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.     

RH纯循环对Ti-IF钢洁净度的影响

利用金属原位分析仪定量分析了过程Al系夹杂的数量,并用一种深度侵蚀的方法观察了夹杂物的三维真实形貌.对过程全氧（T.O）、[N]含量变化进行了跟踪.通过延长RH合金化后的纯循环时间对过程洁净度进行了评价.结果表明：RH在合金化后保持8～10 min的纯循环时间T.O可降低到30×10-6以下;废钢加入会极大影响钢液的洁净度,合金化完毕后应避免废钢加入;加Al 5min后夹杂物数量达到最大,为7.02mm-2,主要为大型的团簇状夹杂,经过纯循环后,夹杂物数量、尺寸均有较大的降低.     

帘线钢凝固过程中夹杂物析出

为了充分了解帘线钢中夹杂物,对钢液凝固过程析出夹杂物进行了分析. 结果发现:Al2O3夹杂物在凝固过程中先析出,且Al2O3夹杂物长大的限制性环节为[Al]在钢液中的扩散;当凝固分数为0.44时SiO2开始析出,且SiO2长大的限制性环节为[O]在钢液中的扩散;析出夹杂物的半径随着冷却强度的增大而减小;当冷却速度为100 K·min-1时,凝固末期析出Al2O3夹杂物的半径为2.5 μm,析出复合Al2O3-SiO2夹杂物的半径为4.7 μm;随着凝固的进行,夹杂物中SiO2含量增加,Al2O3含量下降.     

齿轮钢氧含量及夹杂物控制技术研究

利用热力学软件计算了齿轮钢氧含量与夹杂物成分控制、夹杂物转变条件.结果表明,20CrMoH钢中具有较高塑性的非金属夹杂物成分(质量分数)为:SiO2 0%～10%、Al2O3 22%～55%、CaO 42%～60%、MgO 5%～10%,与之平衡的钢液中铝的质量分数大于0.020%,钙的质量分数大于0.7×10-6,a[O]为0.0005%左右;选择组成为CaO>40%、Al2O3≤37%、MgO10%、(%CaO+%MgO)/%SiO2为10、SiO2含量尽量低的渣系,钢中Al2 O3、MgO.Al2 O3夹杂物可转变为低熔点的钙铝酸盐.试验发现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,采用高Al2O3含量的炉渣对降低T[O]含量有利;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--Al2 O3系夹杂物向CaO--MgO--Al2 O3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;降低T[O]含量有利于生成较低熔点的CaO--MgO--Al2O3系夹杂物.     

IF钢生产过程非金属夹杂物行为研究

对首钢京唐生产IF钢的同一浇次前2炉的RH精炼、镇静和中间包浇铸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、尺寸等信息.研究发现,Al2O3-TixO复合夹杂物在Ti合金化和二次氧化的情况下都会生成,并随着精炼的进行逐渐转变为Al2O3,这与热力学计算的结果一致;而Al2O3可以作为Al2O3-TixO的形核核心,形成Al2O3-TixO包裹Al2O3的夹杂物,并且在Al2O3-TixO转变为Al2O3的过程中会导致钢滴进入夹杂物内部,从而形成Al2O3包裹钢滴的夹杂物.     

气瓶钢精炼过程中的MgO·Al_2O_3夹杂物

研究了EAF-LF-VD-CC流程冶炼气瓶钢30CrMo时精炼过程中含MgO.Al2O3夹杂物的生成和转化,对夹杂物进行了三维分析观察.研究结果表明:LF精炼30min后夹杂物中Mg含量减小,Ca含量增加,MgO.Al2O3夹杂物消失.LF精炼后期Mg含量变化不大,Ca含量减小,未出现MgO.Al2O3夹杂物;VD精炼过程中夹杂物中的Mg含量增加,Ca含量变化不大,重新生成了MgO.Al2O3夹杂物;精炼过程中MgO.Al2O3夹杂物可以向复合夹杂物转变的,但为防止精炼后期MgO.Al2O3夹杂物重新生成必须保证钢液中具有一定的钙含量.     

