IF钢生产过程非金属夹杂物的演变行为

在DS-LD-RH-CC工艺IF钢工业生产过程系统取样和全氧含量、氮含量、非金属夹杂物形貌和化学成分检测的基础上,结合热力学分析,研究了非金属夹杂物含量、形貌与成分的演变过程.结果表明,冶炼过程钢中全氧含量逐渐降低,但需控制钢包渣氧化性以进一步降低铸坯中全氧含量;在浇铸过程中发生明显的增氮现象,应进一步加强保护浇铸,控制浇铸过程钢水增氮;在RH精炼过程中,脱氧后主要生成团簇状单一Al2O3夹杂物,Ti合金化后生成球形Al-Ti-O和内外分层的Al-Ti-Ca-Mg-O复合夹杂物;在钢水凝固过程中,生成了内层为Ti-Al-Mn-O-S、外层为TiN和AlN的复合夹杂物.在铸坯中还存在由结晶器卷渣导致的含有K,Na成分的Ti-Al-Ca-Si-Mn-O大型复合夹杂物.     

GCr15轴承钢中MnS-Al_2O_3复合夹杂物析出行为

对于钢液铝脱氧精炼过程产生的Al_2O_3夹杂物严重影响钢的性能,而在钢液凝固过程中MnS夹杂物容易包裹着Al_2O_3夹杂物形成复合夹杂物,这种复合夹杂物改善钢材的性能有重要意义。通过场发射扫描电镜和能谱对国内某钢厂连铸坯中夹杂物形貌以及组成进行观察与分析,发现大量MnS包裹Al_2O_3复合夹杂物。同时通过理论热力学阐述MnS包裹Al_2O_3复合夹杂物的析出机理,计算得出:Al_2O_3夹杂物在钢液中形成,Mn S夹杂物在钢液凝固过程中形成,由于Al_2O_3夹杂物先析出,Mn S夹杂物可以在先析出的Al_2O_3夹杂物进行形核与长大,为钢中MnS包裹Al_2O_3复合夹杂物生成提供了理论依据。     

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.     

稀土铈对铸态Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢热变形行为的影响

通过热压缩试验研究了Mn18Cr18N和Mn18Cr18N+Ce高氮奥氏体不锈钢在1173–1473 K和0.01–1 s–1下的热变形行为。并通过含Ce夹杂物和Ce元素偏析两个方面分析了Ce元素对合金热变形行为的影响机理。结果表明，添加Ce元素后，大尺寸、有棱角、硬且脆的夹杂物（TiN–Al₂O₃、TiN和Al₂O₃）可被变质为细小弥散的含Ce夹杂物（Ce–Al–O–S和TiN–Ce–Al–O–S）。在凝固过程中，含Ce夹杂物可作为非均匀形核点细化铸态晶粒。在热变形过程中，含Ce夹杂物可以抑制位错运动和晶界迁移，诱导动态再结晶（DRX）形核，避免显微裂纹和孔隙的形成和扩展。此外，在凝固过程中，Ce原子在固液界面前沿富集，导致成分过冷并细化二次枝晶。类似地，在热变形过程中，Ce原子倾向于在DRX晶粒的边界处偏析并抑制晶粒的生长。在含Ce夹杂物和Ce元素偏析的协同作用下，虽然合金的热变形抗力和热变形活化能升高，但更容易发生DRX且DRX晶粒尺寸明显细化，还可以缓解热变形开裂问题。最后，测量了样品的显微硬度。结果表明，与铸态试样相比，热变形试样的显微硬度显著提高，并且随着DRX程度的增加，显微硬度不断降低。此外，Ce元素也可以通过影响铸态组织和热变形组织来影响合金的显微硬度。     

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.     

