含钛焊丝钢铝钛氧化物夹杂形成的热力学分析及应用

采用热力学方法对含钛合金焊丝钢中氧化铝和氧化钛夹杂物的形成进行了理论计算.利用扫描电镜对钢中夹杂物的性质进行了分析.结果表明:TiO2-Al2O3和Ti2O3-Al2O3竞争氧化反应的临界条件分别为[％Ti]/[％Al]4/3=84.49和[％Ti]/[％Al]=7.46;当[％Ti]/[％Al]4/3＜ 84.49和[％Ti]/[％Al]＜7.46时,钢中优先生成Al2O3,反之生成Ti2O3或TiO2.当钢中w(Alt)由0.036 0％降至0.004 6％,钢中夹杂由Al2O3向Al2O3·TiOx、TiOx型转变,与理论计算相符.通过控制钢中w(Alt)＜0.005 0％和软吹工艺参数,可有效减少Al2O3夹杂数量,连浇炉数提高至6炉.     

含Ti焊丝钢钢水可浇性的研究与控制措施

永锋淄博有限公司钢轧厂于2015年开始试制高附加值含Ti焊丝钢,但在连铸生产过程中,钢水可浇性差,出现严重的水口"套眼"现象,连浇炉次仅为1、2炉。针对造成水口"套眼"的典型夹杂物类型系统检测与产生机理的研究,通过优化生产过程中各项工艺,有效控制钢中[Ti]/[Al]~(4/3)84.49、[Ti]·[N]≤3.5×10~(-3)%、钢中[O]含量以及抑制固态二氧化硅或是固溶体富硅酸锰类夹杂物产生条件,尽最大可能降低含Ti焊丝钢水口"套眼"产生的可能性,目前含Ti焊丝钢连浇炉数可达5炉以上。     

含钛焊丝钢小方坯连铸水口的结瘤机制

 利用扫描电镜对含钛焊丝钢中夹杂物性质及连铸水口结瘤物的物相组成进行了分析,并结合热力学计算研究了水口结瘤的形成机制。结果表明,LF 精炼出站钢液中存在大量Al2O3、TiO2夹杂物,并不断附着沉积在水口内壁形成氧化铝型、氧化钛型或两者结合的结瘤物,连浇炉数仅为4次。通过优化钢中［Al］-［Ti］-［O］关系,控制铝质量分数在钛-铝竞争氧化平衡线之上,即w(［Ti］)/w(［Al］)4/3>84.49 且w(［Ti］)/w(［Al］)>7.46,当钢液中w(［Al］)<0.0068%时,能够降低Al2O3夹杂比例,有效减轻水口结瘤,连浇炉数提升至6炉次。     

超低氧钢 20CrMoH 和 60Si2MnA 中 TiN 夹杂的控制

研究了超低氧(10×10-6)钢20CrMoH和60Si2MnA转炉终点[C]和LF渣(TiO2)对转炉终点[Ti]和LF精炼过程△[Ti]的影响,以及[S]、[N]对TiN生成的影响.结果表明,试验钢TiN夹杂有两类:(1)单独TiN;(2)CaS为核心的复合TiN.20CrMoH钢中TiN夹杂较少,60Si2MnA钢中TiN占夹杂总量的50%～0%.随铸坯中S含量的增加,TiN夹杂含量增加;当[Ti]为(69～80)×10-6,[N]、[S]分别从(60～74)×10-6和(30～35)×10-6降至(27～35)×10-6和(14～20)×10-6时,TiN个数从4.4～6.1.个/cm2降低到0.4～1.1个/cm2;当[S]≤0.002%,钢中无CaS-TiN复合夹杂析出.     

ER70S-G高钛焊丝钢LF炉冶炼工艺优化

通过热力学计算得出高钛焊丝钢冶炼过程,m([Ti])/m([Al])7.69,[Ti]具有竞争性,其与钢水中的氧化物进行反应,生成难熔的钛的氧化物。通过优化LF炉精炼工艺,连铸平台夹杂物尺寸3μm,当量直径5μm,夹杂物0.9个/mm~2,夹杂物熔点集中在1 600℃以下,保证了可浇性,连浇炉数达到8炉。     

