钢中非金属夹杂物形成规律的探讨(3)

本期刊登的第三部分,叙述了以下三个方面的内容,根据《金属世界》前两期连载的排序有:对于钢中氧化物夹杂的形成机制,从溶解到析出与其他元素生成化合物的过程和可能性进行了探索和讨论;影响夹杂物去除的因素很多,这里讨论了与凝聚上浮无关的其他不确定因素的作用和影响,认为惟一可以减轻这种缺陷的操作是:尽可能降低钢水中的杂质元素含量并保持钢水的高洁净度;讨论了还不为人们所注意的几个细致的问题,技术、操作和设备水平都有可能影响到最终的夹杂物含量和尺寸,认为控制夹杂物要像绣花一样精心才有可能。最后刊出了本教程的结论。     

钢中非金属夹杂物控制技术发展现状及展望

钢中夹杂物的数量、尺寸、分布规律对钢产品质量有较大影响,因此,控制钢中非金属夹杂物是冶炼高品质洁净钢、提升产品品质的关键。通过对钢中非金属夹杂物性质、来源入手,分析了夹杂物碰撞、聚合长大、上浮及去除机理,同时对气泡吸附、电磁净化、过滤分离等夹杂物控制技术进行了对比分析,并对氧化物冶金技术发展现状进行了介绍。研究表明,气泡法与过滤法是以气泡和过滤器为媒介对钢水中夹杂进行吸附、捕捉并促进其进入渣相;电磁净化法借助电磁场离心力增加夹杂物碰撞、聚集长大的几率,但设备较为复杂,其应用受电力资源供给限制;夹杂物改性技术是将高熔点夹杂变性生成低熔点夹杂,促进夹杂物上浮,其操作简单,但容易造成钢水的二次污染。氧化物冶金技术通过改变夹杂物大小、形状和分布来钉扎和抑制高温下奥氏体晶粒的长大,避免粗大晶粒的形成,从而实现细化组织、提高钢的强度和韧性的目的。氧化物冶金技术为夹杂物的控制提供了新思路,具有重要的应用前景。     

连铸板坯凝固过程中夹杂物运动模拟研究

基于CFD建立了连铸过程中钢液流动、凝固及夹杂物运动三维数学模型。考虑铸坯弧形和水口形状,研究了连铸板坯凝固坯壳对钢液流动和夹杂物运动的影响,得出了夹杂物的上浮率及在凝固铸坯上的分布。研究结果表明,铸坯凝固对钢液流场有显著影响。凝固坯壳阻碍钢液向下流动,考虑凝固的钢液回流区更靠近弯月面,钢液流出回流区更趋于向铸坯中心运动;凝固的夹杂物上浮率相对于不考虑凝固的夹杂物上浮率高。     

H13钢中非金属夹杂物在LF-VD精炼过程的行为研究

H13钢是热作模具钢中应用最广泛的钢种之一,夹杂物对其性能有严重危害。结合某钢厂生产实际情况,以现场取样为基础,用金相显微镜、扫描电镜系统地研究了LF-VD精炼过程中的夹杂物,计算和分析了H13钢冶炼过程中生成Al2O3、MgO.Al2O3类夹杂物的热力学条件。研究结果表明:钢液经LF精炼、VD处理后,钢中夹杂物的数量和面积明显减少,但随着炉渣中Al2O3活度的增大,炉渣吸附Al2O3类夹杂物的能力减弱,去除Al2O3夹杂物的速度减慢;夹杂物在LF精炼前主要以Al2O3、FeS、MgO.Al2O3类夹杂为主,LF精炼结束后为Al2O3、FeS、CaO.Al2O3类夹杂,VD处理后为Al2O3类夹杂。     

铝液中非金属夹杂物动态测定方法的研究

本文提出了一种新的检测铝液中非金属夹杂物的原理及方法。检测原理方程已在冷态模拟试验中得到验证。用系统真空压力Pv和铝液非金属夹杂物浓度f_1与时间的关系曲线可以用以分析夹杂物的含量;根据测试曲线的特点可以用以研究过滤机制;同时提供了确定检测参数和提高其检测精度的理论依据。     

钢中非金属夹杂物标准评级图法解析及修订建议

从标准图谱、术语、夹杂物类型和系列的划分、级别评定和检验方法深入剖析了GB/T 10561—2005《钢中非金属夹杂物标准评级图显微检验法》存在的问题,提出对标准评级图片修订和评定方法完善的具体建议,以规范评定方法,消除歧义,推进标准修订工作。     

连铸结晶器电磁制动对铸坯中非金属夹杂物影响的研究

对梅钢2^#连铸机采用的FC-Mold（Flow Control Mold）全幅二段电磁制动器对钢中非金属夹杂物的影响进行了研究。结果表明,采用电磁制动后,铸坯中心的夹杂物总个数少于未采用电磁制动的铸坯,而前者边部的夹杂物个数则是后者的2.06倍;铸坯中心和边部的夹杂物平均直径和平均面积均有所减小,铸坯中心的平均面积减小量达到8.44μm^2。钢中的夹杂物主要为直径全部小于20μm的Al2O3、MnS和CaS夹杂物,还有少量含K、Na的夹杂物。未采用电磁制动的铸坯中含K、Na夹杂物的数量明显多于采用电磁制动的铸坯。采用电磁制动明显降低结晶器液面的波动幅度,这有助于减少卷渣几率。电磁制动使用技术还有待于进一步优化研究。     

