含钛焊丝钢ER70S-G夹杂物演变分析

为开发含钛焊丝钢ER70S-G,对其冶炼过程中夹杂的数量、尺寸和类型进行研究。研究发现:在精炼过程中,钢中当量直径夹杂物的数目呈现逐渐降低的趋势;到中间包时,当量直径(5μm)夹杂物数目已经从包样的19.78个/mm2减少到1.66个/mm2;精炼过程夹杂物的平均直径呈逐渐降低的趋势,平均直径为2.05μm;精炼初期,钢中夹杂物类型主要是MnO-SiO_2夹杂,到加钛铁前,钢中的主要夹杂物转变为Ca O和Mg O,从加钛铁后到中间包期间,Al2O3-Ti_2O_3-Mg O系夹杂是钢中的主要夹杂物。     

低碳铝镇静钢LF精炼过程钢中非金属夹杂物的研究

对LF精炼过程低碳铝镇静钢水中非金属夹杂物的变化进行了研究,发现在采用高碱度、强还原性炉渣条件下,Al2O3类夹杂物先向MgO-Al2O3系夹杂物并进而向CaO-MgO-Al2O3系夹杂物和CaO-CaS-Al2O3系夹杂物转变。在LF精炼结束时,钢中已基本没有对钢水可浇性影响最大的Al2O3系夹杂物,因此可以减少LF精炼后对钢水进行钙处理用的钙线量,以降低生产成本并减少由于钙处理而生成的大尺寸钙铝酸盐夹杂物的数量。     

超低氧石油套管钢LF-VD过程非金属夹杂物的转变

系统分析和研究了采用“EAF→ LF→VD→CC”工艺流程生产试验钢时,各工序的全氧与氮含量的变化情况、钢液中非金属夹杂物的生成与变化以及精炼初渣对夹杂物去除的影响.结果表明:试验钢在LF精炼过程中w(T.O)平均下降42.83％,经VD真空处理后w(T.O)和w(N)平均下降48.77％和10.72％.在LF精炼过程中,钢液中非金属夹杂物按“Al2O3系夹杂物→MgO-Al2O3系夹杂物→CaO-MgO-Al2O3系夹杂物”顺序转变,其中MgO-Al2O3系夹杂物向CaO-MgO-Al2O3系夹杂物转变是由外向内逐步进行,并且夹杂物中CaO与MgO互不相溶.精炼初渣碱度控制在2.5左右对于炉渣吸收夹杂较为有利.     

28MnCr5冶炼过程钢中夹杂物的变化情况研究

通过SEM、EDS和大样电解试验对28MnCr5冶炼过程中夹杂物的大小、形貌、数量进行了分析。结果表明：LF精炼后夹杂物多为钙镁铝氧化物及硫化钙夹杂,夹杂物的尺寸较小,多为1μm～3μm,形状为方形。经VD处理后,较LF阶段夹杂物尺寸增大,夹杂物的组成多是钙镁铝尖晶石类及MnS夹杂。连铸过程中夹杂物的成分主要为MgO-Al2O3-MnS-MnO系夹杂物,夹杂物多呈圆形,其尺寸在3μm～6μm。通过大样电解发现大部分大型夹杂物都是多元复合夹杂物,颗粒粒径多在100μm以上,对钢材性能影响极大。     

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。     

齿轮钢中非金属夹杂物控制技术研究

为了降低钢的T[O]含量和生成较低熔点的非金属夹杂物以改善合金结构钢的抗疲劳破坏性能,在炉外精炼中采用了高碱度和高Al2O3含量的渣系.研究发现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,在炉渣Al2O3含量低于25%时,T[O]随炉渣Al2O3含量减少而降低,而当炉渣Al2O3超过25%后,T[O]则随炉渣Al2O3含量增加而降低.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-Al2O3系夹杂物向CaO-MgO-Al2O3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,因而致使LF结束时钢中仍存在许多尚未转变的Mgo-Al2O3系夹杂物.钢液T[O]对夹杂物转变有显著影响,降低T[O]含量有利于生成较低熔点的CaO-MgO-Al2O3系夹杂物.     

