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。     

硅锰脱氧55SiCr弹簧钢中镁铝尖晶石的形成及演变

 某钢厂生产的55SiCr弹簧钢采用硅锰脱氧工艺,但在其冶炼过程中存在大量尖晶石类夹杂物,对最终产品的性能十分不利。尖晶石等硬、脆性夹杂物是弹簧在服役过程中疲劳断裂的主要因素之一,因此为明确弹簧钢中该类夹杂物的来源,进而控制并去除钢中非金属夹杂物,通过夹杂物自动分析、扫描电镜和能谱分析等手段,结合FactSage热力学计算分析了55SiCr弹簧钢冶炼过程夹杂物的演变及主要夹杂物的形成机理。分析结果表明,LF精炼后钢中夹杂物数量大幅上升,且其平均成分偏向SiO₂-Al₂O₃-CaO三元相图中高熔点区域;夹杂物主要以SiO₂·Al₂O₃·CaO·MgO为主,多表现为钙铝酸盐包裹或半包裹尖晶石的复合夹杂物类形态,此外还有少量单独的尖晶石夹杂物存在于钢中。对于上述夹杂物的形成及演变进行热力学计算,结果表明,钢液中Mg、Al含量上升将导致钢中析出大量尖晶石夹杂物,并与液态夹杂结合形成含镁复相夹杂物;同时,钢液成分的变化也会导致精炼过程生成的SiO₂·Al₂O₃·CaO·MgO类夹杂物中MgO、Al₂O₃含量大幅增加,在复合夹杂物内部析出尖晶石相。因此,为减少硅锰脱氧弹簧钢中尖晶石类硬脆性夹杂物的生成,需要严格控制钢中Mg、Al含量,尽可能降低夹杂物中MgO、Al₂O₃含量,以实现对弹簧钢中非金属夹杂物的塑性化控制。     

疲劳性能不合格的38Si7弹簧钢夹杂物分析

  针对工业生产38Si7弹簧钢疲劳强度不合格的问题,借助光学显微镜和扫描电镜,并结合数学理论模型,从夹杂物的角度分析38Si7弹簧钢疲劳强度不合格的原因。研究结果表明：工业生产38Si7弹簧钢中的夹杂物主要组成为CaO(MgO) Al2O3 SiO2三元复合夹杂物,而且圆截面上中心区域复合夹杂物中Al2O3的含量明显低于外层复合夹杂物中Al2O3的含量;根据夹杂物等效投影面积模型得出,当疲劳失效为内部起裂时,临界夹杂物尺寸大约为6.5μm,当疲劳失效为表面起裂时,临界夹杂物尺寸大约为5.5μm。当弹簧钢中的夹杂物尺寸大于临界夹杂物尺寸时,容易造成疲劳强度失效。     

不同冶炼方法下50Mn环件钢非金属夹杂物的分析

为了研究马钢转炉冶炼与电炉冶炼在非金属夹杂物控制水平方面的差异,利用ASPEX夹杂物分析仪分别对转炉钢与电炉钢轧制环件进行了夹杂物定量检测分析。结果表明:电炉钢轧制环件中单位面积内的夹杂物数量约为8.0个/mm2,而转炉钢轧制环件中单位面积内的夹杂物数量为17.6个/mm2;电炉钢中超过10μm的大尺寸夹杂物约占夹杂物总数的2.84%,而转炉钢试样中10μm以上的夹杂物约占夹杂物总数的4.85%。虽然电炉钢的洁净度优于转炉钢,但电炉钢10μm以上大尺寸夹杂物中脆性夹杂物的比例明显高于转炉钢,提高电炉钢中脆性夹杂物的控制水平仍是今后电炉钢冶炼控制的重点。     

含钛夹杂物对大热输入焊接用钢HAZ韧性的影响

 通过调整冶炼工艺,研究钢中氧化钛和氮化钛的数量、尺寸及分布规律,并利用热力模拟试验机对试验钢的大热输入焊接热影响区韧性进行分析。试验结果表明：实施新的冶炼工艺能够使钢中形成大量细小的氧化钛和氮化钛类夹杂物;在熔合线部位温度为1400℃时,钢中的TiN因溶解而失去钉扎作用。尺寸小于5μm的含Ti2O3和MnS的复合夹杂物,其形成IAF的能力强;尺寸为5～6μm的这类夹杂物具有IPF的形核能力。新的冶炼工艺能够大幅度提高大热输入焊接热影响区韧性。     

弹簧钢55SiCr的夹杂物研究

利用电子探针和氧氮分析仪,对不同的冶炼及成材工艺生产的弹簧钢55SiCr小方坯中的夹杂物,以及小方坯夹杂物对成品盘条的遗传性规律进行了研究。结果表明,55SiCr方坯中的夹杂物成分不受成材工艺的影响,塑性化工艺的主要夹杂物中SiO_2含量偏高,而洁净钢工艺中夹杂物Al_2O_3含量偏高。塑性化工艺下试样的夹杂物尺寸偏大,"二火成材"工艺能够显著降低方坯中夹杂物的尺寸。"洁净钢"+"二火成材"工艺是比较可行的弹簧钢55SiCr生产路线。     

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...     