Al--Ca复合合金钢水脱氧机理的研究

通过Al-Ca复合合金钢水脱氧的平衡热力学计算,确定了钢液的氧的质量分数在3×10-6~1×10-4条件下,1600℃时的Al-Ca复合合金脱氧产物的稳定区域图.以此为基础,假定钙的收得率为100%,预测了钢液在Al-Ca复合合金Ca/Al质量比为5,加入量为M kg;Al-Ca复合合金Ca/Al质量比为0.2,加入量为M kg;Al-Ca复合合金Ca/Al质量比为0.2,加入量为0.2M kg三种不同脱氧制度下夹杂物的演变历程.结果表明,在Ca/Al=5,复合合金加入量使初始钢液中的[Ca]为0.01%,[Al]为0.002%时,夹杂物在钢液精炼过程中的演变历程为:12CaO·7Al2O3(l)/CaO·Al2O3(l)→CaO(s)→12CaO·7Al2O3(l)/CaO·Al2O3(l)→CaO(s)→12CaO·7Al2O3(l)/CaO·Al2O3(l),并确定了固态和液态脱氧产物在脱氧过程中交替形成为最理想的Al-Ca复合合金脱氧制度,可为钢铁企业脱氧剂的选择和应用提供参考和借鉴.     

IF钢中含Ti夹杂物的衍变规律

系统研究了Ti-IF钢冶炼过程和铸坯中含Ti夹杂物的组成、分布与微观形貌,揭示了含Ti夹杂物的衍变规律.热力学分析和实验结果表明:在IF钢冶炼过程中无TiN生成,含Ti夹杂物的存在形式是以TiO₂为主的钛氧化物结合其他氧化物的复合夹杂:而在连铸凝固过程中,由于钢液温度降低和元素的偏析作用,TiN夹杂以异质形核的方式生成.IF钢铸坯中非金属夹杂物主要是大尺寸Al₂O₃颗粒和存在中间过渡层的TiN—Al₂TiO₅-Al₂O₃复合夹杂物,其形核长大过程是[Al]、[Ti]和[O]先在细小的Al₂O₃颗粒上反应生成一层Al₂TiO₅,然后TiN在Al₂TiO₅表面形核长大.根据连铸过程和铸坯中含钛夹杂物的研究得出,Ti-IF钢铸坯中TiN夹杂难以去除,但是可以使其变性以实现对钢中含钛夹杂物的控制.     

钙处理对LG510钢夹杂物的影响及热力学分析

在热力学计算的基础上,对某厂钙处理前后的汽车大梁钢LG510进行取样研究,探讨钙处理对汽车大梁钢LG510夹杂物的影响。结果表明,钙处理后钢中Al2O3夹杂物得到有效变性,夹杂物的数量明显减少,夹杂物尺寸也明显减小,夹杂物形状更加规则;钢液相线温度为1873K、钢中w[Al]为0.028%时,钢中w[O]、w[Ca]分别控制在2.8×10-6~11.5×10-6、0.14×10-6~7×10-6范围内,Al2O3夹杂变性效果良好;同时将钢中w[S]控制在0.011%以下,既可生成液态铝酸钙夹杂物,也可减少CaS夹杂生成。     

精炼渣成分与轴承钢夹杂物类型关系热力学分析

针对轴承钢中钙铝酸盐大型夹杂物的控制问题,通过计算GCr15轴承钢中尖晶石MgO·Al2 O3、钙的铝酸盐CaO·6Al2 O3夹杂物生成热力学,分析精炼渣成分与夹杂物类型之间的定量关系.结果表明：当钢水中含有质量分数0.10×10-6的溶解钙[Ca]时,只要溶解镁[Mg]质量分数小于10×10-6,MgO·Al2O3就会被[Ca]还原成 CaO·6Al2O3;当精炼渣碱度为7.04,(MgO)质量分数为1.38%时,钢水中溶解[Mg]质量分数比临界[Mg]质量分数低56%,夹杂物以尺寸大于10μm的CaO-Al2O3系复合夹杂为主;当精炼渣碱度为3.75,(MgO)质量分数3.14%时,钢水中溶解[Mg]质量分数比临界[Mg]质量分数低14%,夹杂物以尺寸小于8μm的MnS包裹MgO·Al2 O3复合夹杂为主;当精炼渣钙铝比C/A为1.8~2.0时,控制精炼渣碱度R为4.5~5.5,(MgO)质量分数为3%~5%,即能使钢中MgO·Al2O3保持稳定而不转变为CaO·6Al2O3.     

