热处理过程固态不锈钢中夹杂物的转变

通过Aspex夹杂物自动分析仪和场发射扫描电镜系统研究了氩气保护气氛下1 200℃的热处理对硅锰脱氧18Cr-8Ni不锈钢中夹杂物的影响。研究发现,在热处理前,不锈钢中夹杂物主要为MnO-SiO_2液态夹杂物,其中含有少量的Cr_2O_3和MnS。热处理过程中,钢基体中的铬将MnO-SiO_2夹杂物中的SiO_2和MnO还原,在MnO-SiO_2夹杂物表面生成MnO·Cr_2O_3尖晶石夹杂物。最终,MnO-SiO_2夹杂物被完全变性为纯MnO·Cr_2O_3尖晶石夹杂物。此外,通过FactSage热力学计算软件计算了在不同热处理温度和不同钢液成分下夹杂物的生成和转变相图,可为本文夹杂物的转变提供理论解释。     

中间包覆盖剂中的Cr_2O_3对二次氧化的影响

通过管式电阻炉,模拟了中间包覆盖剂对铝脱氧钢的二次氧化,在实验室条件下研究了MgO-CaO-SiO_2-Al_2O_3-Cr_2O_3中的Cr_2O_3对铝脱氧钢二次氧化的影响。结果表明,钢中的总氧含量、铝损和中间包覆盖剂中的FeO含量都随着中间包覆盖剂中Cr_2O_3含量的增加而增加。在增加氧分压后,硅和铬都会发生二次氧化且硅的二次氧化比铬剧烈得多,并且随着保温时间的延长,覆盖剂中的Cr_2O_3、SiO_2和FeO都会再次发生二次氧化向钢液中传氧。     

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。     

有效进行碳的真空脱氧应采取的措施

<正>a.进行真空脱碳脱氧前尽可能使钢中氧处于易与碳结合的状态,例如溶解的氧或Cr_2O_3,MnO等氧化物。为此要避免真空处理前用铝、硅等强脱氧剂对钢液脱氧,因为这样将形成难以还原的Al_2O_3或SiO_2夹杂,同时还抑制了真空处理时碳氧反应的进行,使真空下碳脱氧的动力学条     

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。     

IF钢全氧的控制与预测

分析了IF钢冶炼过程中渣对钢液中[Al]、[Ti]的氧化机理,在此基础上提出了IF钢加铝脱氧后全氧的预测模型.结果表明,熔渣中(FeO)、(MnO)对钢液的二次氧化存在两种方式.当氧化物在渣中的传质是反应限制性环节时,反应发生在渣/钢界面,生成的脱氧产物分布在渣/钢界面,此时渣的氧化性随时间呈指数下降;当脱氧元素在钢中传质是反应限制性环节时,反应发生在钢液内部.对某厂RH精炼渣的数据作回归得到RH加铝后渣的氧化性随时间指数变化的关系式.     

3次钛脱氧钢中非金属夹杂物及组织研究

通过热力学计算及3次Fe2O3增氧和钛脱氧的试验,研究了钢中夹杂物的形态、尺寸及分布规律和钢的组织形貌特征。试验结果表明:3次增氧和脱氧工艺条件下,控制钢中氧质量分数大于0.001%时,钢中的氧与钛可反应生成含钛氧化物,热力学分析证明此条件下生成的钛氧化物为Ti2O3。钛脱氧后钢中氧质量分数在0.002%左右,试样中颗粒直径小于2μm的钛氧化物数量显著增加,在2μm和3μm之间的钛氧化物数量基本不变,这些夹杂物可诱发针状铁素体析出,从而细化组织。     