超低氧特殊钢中非金属夹杂物研究

针对超低氧含量特殊钢中大型非金属夹杂物问题开展了相关工业试验和实验室研究,研究结果表明:1)当钢液w(T.O)低于(13~15)×10~(-6)后,通过LF精炼进一步降低钢液总氧和夹杂物含量变得困难。而RH真空精炼在钢液超低氧含量条件下则具有非常强的进一步降氧和去除夹杂物的能力,将RH精炼时间延长至33 min左右,钢液w(T.O)降至4.7×10-6,尺寸1.5μm以上夹杂物数量减少至1.77个/mm~2。2)超低氧特殊钢中夹杂物在钢液二次精炼过程会经历"Al_2O_3→MgO-Al_2O_3→CaO-MgOAl_2O_3→CaO-Al_2O_3"转变,其中Al_2O_3向MgO-Al_2O_3系夹杂物转变是由于钢液[Mg]与Al_2O_3夹杂物的反应,而[Mg]主要来源于[Al]还原钢包包衬MgO的反应。3)在w(T.O)=5.9×10-6的特殊钢连铸圆坯试样中检测到尺寸100~330μm的大型簇群状CaO-MgO-Al_2O_3系夹杂物,构成簇群的微小颗粒与钢液中微小夹杂物类似,表明是在连铸过程由钢液中微小夹杂物聚合而成。4)经过RH精炼,钢中夹杂物绝大多数已转变为液态CaO-Al_2O_3系夹杂物,而连铸过程发生的二次氧化,会将钢中夹杂物转变为高熔点的CaO-Al_2O_3系、MgO-Al_2O_3系或CaO-MgO-Al_2O_3系固态夹杂物,固态夹杂物更易聚合为大型夹杂物,因此在超低氧特殊钢生产中必须非常严格地控制二次氧化。     

不同钢种炉外精炼钙处理工艺的选择

 为了优化不同钢种的LF精炼钙处理工艺，研究了高强结构钢、低碳结构钢、焊瓶钢、耐磨钢、高碳钢在LF精炼及钙处理过程中夹杂物的演变机理。结果表明,渣 钢反应时间越长，钙处理前的夹杂物变性越彻底。钙处理前焊瓶钢夹杂物以Al2O3为主，高强结构钢、低碳结构钢夹杂物以MgO Al2O3 CaO复合夹杂为主；高碳钢、耐磨钢夹杂物以低熔点的Al2O3 CaO夹杂为主。钙处理工艺会增加钢液中夹杂物数量及尺寸。控制Al2O3 SiO2 MnO复合夹杂物的关键是避免LF精炼中后期进行硅锰合金化。综合考虑各方面因素，建议焊瓶钢增加当前的钙线喂入量，高强结构钢、低碳结构钢使用轻钙处理工艺，高碳钢、耐磨钢取消钙处理工艺。     

37Mn5钢精炼过程大尺寸Al2O3-SiO2-MnO类夹杂物形成与演变机理

为探究37Mn5钢精炼过程尺寸在10μm以上的大尺寸Al₂O₃-SiO₂-MnO类夹杂物的形成与演变机理,在实际“EAF→LF→VD→钙处理→CC”工艺生产37Mn5钢的精炼全流程进行系统取样,检测了钢液成分并重点分析了不同冶炼阶段大尺寸Al₂O₃-SiO₂-MnO类夹杂物的形貌和成分特征,结合实际生产工艺与热力学计算,揭示了这类夹杂物的演变规律。研究结果表明：由于出钢过程局部钢液Al含量低而O含量高,大尺寸Al₂O₃-SiO₂-MnO夹杂物形成;LF精炼初期,局部Ca含量增加形成Al₂O₃-SiO₂-MnO-CaO夹杂物;LF精炼中期以后Ti含量增加会变性前期形成的这两类夹杂物,形成含TiO_x的夹杂物,随着冶炼的进行,Ti元素在夹杂物中分布逐渐均匀;VD后钙处理量不足导致夹杂物变性效果不理想,对大尺寸夹...     