交换钢包过程对IF钢连铸板坯表层洁净度的影响

采用ASPEX扫描电镜中的自动特征分析功能研究了交换钢包过程(取样浇次第4、5炉)对IF钢连铸板坯表层的洁净度的影响,且对比研究了交换钢包过程浇铸铸坯(交接坯)与正常浇铸铸坯(正常坯)的表层洁净度.结果表明:正常坯与交接坯中尺寸大于20μm的表层夹杂物可分为三类:(1)簇群状Al2O3(包括气泡+簇群状Al2O3);(2)簇群状TiOx--Al2O3夹杂物;(3)保护渣夹杂物.正常坯表层的大型夹杂物主要为簇群状Al2O3,没有检测到保护渣夹杂物.换包开浇后铸坯总氧质量分数从14×10-6增至17×10-6,交接坯表层检测到较多的第2夹杂物,说明钢包开浇后钢水被轻微氧化.此外,钢包开浇后剧烈的液面波动也导致了保护渣的卷入.在当前工艺下,换包对IF钢铸坯表层洁净度的影响长度约为11m.     

坩埚材质对55SiCr弹簧钢中夹杂物的影响

实验采用MoSi₂炉研究了MgO,MgO-CaO两种耐火材料对55SiCr弹簧钢中夹杂物的影响.结果表明,MgO,MgO-CaO两种坩埚冶炼均能使钢种成分控制在目标范围内,但与MgO坩埚相比,MgO-CaO坩埚净化钢液的效果更好:一方面,经MgO-CaO坩埚冶炼的55SiCr弹簧钢,钢中P,S,酸溶铝［Al］_s 以及全氧T.O质量分数分别降低至56×10^-6,10×10^-6,≤5 ×10^-6,以及4×10^-6;另一方面,钢中夹杂物的平均直径由1.376μm降低至1.222μm,夹杂物尺寸＜2μm的比例由79%上升至89%.这主要是因为碱性MgO-CaO坩埚兼具脱磷、脱硫、脱氧的作用,同时CaO还能与钢中的Al₂O₃夹杂物发生反应,生成熔点更低的复合夹杂物,因此更容易上浮去除,进一步净化钢液.     

非调质钢中钛氧化物冶金行为

通过热力学计算及实验,研究了含钛汽车用非调质钢在液态和凝固过程中含钛夹杂物的析出规律.研究表明,通过调整非调质钢中O,Al和Ti的含量,可以控制夹杂的形态和尺寸,从而得到细小、弥散非金属夹杂物作为针状铁素体的形核核心,细化钢的组织,提高钢的强度和韧性.     

含0.065%Ti的高强度低合金钢中夹杂物

本文用扫描电镜分析了钛质量分数为0.065%的高强度低合金钢在钙处理后铸坯和板材中夹杂物的形貌和大小;用EDS探针分析了夹杂物的成分.结果表明钛质量分数为0.065%的高强度低合金钢的夹杂物绝大部分为CaO-Al2O3-TiOx-CaS系夹杂物,并有少量的TiN,统计表明钢液钙处理效果良好.最后通过热力学计算分析了钢中TiN、CaS夹杂物的析出规律.     

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。     

Comparison between the surface defects caused by Al2O3 and TiN inclusions in interstitial-free steel auto sheets

Al₂O₃ and TiN inclusions in interstitial-free (IF) steel deteriorate the properties of the steel. To decrease the defects of cold-rolled sheet, it is important to clearly distinguish between the degrees of damage caused by these two inclusions on the surface quality of the steel. In this study, a nanoindenter was used to test the mechanical properties of the inclusions, and the distribution and size of the inclusions were obtained by scanning electron microscopy (SEM). It was found that when only mechanical properties are considered, TiN inclusions are more likely to cause defects than Al₂O₃ inclusions of the same size during the rolling process. However, Al₂O₃ inclusions are generally more inclined to cause defects in the rolling process than TiN inclusions because of their distribution characteristic in the thickness direction. The precipitation of Al₂O₃ and TiN was obtained through thermodynamical calculations. The growth laws of inclusions at different cooling rates were calculated by solidification and segregation models. The results show that the precipitation regularity is closely related to the distribution law of the inclusions in IF slabs along the thickness direction.     