Ti-IF钢非金属夹杂物形核热力学和演变机理

通过热力学计算与SEM-EDS检测对酒钢BOFLFRHCSP工艺Ti-IF钢夹杂物形核的热力学进行了研究。结果表明,在Ti-IF钢中夹杂物形核主要是非均匀形核,最易形成TiN,其次为CaO,然后为Al_2O_3。温度升高有利于Al_2O_3、CaO的形成;TiN的形成受温度影响较小。Ti-IF钢中w([Als])控制为0.027%~0.055%时,w([Mg])只需大于0.000 015%,就会有镁铝尖晶石MgO·Al_2O_3(MA)析出。Ti-IF钢中夹杂物演变主要有3种途径,分别为尖晶石与硅酸钙的复合夹杂Al_2O_3→MA→MgAlCaSi、低熔点的铝酸钙夹杂Al_2O_3→CaO·6Al_2O_3(CA_6)→CaO·2Al_2O_3(CA_2)→CaO·Al_2O_3(CA)→3CaO·Al_2O_3(C_3A)/12CaO·7Al_2O_3(C_(12)A_7)以及钛的复合物或钛的化合物Al_2O_3→TiOx→Al_2O_3·TiOx和Ti→TiN/Ti(C,N)。     

开浇前中包充氩对圆坯钢水洁净度的影响

为研究开浇前中包充氩工艺对圆坯钢水洁净度的影响,设计了三种开浇前中包充氩工艺试验,量化分析了三种工艺条件下全氧及夹杂物的变化。结果表明,RH出站至CCM1期间,方案1~3钢中T.O分别增加16.3%、19.1%和77.6%,w(Al_2O_3)在10%以上的钙铝酸盐夹杂物数量密度分别增加26.8%、63.9%和345.1%,充氩炉次与不充氩炉次钢中夹杂物数量密度分别增加11.90%和211.78%,开浇前采用中包充氩有利于降低开浇阶段钢水的二次氧化,且充氩时间延长可进一步降低钢水的二次氧化,但考虑到中包充氩对中包温度的影响,建议开浇前中包充氩时间控制在3~5min。     

中薄板坯流程生产IF钢中包水口结瘤控制

采用扫描电镜、能谱分析等方法,对BOF-RH-CC中薄板坯流程生产含钛IF钢浸入式水口结瘤的原因进行了分析。结果表明,含钛IF钢水口结瘤的原因为水口本体内部的C与SiO_2发生反应产生氧化性气体,氧化性气体和钢水中的[Al]、[Ti]反应在水口内壁上形成反应层,反应层促进了钢水中原有的Al_2O_3和Al-Ti-O复合夹杂物快速向水口内壁沉积。Ti的存在加重了水口结瘤的发生。以全流程氧位控制为目标,通过转炉终点控制、RH精炼、顶渣改质、中薄板坯连铸等工艺优化,使RH出站钢水T[O]质量分数控制在35×10~(-6)以下,中包钢水T[O]质量分数控制在30×10~(-6)以下,水口结瘤现象得到明显改善,单支水口平均连浇炉数由1.2炉提高至3炉,单支水口连浇时间提高到177 min。     

薄厚度板坯连铸机非稳态连铸坯中夹杂物分布

针对鞍钢股份有限公司薄厚度(200 mm)板坯连铸机生产的非稳态铸坯中夹杂物分布进行了研究。Factsage热力学计算结果表明,铸坯中的夹杂物类型主要为Al_2O_3、TiN、Ti_2S_3、MnS,及其复合夹杂物,该计算结果与夹杂物分析结果相符。在铸坯厚度方向上,内弧近表面侧的夹杂物类型主要为TiN,Ti_2S_3和Al_2O_3+TiN复合夹杂物,且数量密度最大,这是由于内弧近表面侧铸坯冷却速度较快,这些夹杂物均质形核析出所致。铸坯宽度方向上,宽度1/2处夹杂物的主要类型为Ti_2S_3,(Ti, Mn)S,TiN和TiN+(Ti, Mn)S,并且数量密度最大,这主要是因为S和N元素在铸坯宽度1/2更容易偏析富集所致。由于尺寸不小于5μm夹杂物的数量密度按照头坯、过渡坯、正常坯、尾坯依次减少,所以研究中铸坯洁净度较好顺序是尾坯正常坯过渡坯头坯。这与开浇初期中间包流动状态不稳定、夹杂去除条件差、存在二次氧化,大包交换过程中的拉速变动、结晶器液面波动加大等因素有关。铸坯中存在较多大于50μm的球形和不规则形"Al_2O_3+气泡"气泡型夹杂,意味着更大尺寸的"Al_2O_3+气泡"气泡型夹杂发生概率较大,这容易造成热镀锌汽车外板表面线状缺陷的发生,因此应该更加严格地控制浸入式水口吹氩流量。     