钢中Al_2O_3夹杂物生成、聚集原位观察

利用高温激光共聚焦显微镜观察了铝脱氧钢Al_2O_3夹杂的生成、聚集成团簇以及Al_2O_3团簇运动到固液界面的行为特征,发现从生成单颗粒Al_2O_3并且单颗粒Al_2O_3从相距145μm到自发聚集成78μm的Al_2O_3团簇仅需1.5 s,聚集后的Al_2O_3团簇从钢液内悬浮位置被吸附移动146μm至固液界面仅需0.5 s,后续生成单颗粒Al_2O_3迅速向固液界面处的Al_2O_3团簇聚集,Al_2O_3团簇可在1 s时间由细长状收缩为团状。理论分析表明Al_2O_3夹杂聚集、Al_2O_3团簇被固液界面吸附的主要作用力为范德华力,且夹杂尺寸越大所受范德华力越大,夹杂物的移动速度越快,Al_2O_3团簇自发收缩成团主要是液桥力的作用。     

顶吹氧气转炉半钢炼钢造渣制度

提取了V、Cr等若干元素之后的铁水习惯称为"半钢".本文叙述了在顶吹转炉热模型和顶吹转炉所做的"半钢"吹炼生产和试验的若干结果.由于"半钢"几乎不含硅、锰等元素,快速加入炉渣助熔剂以避免粘枪成为本文讨论的主题.作为炼钢熔渣主要成分的石灰熔点很高.试验中发现一定含最的V_2O_3、TiO_2及Cr_2O_3(高熔点化合物)均能降低炉渣的熔点.为了溶解高熔点的石灰,我们试验采用了由SiO_2、Al_2O_3、MgO、FeO和一些其他氧化物组成的若干天然复合矿物,如辉绿岩,玄武岩、粘土等.这些天然复合矿物具有较低的熔点并且能满足流动性好的高碱度炉渣的去硫作用.试验结果表明冶炼过程是平稳的,而且脱硫是满意的.作者认为我国大量存在的高硅贫锰矿、钒钛磁铁矿尾矿也可能是"半钢"炼钢的良好炉渣助熔剂.     

低硫微合金钢中MnS析出及晶内铁素体形成研究

采用真空感应炉冶炼Al-Si-Mn-Ti复合脱氧的低硫微合金钢,通过热力学计算对钢液凝固过程中Mn S析出规律进行分析,运用带X射线能谱分析仪的场发射扫描电镜对夹杂物形貌、尺寸和成分以及Mn S在复合氧化物上的析出形态进行分析。结果表明:Mn S的析出主要受液相中Mn、S含量和液相温度控制。Mn-Si,Mn-Ti,Al-Mn-Ti,Al-Mn-Si复合氧化物都能作Mn S析出的核心,Mn S在硅锰氧化物表面呈镶嵌状析出,在钛锰氧化物表面呈包裹状析出,还可溶解在铝钛锰和铝硅锰氧化物的内部。诱发IGF形核的复合夹杂物尺寸为2~3μm。     

焊丝钢ER70S-6氧化铁皮机械剥离性能研究

通过扭转试验和扫描电镜评价了焊丝钢ER70S-6的氧化皮剥离性能。氧化皮和基体之间存在的铁硅氧化物Fe₂SiO₄（2FeO·SiO₂）和FeO为主要成分的富硅层,在机械折弯及砂带打磨过程中难以除净,使焊丝表面镀铜效果及焊接性能恶化。提出了通过提高加热炉加热段温度至985℃、提高均热段温度至1110℃,进而阻碍氧向富硅层的扩散;建立PF线保温墙和保温通廊,进而促进FeO的歧化反应;缩短精轧机换辊时间3h,进而减少氧化铁皮对铁基体的压入;降低吐丝速度至90m/s、提高吐丝温度至930℃进而增加氧化铁皮厚度等方式来改善ER70S-6表面氧化皮剥离性能。工艺优化后,ER70S-6表面氧化铁皮由粉末状脱落变为片层状脱落,粗细拔半成品表面间断性发黑现象消失,镀铜层平均厚度由1.45μm增加至3.6μm,表面光亮度显著提高。     