轴承钢LF-VD精炼过程夹杂物行为变化研究

采用夹杂物自动扫描分析仪Aspex对轴承钢炉外精炼过程中的非金属夹杂物进行大面积扫描,系统研究了炉外精炼过程钢液纯净度变化,对关键工序进行氧、氮含量分析,同时利用"无水电解"提取各个工序夹杂物,以便观察夹杂物三维形貌,以指导生产实践。研究表明,LF-VD过程,夹杂物经历了Al_2O_3→MgO·Al_2O_3→CaO-MgO-Al_2O_3演变。LF精炼初期,钢液中形成大量Al_2O_3夹杂物,随着LF精炼地进行,钢液中逐渐形成MgO·Al_2O_3、钙铝酸盐、CaO-MgO-Al_2O_3等复合夹杂物,VD真空后,钢液中形成大量CaO-MgO-Al_2O_3夹杂物。LF精炼初期,钢液中夹杂物数量密度达到16.25个/mm~2,随着LF精炼的进行,夹杂物数量逐渐减少,VD破空后钢液中夹杂物数量密度降低为6.87个/mm~2,随着静搅地进行,钢液中夹杂物数量密度逐渐降低,VD吊包夹杂物数量密度增加,可能是卷渣造成。     

50Cr5MoV钢中非金属夹杂物及全氧

 对采用“EBT→LF→VD”工艺路线生产50Cr5MoV锻钢轧辊炼钢过程的全氧质量分数和夹杂物类型与数量进行了分析。结果表明：LF精炼后钢液中[w(T[O])]平均为0.004 7%,VD出站[w(T[O])]为0.001 4%,中间包[w(T[O])]为0.001 55%,铸坯[w(T[O])]为0.001 8%,轧材中[w(T[O])]降低至0.001 0%。LF精炼初期,钢中夹杂物主要是不规则的Al2O3夹杂,其中96.75%的夹杂物尺寸小于10 μm。LF精炼结束后,大量夹杂物转变成以CaO-Al2O3-SiO2为主要成分的0～1 0 μm复合氧化物夹杂。钢水从VD真空精炼炉向中间包转移过程中,由于保护性浇注效果差,二次氧化严重造成钢水夹杂逐渐增多,其中夹杂物主要为球形的[mCaO·nAl2O3]复合夹杂物。铸坯中99.65%的夹杂物尺寸小于10 μm,其中大部分为球形钙铝酸盐夹杂物,还有少量球状硅铝酸钙复合夹杂物。轧材中98.77%的夹杂物尺寸小于10 μm。通过对炼钢过程中各工序的工艺优化,可实现对夹杂物的有效控制, 从而确保50Cr5MoV合金铸钢的产品质量。     

超低氧精炼时钙处理对氧化物夹杂的影响

 研究了采用LF精炼顶渣控制技术对钢液进行超低氧冶炼时,钙处理对钢中非金属夹杂物的影响。试验在转炉出钢时采用铝终脱氧,LF精炼过程采用强脱氧、高碱度、强还原性精炼顶渣对钢液进行超低氧冶炼,比较了钙处理和不钙处理的钢液中非金属夹杂物转变的情况。结果表明,采用精炼顶渣控制技术冶炼超低氧钢时,钢液不需要进行钙处理就能实现铝脱氧产物Al2O3→MgO·Al2O3尖晶石→CaO-MgO-Al2O3类复合夹杂物的转变,得到炼钢温度下呈液态的复合氧化物夹杂,这些液态的夹杂物容易通过碰撞长大上浮去除,得到高洁净度的钢液,且残留在钢液的氧化物夹杂为较低熔点的复合氧化物,在浇注过程中不会产生水口结瘤。     