IF 钢铸坯厚度方向洁净度演变

采用夹杂物原貌分析、扫描电镜和能谱分析、氧氮分析等手段系统分析了 IF 钢铸坯全厚度方向的洁净度变化及夹杂物分布规律.铸坯厚度方向全氧(T. O)和 N 质量分数平均值均为17×10-6.内、外弧表层1/16内 T. O、N 均高于平均值5%~10%,存在夹杂物聚集带;内弧1/4至外弧1/4区域 T. O、N 水平低于平均值5%~10%;表层1/16至1/4区域接近平均水平.共统计夹杂物963个,夹杂物平均粒径5.7μm,<5μm 占60%, < 10μm 占90%;Al2 O3夹杂主要存在表层5 mm 内,尺寸在2~10μm;TiN- Al2 O3和 TiN 粒子主要在距离表层5 ~ 80 mm,尺寸随深度增加而增大;TiN- TiS 和 TiS 夹杂主要在距离表面80~130 mm,尺寸1~5μm.从铸坯表层到中心主要夹杂物的分布依次是 Al2 O3、Al2 O3- TiN、TiN、TiN- TiS、TiS 和 MnS.     

Ti--IF钢凝固过程中TiN的析出机理和规律

结合冶金热力学和凝固偏析模型分析了Ti--IF钢凝固过程中TiN的析出特点.Ti--IF钢凝固前期钢液中TiN夹杂无法生成,固相中TiN源自低温固相析出;凝固固相分数达到0.64时,Ti、N组元在凝固前沿富集程度增加,凝固前沿固相中开始有TiN析出;凝固末期,Ti和N的富集程度进一步增大,固液相中均能有TiN析出.采用扫描电镜分析了TiN在铸坯中的分布,从铸坯表层到中心TiN数量和尺寸存在显著变化:从铸坯表层向中心方向TiN尺寸不断增大,平均尺寸从1~2μm增大到5μm,在距离表层70~80 mm处尺寸达到最大;在铸坯厚度中间位置,TiN尺寸较大,平均尺寸为5μm左右;在铸坯中心TiN尺寸又有所变小,平均尺寸为3μm左右;在铸坯表层TiN密集程度较高,在铸坯中间和中心TiN数量密集程度显著降低.IF钢铸坯中TiN析出时机及其尺寸和数量与Ti、N组元偏析和凝固冷却速度关系密切.     

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.     

钛铁合金所含杂质对 Ti-IF 钢洁净度的影响

通过氧氮分析、SEM和EDS对Ti‐IF钢冶炼过程不同阶段钢液及铸坯进行分析,研究钛铁合金所含杂质对Ti‐IF钢洁净度的影响。结果表明,Ti‐IF钢冶炼过程添加FeTi70时,RH出站处钢液中的平均氮含量较添加FeT i30时增加值为8．86×10－6,铸坯平均氮含量较添加FeT i30时增加值为10．83×10－6,这是由于所用FeTi70合金中T（O）、N含量较高,这些在RH冶炼过程中较难去除的 O、N元素形成尺寸不同的含氧夹杂,其结果降低了T i‐IF钢洁净度。     

硬线钢夹杂物行为

针对唐钢硬线钢冶炼的现行工艺与条件,经过系统取样、综合分析对硬线钢生产过程中非金属夹杂物类型、来源、数量及分布进行了系统研究.研究表明:铸坯总体积率为0.0625%.显微夹杂的数量平均值为16.66个/mm2,面积百分比为0.018%.铸坯中的显微夹杂是硫化物夹杂、硅酸盐夹杂物、氧化铝夹杂物.铸坯中大型夹杂物的平均值为31.5mg/10Kg.铸坯中主要的大型夹杂物是硅酸盐和铝酸盐,其次还包括少量的硫化物.铸坯中夹杂物主要来源于脱氧产物、保护渣和覆盖剂的卷入.     