铝镇静钢中非金属夹杂物形成的机理

作了一项有关不同含锰量的钢水的脱氧方面的研究。电子显微探针分析证实了在这些钢水中只有在溶解的氧含量大大超过出钢前低碳钢中所通常有的量时,才能形成被矾土包封的铁尖晶石(Fe·O·Al_2O_3)或锰尖晶石(MnO·Al_2O_3)这一类双相夹杂物。因为这些复合氧化物在铝存在的情况下是亚稳的,随足够的保留时间它们还原成铝。这导致关于钢中尖晶石型夹杂物可能的形成机理的结论是与引起氧富集的钢再氧化有关。     

含氧化铁渣与铁液中铌的氧化反应动力学研究

在净化的氩气气氛下、钼丝电阻炉内,用电融氧化镁坩埚研究了含FeO为7.8～44.0％的渣同铁液内铌的氧化反应动力学。通过建立反应的数学模型,运用最优化原理,对实验数据进行拟合计算,用电子计算机求出了参加反应的各组分在渣、铁液本体内和渣-铁液界面处浓度值随时间变化和渣中Nb_2O_5的传质系数等参数。在1550～1650℃温度范围内,渣中原始FeO含量为14.50～26.84％时,渣中Nb_2O_5的传质系数和渣密度的乘积同温度的关系式为实验和计算结果表明,控制过程反应速度的主要因素是界面处FeO浓度值。     

铁粉矿在HIsarna工艺中预还原行为的研究

通过高温实验与理论分析研究了铁粉矿颗粒在高温下的热分解和熔化行为,以及熔化后气体与熔融粉矿液滴之间的还原动力学.当温度高于FeO熔点且产物层中有FeO生成时,铁粉矿颗粒会出现熔化现象.还原反应前210 ms伴随着剧烈的热分解反应,主要是Fe_2O_3分解成Fe_3O_4.熔化后的铁粉矿颗粒产物层是液态的FeO,颗粒中心是未反应的固态Fe_3O_4,还原反应发生在颗粒表面.Fe~(3+)在产物层中的扩散是还原反应的限制性环节,通过计算得到气体与熔融铁粉矿颗粒还原反应的表观活化能约为141 kJ/mol.     

钢液中原子与夹杂物颗粒间的介尺度物相及二步形核

大量试验和工业生产实践表明,钢液用金属(如铝、硅)脱氧反应难以达到生成固体氧化物夹杂的热力学平衡状态,即脱氧产物不能完全转变为最稳定结构的晶体或固体氧化物夹杂,部分脱氧产物以稳定性低于氧化物夹杂的亚稳相形式存在。亚稳相是熔体中处于原子与夹杂物颗粒尺度之间的介尺度物相,同时其结构也是介于液态(包括无定型)与稳定的固态(包括晶体)结构之间的演变状态。利用第一性原理方法优化显示,金属脱氧体系中的介尺度亚稳相包括形核前的不同数目的脱氧剂原子和氧原子结合的氧化物团簇、团簇聚集体、临界核以及形核后的纳米尺寸氧化物夹杂。热力学平衡计算发现亚稳相恰好与脱氧后体系中的脱氧剂和氧元素含量达到平衡。脱氧过程中夹杂物形核服从二步机理,第一步为脱氧剂原子与氧反应生成团簇,该过程的热力学趋势大、反应速率快,反应平衡决定了脱氧后的溶解氧含量;第二步为团簇聚集成核,该过程涉及团簇的扩散和类液态结构向固态或晶体结构的转变行为,是脱氧反应的限制性环节,决定了夹杂物的形核率。因此,要实现对夹杂物尺寸分布的控制,需进一步研究影响第二步的相关因素以及控制方法。     