合金弹簧钢51CrV4中镁铝尖晶石夹杂行为研究

针对冶炼合金弹簧钢51CrV4过程存在大量MgO·Al_2O_3类夹杂的问题,采用现场取样及扫描电镜和能谱分析等手段,对51CrV4钢冶炼过程中夹杂物的转变过程进行研究,分析了冶炼过程中MgO·Al_2O_3夹杂的来源和生成过程,并对采用钙处理对钢中镁铝尖晶石改性行为的可行性进行了探讨。研究结果表明:51CrV4冶炼过程中,当钢中w(Mg)=(0.55~30.6)×10-6时均能生成MgO·Al_2O_3夹杂。而当钢中w(Ca)达到6×10-6时,MgO·Al_2O_3夹杂出现液态复合夹杂物,并随着钢中[Ca]含量的提高液态复合夹杂物含量快速增加,而尖晶石夹杂含量减小。当钢中w(Ca)达到35×10-6左右时,MgO·Al_2O_3夹杂完全转变为液态。     

含Ti铝镇静超低碳钢连铸过程水口堵塞控制实践

分析水口堵塞物组成及其堵塞发生的机理得出,含Ti铝镇静超低碳钢连铸过程水口堵塞物呈分层结构,由反应层和粘结层组成,其中反应层为耐材酸性物质与钢水中Al反应以及钢水因与堵塞壁面接触温度降低、夹杂物析出反应所致,粘结层由夹杂物伴随冷钢堆积所致,且粘结层中Al含量由内至外呈增加的趋势,Ti含量则呈减少的趋势。通过顶渣改质将(FeO+MnO)控制在8%以下、RH脱碳终点[O]控制在0.030%以内,以及采用开浇前中间包充氩置换工艺等优化措施,含Ti铝镇静超低碳钢连浇炉数由原来的3炉提升至5炉,水口堵塞率由原来的80%降低至30%。     

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.      

高强度船板钢钙处理热力学计算分析-夹杂物变质研究和应用

通过钙处理过程中Fe-Al-Ca-O-S体系的热力学平衡计算,得出在1 873 K时各种平衡态下的[Al]-[O]、[Al]-[Ca]、[Al]-[S]平衡曲线图,并系统分析了各组元对夹杂物变质的影响。研究发现F-级高强度船板钢[Al]为0.02%~0.03%时,为保证夹杂物充分变质,钢中[O]控制在25×10~(-6)以下;钢液中生成12CaO·7Al_2O_3的[Ca]为15.24×10~(-6)~19.97×10~(-6),生成3CaO·Al_2O_3的[Ca]为70.87×10~(-6)~92.88×10~(-6);适当低的钢液温度有利于生成CaS,抑制MnS的聚集析出。120 t BOF-LF-VD-板坯连铸流程生产F-级高强度船板钢DNV F40(/%:0.092C,0.41Si,1.56Mn,0.015P,0.002S,0.032A1,0.035Nb,0.035Ni,0.010Ti,0.080V)的结果表明,当LF精炼渣组成/%:24.9Al_2O_3,55.6CaO,7.7MgO,8.0SiO_2,1.24TFe,加钙前钢中铝含量0.03%,氧含量0.0010%时,每炉钢水喂纯钙线150 m(0.21 kg/m),钢中夹杂物由加钙前Al_2O_3变质为球形钙铝酸盐夹杂物。     

冷轧基料冶炼工艺优化生产实践

通过优化冷轧基料冶炼工艺路线,实施钢包顶渣改质,改善炉后吹氩质量,连铸全程保护性浇注等措施,铸坯夹杂物控制水平、连铸连浇炉数及板坯质量得到了提高,实现了冷轧基料不走精炼,吨钢成本降低49.25元。     