钢中非金属夹杂物

GB/T 10561—2005《钢中非金属夹杂物含量的测定——标准评级图显微检验法》2005-05-12发布,2005-10-01实施。它代替了GB/T 10501—1989《钢中非金属夹杂物的显微评定方法》。该标准等同采用（IDT）国际标准ISO4967：1998（E）《钢中非金属夹杂物含量的测定——标准评级图显微检验法》。根据夹杂物的形态和分布,标准图谱分为A、B、C、D和DS五大类。这五大类夹杂物代表最常观察到的夹杂物的类型和形态,过去曾使用过的塑性夹杂物和脆性夹杂物的名称应予以取消。     

夹杂物在超低碳钢板坯的凝固壳中捕集的位置

汽车面板使用的超低碳钢比低碳钢更容易生成钩状缺陷和凝固壳的不均匀成长。钢中的氧化铝、气泡和其它混入物(渣和卷入的保护渣)都容易捕集在发达的钩状缺陷和不均匀的凝固壳上。提高铸坯表层的清洁度,能够提高板材的质量,因而弄清楚在凝固壳上捕集夹杂物的机理非常重要。为此,研究夹杂物在超低碳钢板坯表层捕集的位置和大小的关系。     

GCr15轴承钢中非金属夹杂物行为的研究

针对淮钢80t转炉-90tLF- 100tRH-CC工艺生产的GCr15轴承钢,采用金相、SEM和EDS等方法,研究了精炼过程中夹杂物的尺寸、成分和形貌等的变化情况.经分析计算,得出了各工序夹杂物的成分图,并分析了夹杂物在冶炼过程中的变化规律.结果表明,在LF炉精炼后,微观夹杂物由23.34个/mm2下降到14.02个/mm2;经RH循环脱气处理后,夹杂物有所减少,成材中,夹杂物数量略有减少;随着冶炼过程的进行,大颗粒夹杂在钢包中随着钢流的运动得到了有效去除,细微夹杂物所占比例逐步升高;钢中存在的夹杂物主要有氧化物、硫化物以及CaO(CaS)-Al2O3-MgO类复合夹杂物.     

大方坯六流中间包少流浇注时钢液的流动行为

在连铸过程中,由于钢水不足或设备故障,为适应生产节奏,关闭多流中间包单个或多个水口是常见操作。然而,水口的关闭会导致中间包流场发生变化,并进一步影响到中间包内夹杂物的去除效率。为此,针对某钢厂重轨钢用大方坯六流中间包,应用数值模拟的研究方法对关闭不同单个水口时中间包内的钢液流动行为以及夹杂物去除情况进行了研究,得出了最佳关停水口方案,为中间包水口关停的选择提供了必要依据。研究结果表明,当中间包关掉任意一流浇注时,中间包内的死区体积均会略微上升;关闭第一流对于中间包内夹杂物的去除的影响最小,此时10、30、50、70、90 μm的夹杂物去除率分别由正常浇注时的12.4%、39.1%、74.2%、93.3%、95.6%变为14.7%、36.4%、76.4%、85.3%、93.8%。     

Effect of mold rotation on inclusion distribution in bearing steel during electroslag remelting process

To remove the inclusions in the ingots by conventional electroslag remelting （ESR）, the bearing steel was prepared using ESR process but with mold rotation in this study. Experimental results show a reduction in amount of large inclusions when the mold rotation rate is 6 r＆#183;min-1, and the inclusions are uniformly distributed in the ESR ingot. As comparison with the electroslag ingots of conventional ESR （stationary mold）, the portion of the Al2O3 inclusions smal er than 1 μm in size increase from 38% to 41.4%, whereas that of the SiO2 inclusions increases from 48% to 74% in the ingots when mold rotation is applied. This phenomenon is caused by the decrease in metal droplet size, resulting in large contact area between the slag pool and metal droplets in ESR process with mold rotation. Moreover, the metal droplets have relatively long movement routes, leading to long metal contact time between the slag pool and metal droplets when a relative motion between the consumable electrodes and mold is present. However, when the mold rotation rate is increased to 45 r＆#183;min-1, inclusion removing effect decreases. An excessive rotation rate causes wild motion in the slag pool, which drives the molten metal droplets to move violently, and as a result, the slag is entrapped into the metal pool, decreasing the ability of slag absorbing inclusions.     