铝镇静钢LF精炼过程中夹杂物行为研究

通过对LF精炼开始3 min、通电化渣和钙处理后3个阶段的钢水进行取样,对夹杂物的数量、形态及成分进行对比分析,来研究铝镇静钢中夹杂物在精炼过程中的变化及钙处理对夹杂物性质的影响.结果表明:钙处理在提高钢水洁净度、夹杂物改性等方面效果显著.当LF炉通电化渣后,夹杂物球化率显著提高;钙处理后,球化率进一步提高.LF精炼开始3 min后,钢中的夹杂物以Al2O3-SiO2-MnO和纯Al2O3夹杂物为主;通电化渣后,钢中夹杂物以Al2O3-CaO(CaS)-SiO2为主;钙处理后,钢中夹杂物以Al2O3-CaO为主.     

SPA-H钢LF精炼过程非金属夹杂物行为研究

对武汉钢铁股份有限公司条材总厂"BOF→LF→CSP"工艺生产SPA-H钢2个炉次的LF精炼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、面积和数量。研究发现,当钢-渣反应和钢-炉衬反应达到平衡时夹杂物在CaO-Al2O3-MgO三元系相图中呈直线分布,通过对比2个炉次钢中夹杂物的转变,说明控制精炼渣成分和精炼时间,可以使部分Al2O3夹杂物进入CaO-Al2O3-MgO三元系低熔点区,并且在软吹过程中能够获得较好的夹杂物去除效果。     

LF精炼渣碱度变化对304不锈钢夹杂物成分的影响

采用氧氮分析仪、扫描电镜、金相显微镜等分析手段,系统研究LF精炼渣系对304系不锈钢全氧质量分数wT[O]、夹杂物数量、尺寸及成分的影响。研究结果表明,当LF精炼渣碱度由1.5升高至2.6时,LF出站溶解氧质量分数w[O]由11.6×10~(-6)降低至4.8×10~(-6),铸坯wT[O]由47×10~(-6)降低至24×10~(-6),铸坯夹杂物总数量降低,但当量直径不大于10μm的夹杂物所占比率由77.7%增加至95.1%。热力学计算结果表明:在钢液中各元素达到平衡状态时,渣系碱度越高,低熔点夹杂物2MgO·2Al_2O_3·5SiO_2生成区域越小,MgO·Al_2O_3尖晶石类夹杂物生成区域越大,与生产试验结果一致。随着LF炉渣碱度升高,铸坯夹杂物成分中MgO和Al_2O_3的质量分数分别升高了14.4%和9.1%,当碱度不大于1.9时,铸坯中不会存在镁铝尖晶石。     

Ce对低碳高强度钢液夹杂物变性的研究

用真空感应炉在800 Pa的Ar气氛中把3.0 kg工业纯铁与合金元素熔化,在1 873 K加入Ce元素精炼10min,制备4种0.08C-0.6Si-0.45Mn-0.3Cu-0.09P-xCe的钢样。用化学成分、SEM和EDS表征结果,研究该体系中洁净度和夹杂物的变化。结果表明[Ce]为0时,夹杂物为MnS-MgO-Al2O3系;[Ce]为0.008%～0.020%时,夹杂物为MgO-Al2O3-Ce2O2S系;[Ce]为0.043%时,夹杂物为FePCe-Ce2O3系,且把7μm以上形状不规则的夹杂物变为2μm球状,甚至转变为0.3μm以下的球形夹杂物,钢材基体上夹杂物残留面积减少58.1%,且尺度均小于3μm。钢液深度净化的原因是,Ce脱O、S后生成的夹杂物上浮、排除,不同类型夹杂物的成因与其形成的热力学条件相关。     

中碳铝镇静钢LF-RH-CC过程夹杂物的变化

采用ASPEX扫描电镜,对中碳铝镇静钢LF精炼初期、LF精炼结束、RH破空、RH软吹结束、连铸浇铸中期中包钢中3μm以上夹杂物进行检验,结果表明LF精炼初期钢中夹杂物个数最多,尺寸较大,经LF处理后夹杂物个数最少、尺寸最小;RH真空处理后夹杂物个数明显增多,尺寸增大,软吹后夹杂物个数虽有所减少,但平均尺寸略有上升;连铸过程钢中夹杂物明显增多,且尺寸增大。并分析了LF-RH-CC过程Ca O-Mg O-Al2O3系夹杂物的变化。     