连铸中间包钢液中凝聚态氧化铝夹杂物运动行为的数值模拟

在Euler-Lagrange框架下,基于应用分形理论对凝聚态Al2O3夹杂物形貌结构进行定量分析的基础上,数值模拟研究了连铸中间包钢液中不同形貌凝聚态Al2O3夹杂物的运动行为.研究发现中间包钢液流场和夹杂物形貌尺寸共同影响夹杂物在钢液中的运动行为.随着尺寸的变大,簇群状和致密球形两种形貌Al2O3夹杂物上浮去除率都逐渐增加.在相同尺寸下,簇群状Al2O3夹杂物上浮去除率比致密球形Al2O3夹杂物低;随着尺寸的增加,簇群状Al2O3夹杂物上浮去除率相比于同尺寸致密球形Al2O3夹杂物降低得就越多.计算结果显示,与同尺寸的致密球形Al2O3夹杂物相比,直径为20、40、60和80μm的簇群状Al2O3夹杂物上浮去除率分别降低了4.8%、5.7%、6.4%和12.5%.     

409L不锈钢中镁铝尖晶石夹杂物的生成研究

基于409L不锈钢VOD生产实际,分析了Al脱氧条件下MgO.Al2O3复合夹杂物的组成形态;同时采用热力学计算方法得出1873K时MgO,MgO.Al2O3和Al2O3的平衡相图,研究了MgO.Al2O3夹杂物生成与转变的热力学条件.结果表明,钢水中的尖晶石复合夹杂物中的MgO.Al2O3相呈非晶态结构,夹杂物尺寸在5μm左右.生产过程中,当钢水中Al的质量分数控制在0.04%,w(Mg)≥1.3×10-8时,钢水中即可生成MgO.Al2O3夹杂物;w(Mg)≥9.7×10-7时,MgO.Al2O3开始转变成为MgO夹杂.     

1873K下钢液中Ti-Al复合脱氧热力学分析及夹杂物生成

对1873K下钢液中Ti-Al-O系复合夹杂物的形成进行了理论和实验研究. 理论计算和实验结果表明,钢液中Ti-Al-O系的Al-O基本趋于平衡,钢液中自由氧由Al含量控制. Ti-Al-O系复合夹杂物的形成主要由a_(Ti)/a_(Al)值确定. 根据热力学数据计算得出了Ti-Al-O系复合夹杂物(Al_2O_3-Ti_3O_5-Ti_2O_3)的稳定区域;随着a_(Ti)/a_(Al)的增加,夹杂物逐步由Al_2O_3转变为Ti_3O_5夹杂物. 当钢液中自由氧含量较高时容易生成Ti3O5夹杂物. 计算结果和观察到的实验结果一致.     

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。     

钙处理过程夹杂物演变及热力学分析

通过检测分析钙处理前后钢中夹杂物的形貌和成分的变化,探讨钢液钙处理过程中夹杂物演变规律.利用热力学计算,优化钙处理工艺.结果表明,钙处理可以将钢液中不规则固态夹杂物改性为球形液态夹杂物;1873 K下,当[ Al ]为0.030%时,[O]控制在5×10-6~17×10-6,[Ca]控制在0.7×10-6~30×10-6,钢中夹杂物变性效果良好;当[Al]为0.030%时,[ S]控制在6×10-6~19×10-6,既能使钢中Al2 O3夹杂生成液态铝酸钙夹杂物,同时又可以减少CaS生成.     