轴承钢中硫化物夹杂诱发疲劳裂纹的微观分析

对轴承钢中硫化物夹杂与疲劳裂纹的关系进行了分析。结果表明,裂纹起源于表层下的硫化物夹杂,然后扩展到组织偏析带内,并沿偏析带扩展,最终使轴承发生接触疲劳失效。硫化物夹杂的存在破坏了基体连续性,在应力作用下形成分离裂纹并最终导致工件失效。     

大方坯含硫钢表面纵裂纹成因分析与控制

针对大方坯含硫钢表面纵裂纹问题,对裂纹缺陷进行了金相、能谱观察,发现纵裂纹在铸坯出结晶器后发生;通过高温热塑性测试和组织析出区间的确定,分析了硫加入对钢的高温热塑性和组织析出区间的影响,确认在900 ℃以下第三脆性区间,奥氏体晶界形成的先共析铁素体弱化了晶界强度,在热应力、组织应力、机械矫直应力的作用下发生晶界开裂是导致含硫钢表面纵裂纹的根本原因。在此基础上开展了保护渣优化、二冷区改造、铸坯加热和堆冷过程保温等工艺研究。研究结果表明,提高保护渣碱度、降低保护渣熔点和黏度、延长二冷区长度、规范加热和堆冷工艺,大方坯含硫钢铸坯表面纵裂纹得到了较好控制,因纵裂纹导致的圆钢钢质原因修磨率从20%降低到5%以下。     

连铸结晶器温度场和应力场的有限元分析

在高效连铸过程中,结晶器的传热效率起着至关重要的作用。根据小方坯结晶器的传热特点,利用六面体八节点单元,建立了三维非稳态有限元传热数学模型,并用FORTRAN开发了相应的程序,对小方坯结晶器在浇注过程中的温度进行了模拟,获得结晶器温度场分布及变化情况;同时建立结晶器相应的三维应力模型,利用小方坯结晶器温度场的计算结果,模拟了不同结晶器铜板厚度的应力和铜板的变形。结果表明,结晶器壁越薄,变形越严重,应力越大;多锥度结晶器更适合结晶器的变形特点。     

重轨钢加热过程中MnS夹杂物形态

采用共聚焦激光扫描显微镜对重轨钢铸坯中MnS夹杂在连续升温过程中的变化进行了动态原位观察.结果表明,由于扩散和固溶影响,随温度的升高,MnS夹杂形态不断发生变化.当铸坯的加热温度为600 ～ 870℃或1150 ～ 1200℃时,有利于MnS夹杂的尺寸控制,过高的加热温度会引起MnS夹杂尺寸增大.     

不锈钢连铸中间包内夹杂物去除行为数值模拟

针对中间包连铸过程中夹杂物的存在易导致铸坯出现质量缺陷的问题,以不锈钢连铸中间包为研究对象,通过数值模拟方法研究了控流装置、夹杂物密度以及夹杂物尺寸等参数对中间包内夹杂物去除行为的影响规律。研究结果表明,在设置堰坝和湍流控制器中间包内,密度为2 700 kg/m3,粒径为5 μm的夹杂物去除率为63.32%,而150 μm的大尺寸夹杂物去除率可达到89.04%。当夹杂物粒径为10~50 μm,密度为2 700~4 500 kg/m3时,夹杂物密度对夹杂物去除率影响较小。无控流装置中间包时,夹杂物在顶渣层呈以中心纵截面对称的分布;设置堰坝中间包时,挡渣堰坝两侧出现了70 μm以上夹杂物密集区;设置堰坝组合湍流控制器中间包时,夹杂物主要被限制在中间包第一腔室自由液面,研究结果对于进一步发挥不锈钢连铸过程中的中间包冶金功能具有指导意义。     

重轨钢大方坯连铸过程中凝固传热和坯壳生长的数值模拟

采用有限元方法,对某钢厂的大方坯连铸机的凝固传热情况以及坯壳凝固生长进行了数值模拟,并通过现场数据对模型进行了验证.以此为依据,对该钢厂新建的重轨钢大方坯在不同的拉速和过热度条件下的凝固过程温度场分布情况、坯壳生长规律和凝固分率进行了预测性的模拟研究,从而为新建的重轨钢大方坯连铸机的结晶器和二冷区冷却制度的制定提供理论依据.     

含钛夹杂物对连铸保护渣性能的影响

含钛钢连铸过程中析出氮化钛夹杂,并参与渣-金界面反应,严重恶化传统含钛钢连铸保护渣的理化性能。研究了不同含量的TiN和TiO₂对不同碱度保护渣的熔点、黏度、结晶比例以及凝固温度等性能的影响规律。测试结果表明,TiN对CaO-SiO₂基保护渣的性能影响最大,随着渣中TiN含量的升高,保护渣的黏度、结晶比例和凝固温度大幅度升高;当TiN质量分数大于5%时,熔点大幅升高。TiO₂对CaO-Al₂O₃基保护渣的性能影响最大,当TiO₂质量分数小于4%时,可小幅度降低保护渣的黏度和凝固温度;当TiO₂质量分数大于10%时,渣中钙钛矿成为主要析出物相,熔渣的性能严重恶化,影响对坯壳的润滑作用。通过对比3种不同碱度的基础渣发现,CaO-SiO₂-Al₂O₃基保护渣具有较好吸收含钛夹杂物的能力。