Al2O3夹杂物在钢-渣界面处的运动特性及去除率

通过理论计算和分析,研究了夹杂物颗粒在钢-渣界面处夹杂物去除层内的运动特性及去除率。结果表明:在夹杂物去除层内,Al2O3夹杂物颗粒的布朗扩散上浮临界尺寸为1.33μm,直径小于临界尺寸的夹杂物颗粒很难上浮去除;布朗碰撞的优势区域主要是直径为2.5μm以下的夹杂物颗粒之间以及直径为2.5～5μm夹杂物颗粒与0.5μm以下的微小颗粒之间的碰撞;直径为20～150μm的夹杂物颗粒在钢-渣界面去除层中9min内很容易完全上浮去除,而直径小于10μm的夹杂物颗粒去除率很低且升高缓慢,是提高钢液洁净度的主要控制对象。     

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。     

Mg处理对X65管线钢中夹杂物的影响

在实验室用真空感应炉冶炼3炉X65管线钢,其中2炉钢进行镁处理。分析非镁处理钢和镁处理钢中夹杂物的变化特征,研究镁处理对X65管线钢中夹杂物的影响。结果表明:1)非镁处理钢中的夹杂物主要是Al_2O_3系夹杂,镁处理钢中的夹杂物类型主要是MgO-Al_2O_3系夹杂;2)镁处理钢中粒径小(1~5μm)的夹杂物比例相对较高,大颗粒( 15μm)夹杂物明显减少;3)粒径较大的夹杂物主要是Al_2O_3夹杂和靠近低熔点区域的夹杂,靠近镁铝尖晶石成分的夹杂物粒径较小,说明镁处理可使钢中夹杂物变得细小而分散;4)镁处理钢中存在大量的尺寸细小的MgO·Al_2O_3系夹杂物,可以为硫化物的析出提供形核核心,从而减少硫化物在晶界的析出数量。     

多因素影响下吸附杆吸附能力研究

连铸过程中,将耐材质吸附杆经塞棒插入到浸入式水口内,吸附流经水口的夹杂物,可提高钢水洁净度。通过高温热态试验,分析了凹槽深度、凹槽方向和凹槽个数等多因素影响下吸附杆的吸附能力。结果表明:不同结构吸附杆对钢液中不同尺寸级别夹杂物化学吸附作用不同,当凹槽深度、凹槽方向、凹槽个数共同作用时,对于5μm、10~20μm夹杂物,凹槽个数为3个,凹槽深度为2 mm,凹槽平行于旋转方向,且夹杂物位于试样中部时去除效果最佳;对于5~10μm、20μm夹杂物,凹槽个数为3个,凹槽深度为2 mm,凹槽平行于旋转方向,且夹杂物位于试样边部时去除效果最佳。同一结构下,吸附杆凹槽平行旋转方向时更有利于钢液中不同尺寸级别夹杂物的化学吸附。试验为洁净钢冶炼提供了数据支撑,具有一定的指导意义。     

55SiCr弹簧钢RH真空脱气过程中夹杂物的去除行为

利用Aspex Explorer夹杂物快速分析仪对55SiCr弹簧钢RH处理过程中T.O含量以及夹杂物的形貌、成分、数量、尺寸大小进行了系统研究。结果表明,钢水的T.O含量和夹杂物数量随RH真空处理时间的增加而降低,但降低速度越来越慢。RH真空处理过程中夹杂物主要为球状、含有少量MgO的SiO2-Al2O3-CaO系夹杂物,其成分向SiO2含量增加、Al2O3含量降低的方向移动,且逐渐转变为液相夹杂物。真空处理25min时,夹杂物的去除率分别达到86.24%和87.85%。1~9μm的小颗粒夹杂物数量随真空处理时间的增加而减少,而尺寸大于9μm的夹杂物数量则先增加后减少,RH真空处理时间为15min时达到最大值。     

RH铝脱氧后夹杂物碰撞聚合去除的数学模型

在夹杂物碰撞经典聚合模型的基础上,使用了指数级增长的夹杂物分组方式,建立RH铝氧反应生成夹杂物、夹杂物碰撞聚合和夹杂物去除过程的数学模型,从而对RH冶炼过程夹杂物的质量分数及分布进行预测。得到结论如下：模拟结果与文献给出数据有很好的吻合度,模型真实可靠。夹杂物质量分数随着金属铝的加入而快速增加,循环300 s后,夹杂物的总质量分数从最开始的0升至0.065%左右,夹杂物质量分数达到最大值,继而在上浮、壁面吸附和顶渣吸附的作用下去除。经过900 s左右的钢液循环后,夹杂物的总质量分数降至0.01%左右,其整体去除率在84.6%左右,说明RH循环对夹杂物有很好的去除作用。加铝后900 s,2μm和50.8μm的夹杂物质量分数的最大值分别为0.000 02%和0.007 8%。     