X80管线钢精炼过程夹杂物形成与演变

通过工业试验取样研究了X80管线钢精炼过程夹杂物的类型、尺寸、成分等变化规律,并结合FactSage8.1软件对钙处理和钢液冷却凝固过程夹杂物的演变机理进行了热力学计算分析。试验结果表明,LF精炼结束时夹杂物主要为MgO–Al₂O₃和MgO–Al₂O₃–CaO,数量占比分别为25%、75%,其尺寸主要分布在1～5 μm之间,且1～2 μm和2～5 μm的夹杂物比例分别为56.0%、37.3%;RH精炼中T[O]、[N]质量分数分别由LF精炼结束时的0.0022%、0.0059%降低至0.0010%、0.0035%,夹杂物数量密度由LF结束约23.07 mm–2降低至7.44 mm–2,夹杂物去除率约67.8%;钙处理时,夹杂物主要为MgO–Al₂O₃–CaO和CaS–Al₂O₃–CaO系,夹杂物中CaS平均质量分数由RH精炼结束时的8%增加至36%,CaO平均质量分数由24%减少至12%;软吹结束时,尺寸<40 μm的夹杂物中SiO₂占比在0～2.5%之间;尺寸>40 μm的夹杂物中SiO₂占比在6.0%～8.0%之间,尺寸>40 μm的夹杂物主要为CaO–Al₂O₃–MgO–SiO₂,其化学成分与精炼渣化学成分基本一致,其来源为精炼渣卷入。热力学计算结果表明,当[Ca]质量分数在10.5×10–6～15.8×10–6时,尖晶石夹杂全部完成改性,夹杂物全部为液态钙铝酸盐;当钢液在浇铸温度下,夹杂物主要为液态的钙铝酸盐,当温度降低至1428 ℃时,液态夹杂物完全转化为固态,随着温度继续下降1309 ℃以下,夹杂物的类型基本不发生改变,整个温降过程夹杂物中CaO含量减少,CaS含量增加。      

S48LF精炼过程夹杂物组成变化的研究

采用MoSi2电阻炉在MgO质坩锅内研究了S48钢在LF精炼过程中夹杂物的组成和氧含量的变化情况。结果表明,随恒温时间的延长,钢液中的氧含量逐渐降低,夹杂物组成经历了由Al2O3→一铝酸钙＋Al2O3＋MgO→MgO变化过程,绝大多数夹杂物呈球形,尺寸一般不超过10μm。     

37Mn5钢精炼过程夹杂物转变机理

 钢中非金属夹杂物在精炼过程中发生成分转变,影响最终产品性能。37Mn5石油套管钢生产精炼过程中,在不进行钙处理的条件下,夹杂物成分从LF炉进站时的Al₂O₃转变为软吹结束时的Al₂O₃-CaO-SiO₂-MgO-CaS复合夹杂物。为研究夹杂物改性原因,揭示夹杂物转变机理,从生产现场取钢样进行夹杂物分析。结果表明,大尺寸夹杂物与一般尺寸夹杂物的成分存在显著差异,随着精炼过程的进行,不同尺寸夹杂物成分和数密度变化趋势也有所不同。大于10 μm的夹杂物成分接近精炼渣,可能是由渣进入钢液引起的。在硅铁合金中钙的质量分数为1.17%,会起到类似钙处理的效果,快速生成大量小尺寸CaS夹杂物。通过对夹杂物成分、数量、形貌进行分析,结合渣成分和热力学计算结果,得到了37Mn5钢精炼过程夹杂物经历脱氧、耐材侵蚀、渣进入钢液、合金带入钙与钢液反应、夹杂物与钢液反应等过程,以及成分发生转变的机理。