Al含量对Fe?10Mn?xAl (x = 0.035wt%, 0.5wt%, 1wt%, 2wt%)合金体系和CaO?SiO2?Al2O3?MgO精炼渣反应的影响

轻量化是世界汽车发展的方向,中高锰钢因高强、高塑、高加工硬化率等优异的力学性能引起了人们的很大关注。除Mn含量高外,该钢种通常含有较高的Al以降低材料密度、防止氢延迟断裂等。因合金含量高,钢液中的溶质元素和顶渣会发生较强的渣/钢反应,进而对钢液、顶渣、洁净度等产生重要影响。本文旨在研究不同Al含量的中锰钢与精炼渣的反应及其影响。本文采用渣/钢平衡的实验方法研究了不同Al 含量(0.035wt%, 0.5wt%, 1wt%, 2wt%)的Fe?10Mn?xAl 合金体系与CaO?SiO₂?20wt%Al₂O₃?6wt%MgO (CaO/SiO₂ = 4)精炼渣之间的反应,及其对钢液和炉渣成分、非金属夹杂物的影响;在实验基础上,对钢液和炉渣成分变化以及夹杂物转变进行了热力学分析与讨论。研究结果表明,渣/钢反应后,钢中Al含量显著降低,初始Al含量对反应后钢、渣的成分有重要影响。随着初始Al含量增加,钢中的Si和渣中的Al₂O₃逐渐增加,而渣中的SiO₂和MnO逐渐减少。造成该变化的原因是:随着初始Al含量增加,钢液中的Al逐渐替代Mn与渣中SiO₂反应,即渣/钢之间的主控反应由2[Mn] + (SiO₂) = 2(MnO) + [Si]转变为4[Al] + 3(SiO₂) = 2(Al₂O₃) + 3[Si]。随着初始Al含量增加,钢中夹杂物类型也发生很大变化,转变路线为:MnO → MnO?Al₂O₃?MgO → MgO → MnO?CaO?Al₂O₃?MgO 和 MnO?CaO?MgO,相应的夹杂物形状由球形变为不规则状,最后又变为类球形。其转变机理是:随着初始Al含量增加,钢中Al逐渐替代Mn与渣中SiO₂反应,且Mg、Ca依次从渣中还原进入钢液,故而夹杂物类型发生上述转变。     

轴承钢中TiN夹杂物的控制研究

研究了轴承钢中TiN夹杂物的形成热力学,以及钢中Ti和N的控制理论,并在某钢厂进行了GCr15轴承钢的生产实验.结果表明,在凝固过程中钢中Ti或N的含量越高,TiN夹杂物开始析出温度就越高,析出物的尺寸就越大;使用低Ti合金原料能够有效降低钢中的Ti含量;采用低Ti铁水,初炼渣中的TiO2降到1.0%以下,能有效控制钢水中的Ti含量;采用低钛合成渣过程回钛量显著减少,钢中Ti含量由原来的37×10-6下降至30×10-6;优化改进精炼工艺和大包保护浇铸可以降低钢中N含量为33×10-6;降低凝固偏析,能降低TiN夹杂析出.     

连铸1Cr18Ni9Ti不锈钢大型夹杂物的研究

报导了1Cr18Ni9Ti不锈钢的连铸工艺制度及铸坯中大型夹杂物的形貌、来源及分布，以及对轧材质量的影响。通过显微观察，发现铸坯中的大型夹杂物多为TiN加球形卷渣，X-射线结构分析、电子探针微区测试证实了球形卷渣主要来自保护渣，经理论计算证实：保护渣中的SiO2不能将TiN转化成TiO2。提出了降低连铸坯中大型夹杂物的措施。     

硬线钢夹杂物行为

针对唐钢硬线钢冶炼的现行工艺与条件,经过系统取样、综合分析对硬线钢生产过程中非金属夹杂物类型、来源、数量及分布进行了系统研究。研究表明:铸坯总体积率为0.0625%。显微夹杂的数量平均值为16.66个/mm2,面积百分比为0.018%。铸坯中的显微夹杂是硫化物夹杂、硅酸盐夹杂物、氧化铝夹杂物。铸坯中大型夹杂物的平均值为31.5mg/10Kg。铸坯中主要的大型夹杂物是硅酸盐和铝酸盐,其次还包括少量的硫化物。铸坯中夹杂物主要来源于脱氧产物、保护渣和覆盖剂的卷入。