60Si2Mn弹簧钢穿管外折原因分析

针对60Si2Mn弹簧钢穿管外折问题,通过金相组织观察和扫描电镜分析手段研究了穿管外折缺陷。金相研究结果表明:60Si2Mn弹簧钢穿管外折起源于圆钢表面裂纹缺陷,由于加工旋转特性,形成宏观螺旋性分布形貌、微观缺陷错位形貌。电镜分析结果表明:缺陷内部、根部及近表面分布着大量SiO_2、SiO_2-MnS-FeO及SiO_2-MnO-FeO大型夹杂物,追溯冶炼过程,硅铁加入过晚是造成圆钢表面裂纹缺陷的起因。     

铈对新型超级双相不锈钢2707HD夹杂物变性的影响

为了提高钢的洁净度,实现夹杂物无害化控制,研究了稀土铈对新型超级双相不锈钢2707HD中夹杂物变性行为的影响。通过热力学计算,初步判定了加入铈后钢液中可能生成夹杂物的类型。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和Image-Pro6.0软件对钢中夹杂物的尺寸、形貌和类型进行表征和分析。结果表明,当铈的质量分数为0.03%时,钢中尺寸小于1和1~2μm夹杂物的比例均增加,而大于2μm夹杂物的比例下降;当铈的质量分数为0.06%时,小于2μm夹杂物的比例下降,并且有大于5μm的夹杂物生成。铈使不规则的Al_2O_3夹杂物变性为规则的Ce_2O_3和Ce_2O_2S稀土夹杂物,并伴有Ce_2O_3-Ce_2O_2S和CeAlO_3-Ce_2O_2S复合夹杂物的生成,有效减少了钢中不规则夹杂物的数量。     

钢中大尺寸稀土夹杂物的金相和透射电镜观察分析

以添加稀土等微合金化元素的5CrNiMo钢为例,通过金相显微镜和透射电镜等手段探讨了大尺寸稀土夹杂物的形成机理.研究表明,钢中大尺寸稀土夹杂物是以两个或多个夹杂物独立形核,长成0.3μm～0.5μm的夹杂物,由于稀土夹杂物的高吸附性,最终可相互吸引合并成为1μm～5μm的大尺寸稀土夹杂物.所形成的稀土夹杂物尽管尺寸具有数量级的差别,但形态呈球状或者近球状及椭圆状,没有尖角,进一步说明稀土元素起到了对夹杂物的变质作用.     

高级别管线钢夹杂物分析与防御措施

通过运用化学成分分析仪、扫描电镜、能谱仪及ASPEX-1020夹杂物自动分析仪对兴澄特钢X80管线钢冶炼过程中钢水成分的变化和夹杂物数量、密度、成分的变化规律进行了分析,表明S含量、Al2O3夹杂的变性、去除、连铸保护浇注是影响夹杂物的关键因素,采取LF精炼和保护浇注等措施有效控制S含量在10×10-6以下;使Al2O3夹杂物变性为钙铝酸盐,促进夹杂上浮与吸收。取得了将铸坯中的夹杂物尺寸控制在7μm以下,从而稳定管线钢的各项性能的显著效果。     

真空感应炉炉衬材质对Inconel 690合金纯净度的影响

 为了研究坩埚材质对真空感应炉熔炼镍基合金Inconel 690纯净度的影响,在200、500kg真空感应炉上,分别使用镁质坩埚、钙质坩埚、铝镁质坩埚冶炼了Inconel 690合金,分析了产品中全氧含量、硫含量及氧化物夹杂数量、尺寸。真空感应炉铝镁质坩埚冶炼的产品全氧含量可达到(10~15)×10-6(质量分数,下同),硫含量55×10-6,合金中存在粒径5~10μm的D类夹杂物和粒径50μm以下的B类夹杂物,产品纯净度较高。钙质坩埚冶炼的产品硫含量可达到10×10-6,全氧含量平均为33×10-6,合金中存在大量的粒径5~10μm的D类细小夹杂物,同时存在少量粒径50~100μm的大型钙硅酸盐夹杂物。镁质坩埚冶炼的合金中全氧、硫含量分别为28×10-6、55×10-6,存在大量粒径50μm以上的B类氧化物夹杂。Inconel 690合金通常采用真空感应炉加电渣重熔的工艺路线生产,不考虑硫含量对纯净度的影响,建议真空感应炉采用铝镁质炉衬冶炼Inconel 690合金。     

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。     

1950MPa级弹簧钢55SiCrA疲劳断口夹杂物来源分析

采用SEM-EDS对1950 MPa级油淬火钢丝Nakamura旋转弯曲疲劳断口和弹簧疲劳断口宏观夹杂物的成分及尺寸分布进行检测,借助ASPEX Explorer自动扫描电镜对弹簧钢55SiCrA盘条显微夹杂物成分、尺寸及分布进行检测统计。通过对比发现,疲劳断口宏观夹杂物与钢中显微夹杂物成分近乎一致,表明其主要来源为脱氧产物和钢渣反应产物。并根据断口夹杂物的尺寸分布特点推测此疲劳条件下夹杂物的临界尺寸为20μm,最后指出采用夹杂物的塑性化生产工艺,借助结晶器流场优化提高铸坯表层洁净度是后续改进方向。