm夹杂物所占比例增多,钢包与中间包之间的保护浇铸需要加强.部分Al_2O_3夹杂可转变为低熔点且易被去除的CaO-MgO-Al_2O_3系或CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系等复合夹杂,铸坯内夹杂物主要以Al_2O_3,Al_2O_3-SiO_2,CaO-SiO_2以及CaO-Al_2O_3-SiO_2等形式存在,也有附着少量MnS的Al_2O_3夹杂.     

IF钢生产过程中Al-Ti-Mg-O类夹杂物的演变行为

采用扫描电镜和热力学分析,对IF钢生产过程中Al-Ti-Mg-O类夹杂物的成分、尺寸和形貌的特征及演变行为进行了研究。结果表明,RH脱氧后夹杂物主要为纯Al_2O_3,合金化以后到浇铸成连铸坯的过程中夹杂物中Al_2O_3占比不断减小,含Ti类和含Mg类夹杂物占比不断增加;纯Al_2O_3夹杂尺寸较大,含Ti夹杂物尺寸较小。在热力学平衡条件下,钢中的夹杂物应为Al_2O_3稳定存在,但二次氧化和局部Ti浓度的升高促进了TiO_x的生成。夹杂物中TiO_x含量的增加,将会降低Al-Ti-Mg-O类夹杂物熔点。     

DP590钢夹杂物在精炼及浇铸过程中的演变行为

围绕某钢铁企业生产的DP590钢中非金属夹杂物在精炼及浇铸过程中的演变行为,采用氧氮分析、显微夹杂统计及SEM-EDS能谱分析等手段进行了系统深入的研究。利用Fact-Sage软件计算并绘制了1 600℃时CaS-CaO-Al_2O_3三元相图,分析了精炼和连铸过程中夹杂物在CaS-CaO-Al_2O_3三元相图中的演变行为。研究发现,在该厂现行工艺条件下,LF喂钙处理可降低钢中的全氧含量和非金属显微夹杂含量。转炉炉后出钢至精炼出站全氧含量降低了27×10~(-6),非金属显微夹杂物含量减少了54.5%。稳态连铸坯中的氧、氮含量和显微夹杂含量较低。LF精炼喂钙线之前显微夹杂的主要成分为Al_2O_3。在LF精炼钙处理后,中间包及连铸坯中发现了大量的球形Ca O-Al_2O_3类夹杂,这表明钙处理效果良好,实现了将Al_2O_3夹杂物变性的目的。热力学计算结果表明钙处理过程中夹杂物的演变行为为Al_2O_3→Al_2O_3+CaO·6Al_2O_3+CaS→Al_2O_3+CaO·2Al_2O_3+Ca S(Ca S较多,Ca O较少)→Al_2O_3+CaO·2Al_2O_3+CaS(CaS较少,CaO较多)。     

轴承钢水口结瘤与棒材中大型夹杂物关系研究

针对南钢轴承钢棒材样上无规律性出现的大型夹杂物问题,采用扫描电镜、X射线荧光光谱(XRF)和X射线衍射(XRD)分析仪在对棒材样上大型夹杂物和水口结瘤物成分、形态对比分析基础上,利用热力学计算,研究了钢水及精炼渣成分、包衬耐材与钢水中夹杂物存在形态的热力学关系。研究得出,水口中堆积的尺寸小于10μm颗粒状MgO·Al_2O_3和CaO-Al_2O_3(-MgO)高熔点结瘤物的脱落,是棒材上大尺寸长条状夹杂物的来源;现工艺条件的钢水及钢包渣成分,使MgO·Al_2O_3夹杂物在钢水中能稳定存在,为水口结瘤提供了夹杂物来源;控制浇铸过程钢包水口下渣及减少中间包耐材的侵蚀是控制轴承钢随机性大型夹杂物的关键。     

精炼渣碱度对弹簧钢夹杂物的影响研究

为了评价不同精炼渣对弹簧钢中夹杂物数量、组成、尺寸及形态的影响,在EAF→LF→RH→CC工艺流程下,设计了两种不同渣系,通过全氧分析、渣样分析、夹杂物分析等手段评价了两种精炼渣全氧及夹杂物控制水平。研究表明,相对于低碱度渣(1.0),高碱度渣(1.7)有利用钢水脱氧、脱硫,钢水全氧含量更低;不同碱度情况下,钢中夹杂物类型基本相同,主要由MnS、CaO-SiO_2-Al_2O_3、Al_2O_3-MgO、CaS-MnS、TiS-MnS等夹杂物所组成,低碱度精炼渣钢中MnS与CaO-SiO_2-Al_2O_3夹杂物数量显著多于高碱度精炼渣;高碱度渣的钢中A类、B类和D类夹杂物控制更好;从夹杂物控制水平考虑,采用碱度1.7的精炼渣更为合适。