IF钢凝固过程中Al_2O_3-TiN复合夹杂物的形成机理

以理论分析和实验研究相结合的方式分析了IF钢凝固过程中Al2O3-TiN复合夹杂物的形成机理.结果表明,以凝固分率0.9为界限,钢水凝固过程中Al2O3和TiN先后通过异质形核方式析出并结合形成Al2O3-TiN复合夹杂物;冷却速率越小,复合夹杂物粒径越大;在冷却速率一定时,可作为异质形核核心的夹杂物的粒径越大,凝固过程中析出的复合夹杂物的长大程度越小;复合夹杂物内层Al2O3粒径越小,外层TiN长大程度越明显.     

高品质GCr15轴承钢二次精炼过程中夹杂物的演变规律

采用FE-SEM/EDS研究了转炉流程生产的GCr15轴承钢LF、RH精炼过程中夹杂物的演变规律,分析了其演变机理。结果表明:钢中复合夹杂物的演变规律可归纳为:Al2O3→MgO·Al2O3→(CaO-MgO-Al2O3-(CaS))复合氧化物夹杂和Al2O3→(Al2O3-MnS)→(Al2O3-MnS-Ti(C,N))复合氧硫碳氮物夹杂2种方式。LF精炼过程脱硫作用明显,钢中的硫化物夹杂数量大幅减少。LF精炼初期钢中主要是MnS、Al2O3、TiN的单相夹杂物。LF精炼结束后钢中的夹杂物演变为Al2O3为核心外包氧化物及MnS、TiN、Ti(C,N)、CaS的复合夹杂物。精炼渣中的CaO和耐火材料中的MgO经还原后与钢中溶解氧反应导致LF精炼结束时D类夹杂物增加。RH及软吹处理进一步强化了去除钢中的硫化物,但D类及其与A、T类复合的夹杂物含量增加。在LF阶段,夹杂物尺寸主要集中在1~3μm范围内,到RH阶段,夹杂物尺寸则主要集中分布在小于1μm的粒度范围。最大夹杂物尺寸由10.79μm降到5.68μm,单位面积夹杂个数由372个/mm2降到258个/mm2。RH及软吹处理有效地降低了钢中大于3μm的夹杂物。     

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.     

铝镇静钢钙处理后氧化铝夹杂物变性动力学模型

将Al2O3以及固态的钙铝酸盐均视为未反应核,确定铝离子在液态钙铝酸盐层的扩散是铝镇静钢钙处理后Al2O3夹杂物变性的限制性环节,由未反应核模型建立了Al2O3夹杂物变性的动力学模型,并且通过热力学分析计算了模型参数.模型结果显示:随着Al2O3夹杂物直径的增大,其完全变性为液态钙铝酸盐的时间大幅延长.钢液中Ca在一定范围内增加,不仅在热力学上有利于Al2O3变性,也使其变性速率迅速增大,但Ca超过一定值时对变性速率促进减弱.温度升高不利于Al2O3夹杂物变性反应,从而使变性的驱动力减小,对夹杂物变性促进作用不很明显.模型结果与工业试验和夹杂观察结果基本相符.     

不同浇铸阶段高强钢铸坯洁净度研究

采用氧氮分析、金相法、大样电解法、扫描电镜和能谱分析等方法,对不同浇铸阶段高强钢铸坯(头坯、正常坯、尾坯)的洁净度进行研究。结果表明,与正常坯相比较,头坯和尾坯中T[O]含量均有不同程度的提高;头坯中氮含量大幅升高,而尾坯中氮含量变化很小;头坯、尾坯的显微夹杂物均有所增加,显微夹杂物主要为TiN、Al2O3-TiN和球状钙铝酸盐类复合夹杂物;头坯中大型夹杂物最多(8.77mg/10kg),尾坯次之(5.71mg/10kg),正常坯中最少(1.75mg/10kg),大型夹杂物主要为TiN、SiO2、Al2O3-SiO2和Al2O3-SiO2-CaO,另外还有少量的MgO-CaO夹杂物和含有TiO2的复合夹杂物,这些夹杂物主要来源于结晶器卷渣。