SUS436L超纯铁素体不锈钢夹杂物的形成机理

采用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱面扫描等仪器设备研究了钛稳定化SUS436L超纯铁素体不锈钢板材的夹杂物类型,结合热力学计算分析各类夹杂物的生成机理。结果表明,SUS436L不锈钢的夹杂物主要包括纯TiN颗粒、TiN包裹MgO·Al_2O_3尖晶石的复合夹杂以及Al_2O_3-CaO-TiO_2复合氧化物;当w([N])为0.007 0%、钢液温度为1 600~1 650℃时,平衡钛质量分数为0.23%~0.38%;当钢液温度为1 600℃、w([Al])为0.02%时,w([Mg])大于0.000 8%时生成MgO·Al_2O_3,w([Mg])大于0.004 4%则生成MgO;当钢液温度为1 600℃、w([Al])为0.02%时,钙处理后w([Ca])为0.000 14%~0.000 36%、大于0.000 36%时分别生成低熔点的12CaO·7Al_2O_3及3CaO·Al_2O_3,且在钛合金化后易生成低熔点的Al_2O_3-CaO-TiO_2复合氧化物。     

中薄板坯流程生产IF钢中包水口结瘤控制

采用扫描电镜、能谱分析等方法,对BOF-RH-CC中薄板坯流程生产含钛IF钢浸入式水口结瘤的原因进行了分析。结果表明,含钛IF钢水口结瘤的原因为水口本体内部的C与SiO2发生反应产生氧化性气体,氧化性气体和钢水中的[Al]、[Ti]反应在水口内壁上形成反应层,反应层促进了钢水中原有的Al2O3和Al-Ti-O复合夹杂物快速向水口内壁沉积。Ti的存在加重了水口结瘤的发生。以全流程氧位控制为目标,通过转炉终点控制、RH精炼、顶渣改质、中薄板坯连铸等工艺优化,使RH出站钢水T[O]质量分数控制在35×10^-6以下,中包钢水T[O]质量分数控制在30×10^-6以下,水口结瘤现象得到明显改善,单支水口平均连浇炉数由1.2炉提高至3炉,单支水口连浇时间提高到177 min。     

改善XY70S-6G冶炼工艺提高连浇率

高强焊丝用钢自开发以来,为了保证钢水中较高的含Ti量,采用添加Al的方式,以Al保护Ti不被氧化,使得钢中非金属夹杂物增加,降低了钢水的可浇性,造成连铸工序连浇率低,生产成本高.通过对炼钢、精炼、连铸工艺的不断优化,合理安排钢水节奏,提高了钢水可浇性,进而提高了连铸连浇率,降低了生产成本,使高强焊丝用钢生产批次连浇炉数得到了大幅度提高.     

IF钢板坯连铸工艺优化

 通过下渣检测系统、FC结晶器、塞棒吹氩、全程保护浇注、炼钢—精炼—连铸节点控制、IF钢洁净度判定等连铸工艺的应用和优化,解决了塞棒失控、结晶器液面波动、浸入式水口堵塞、漏钢预报系统误报等问题。在板坯连铸IF钢时,取得了月均夹杂物质量分数达0.22%,增氮合格率大于等于85%,连浇炉数大于等于6炉等良好效果。     

高钛焊丝用钢的钢液可浇性改善

 用扫描电镜（SEM/EDS）分析了高钛焊丝钢连铸水口结瘤物和钢液中夹杂物的形貌和组成,结果表明：结瘤物的主要组成是[TiOx]和凝钢;精炼结束后钢液中的夹杂物主要是[MnO-Al2O3-SiO2-TiOx]、[MgO-Al2O3-TiOx]和[TiOx]类夹杂物;钢液中大量的高熔点含钛夹杂物是导致水口结瘤的主要原因。对钢液中的Al-Ti-O平衡和钢渣间的平衡进行了热力学计算,结果表明：当[w([Al])/w([Ti])＜0.15]时,氧优先与钛结合,反之优先与铝结合;当钢包渣中的[w((FeO))][＜]0.05%、[w((SiO2))][＜]15%时,可避免钛被炉渣氧化。通过对冶炼工艺参数和操作过程的优化,钢液中[TiOx]的质量分数从0.002 4%降低到0.001 0%以下,钢液的可浇性得到明显改善。     

20CrMnTi钢流动性差的原因分析与改进措施

针对20CrMnTi钢浇铸过程水口结瘤、流动性差的问题,对水口堵塞物进行分析,结果表明,主要原因是Al_2O_3夹杂上浮不充分和钢水的二次氧化。通过优化转炉操作,提高钢包底吹透气效果,引入连铸机大包智能吹氩系统,优化全保护浇铸工艺等改进措施,改善了钢液的可浇性,连续7个浇次连浇40炉以上未发生停流事故。