无取向电工钢WG350生产过程中夹杂物的行为与控制

为了更好地控制WG350无取向电工钢中的夹杂物,采用扫描电子显微镜、Aspex系统分析了精炼、连铸过程和成品板中夹杂物的类型、数量及尺寸的演变规律。结果表明,氩站开始出现大尺寸含P复合夹杂物,该类型夹杂物大部分在RH脱碳后会上浮去除。RH加铝脱氧时生成的Al_2O_3以团簇状和块状为主,前者尺寸范围为0.5～5μm且大部分被去除,而块状Al_2O_3会一直遗留至成品中。RH合金化后,钢液中夹杂物数量达到最大,夹杂物类型除Al_2O_3外,主要还有复合氧化物、复合氧硫化物。成品板中夹杂物种类及数量关系为:氧硫化物氧化物氮化物氮化物+氧化物氮化物+硫化物氮-氧-硫复合物硫化物。钢中氧硫(质量分数)由49×10~(-6)降低至13×10~(-6)时,夹杂物种类及数量均会大幅度减少。     

钢中铝-硅-锰复合脱氧反应的热力学计算

复合脱氧后钢液的最终氧含量优于单独脱氧的效果,同时复合脱氧可产生低熔点、易聚合长大的复合夹杂物,实现最佳的脱氧效果。用热力学方法计算了铝-硅-锰复合脱氧的效果,结果表明,在不同硅锰比下,复合脱氧均比单独用铝脱氧的最终氧含量要低;根据脱氧产物为锰铝榴石的原则得出了合金脱氧剂的组成成分。热态试验验证了理论计算结果。     

冷轧薄板中分层现象的研究

轧制冷轧薄板时常出现分层"起泡"现象,并造成废品.截取大量薄板"起泡"分层试样,进行金相观测,对分层裂纹的典型部位进行电镜分析.使用Scheil方程计算了钢水凝固过程中存在的[O],过量氧导致FeO夹杂物沿晶界析出;在轧制过程中FeO夹杂物严重破坏基体的连续性,引起分层.为避免分层现象,冶炼时加强脱氧,采取全程保护浇注,降低钢中氧含量.     

Fe-2.2%Si钢在不同气氛下的高温氧化行为

为了探究硅元素、加热工艺参数(气氛、温度以及时间)对Fe-2.2%Si钢表面氧化铁皮形成过程的复合作用及影响机理,利用热重分析仪(TGA)研究了Fe-2.2%Si钢在600～1 150℃干燥空气和水蒸气条件下的高温氧化行为,利用试验得到的氧化增重数据计算出了氧化速率常数和氧化激活能,并建立了氧化动力学模型。此外,还明确了在2种气氛下氧化铁皮的生长机制与结瘤机理。试验结果表明,在2种不同氧化气氛下得到的氧化增重曲线均符合抛物线规律。当氧化气氛中含有水蒸气时,试验钢的氧化速率提高,氧化激活能降低,导致了试验钢的氧化增重增加。在2种氧化气氛下,试验钢的氧化产物均由氧化铁皮和氧化铁皮与基体界面处的富硅层组成,但在水蒸气下得到的试验钢的富硅层疏松多孔,且氧化铁皮中出现大量的孔洞以及裂纹。其氧化机制主要是氧化铁皮生长过程的生长应力以及水蒸气的存在导致生成的H₂向外扩散,造成氧化铁皮出现大量孔洞和裂纹,为氧化介质的扩散提供了通道,有利于气相物质扩散,进而促进了试验钢的氧化行为。此外,由于在氧化铁皮与基体界面形成的富硅层消耗了基体中的硅元素,导致基体表层出现贫硅区,氧化介质可以通...     

钇在铁液中脱氧、脱硫和脱硫氧的热力学研究

本文采用铁液与反应产物直接平衡法,并用浓差定氧和低温无水电解分离反应产物等技术,研究1575、1600、1625℃铁液中钇脱氧、脱硫和脱硫氧的热力学。测定了钇的脱氧常数、脱硫常数和脱硫氧常数;钇与氧的一阶活度相互作用系数,钇与硫的一、二阶活度相互作用系数与温度的关系;铁液中 Y_2O_3、YS、Y_2O_2S 的标准生成自由能、钇的标准溶解自由能、活度系数和自相互作用系数与温度的关系;绘制了[Y]-[S]-[O]平衡立体图和α_O-α_S 平衡图,为预测钇的夹杂物生成的先后次序及类型提供了依据。