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.

电解铝液中Al_2O_3夹杂物的形成机理

介绍铝电解机制对电解铝液中形成Al2O3夹杂物的影响,分析铝液中Al2O3夹杂物形成的机理,推算CO2对铝液扩散的质量传递方程,描述效应处理过程对铝液中Al2O3夹杂物形成过程的影响。利用Person—Waddington电流效率模型测算电解铝液中可能形成的Al2O3夹杂物最大值。结果表明:电解过程生成的Al2O3夹杂物对铝液的污染,是短流程工艺影响铝熔体冶金质量的主要根源。

Al_2O_3-SiO_2-CaO精炼渣系对55SiCrA弹簧钢夹杂物形态控制的影响

在实验室采用Al_2O_3坩埚硅钼管式炉研究了(/%)38.5～45.8CaO-38.2～42.0SiO_2-8～15Al_2O_3-8MgO精炼渣系的成分和碱度(1.0～1.2)对55SiCrA弹簧钢(/%:0.53C、1.50Si、0.70Mn、0.69Cr、0.008P、0.003S、0.005Als)中夹杂物形态的影响,并用Factsage热力学软件对夹杂物成分进行热力学计算和分析在三元相图中的分布。结果表明,夹杂物中Al_2O_3含量随精炼渣中Al_2O_3含量的增加而增加,当渣碱度为1.2,Al_2O_3为8%时钢中夹杂物分布在Al_2O_3-SiO_2-MnO相图低熔点区域,夹杂物中Al_2O_3含量为30%～40%。热力学计算表明,渣碱度1.0～1.2时,对应的钢中Als为0.008%与试验结果吻合。因此用1.0～1.2低碱度和≤8%Al_2O_3精炼渣可控制弹簧钢中的夹杂物形态。

高碱度高Al_2O_3炉渣下合金钢液中非金属夹杂物的行为

通过MgO坩埚硅钼电阻炉研究了(%):43～47CaO-5～10SiO_2-46～54Al_2O_3高碱度炉渣下合金钢液(%:0.42C、1.14Cr、0.23Mo)中夹杂物的成分和组织形貌。结果得出,高碱度高Al_2O_3炉渣和钢液反应90 min后,钢中主要生成低熔点钙镁铝硅酸盐夹杂,该夹杂大部分上浮去除,留在钢中的为球形夹杂,有利于提高钢材的抗疲劳性能。当炉渣碱度约为9时,有利于生成钙镁铝硅酸盐夹杂。

添加Al_2O_3纳米粉对中空钢55SiMnMo力学性能与夹杂物的影响

研究了中空钢55SiMnMo还原前期加0.018%、铸锭时加0.002%的120 nm Al_2O_3纳米粉后钢的力学性能和夹杂物。结果表明,添加0.02%Al_2O_3纳米粉使锻后空冷55SiMnMo钢的屈服强度提高了13.9%,常温冲击韧性提高了70.8%;场发射SEM观察得出Al_2O_3纳米颗粒大多数成为非金属夹杂物的核心,钢中大部分夹杂物得到了细化,尺寸均在300 nm～3μm之间。

冷却速率对钢中MnS+Al_2O_3复合夹杂物包裹率的影响研究

通过实验室试验研究钢中MnS+Al_2O_3复合夹杂物的生成以及不同冷却速率对MnS+Al_2O_3复合夹杂物包裹率的影响。结果表明:被推动到钢液凝固前沿的Al_2O_3,会为MnS析出提供异质形核质点;随着冷却速率的增加,复合夹杂物的尺寸从4μm降至2.5μm左右,MnS+Al_2O_3复合夹杂物包裹率逐渐降低。本次试验研究为得到较优包裹程度的实验条件以及进一步改善钢材性能提供一定的理论分析。

CaO和γ-Al_2O_3配比对合成片晶状六铝酸钙的影响

以工业级γ-Al2O3和w(CaO)≥99.0%的CaO为原料,按n(CaO)∶n(γ-Al2O3)分别为0.6∶6、0.8∶6、1.0∶6、1.2∶6、1.4∶6配料,经球磨、干燥后,先干压法成型为6 mm×6 mm×40 mm的样坯,然后在1 550℃保温3 h煅烧,合成了六铝酸钙材料。采用XRD和SEM分析了烧后试样的物相组成和显微结构,并检测了试样的烧后体积收缩率及烧后试样的显气孔率、体积密度、常温抗折强度。结果表明:1)不同CaO、γ-Al2O3配比的烧后试样的主要物相均为CA6,但富铝配料中有少量的α-Al2O3,富钙配料中有少量的CA2。2)不同CaO、γ-Al2O3配比的烧后试样中的CA6均为片晶状;富铝配料中CA6的片晶状明显,晶体轮廓清晰;富钙配料中Al2O3含量相对不足,CA2未能全部转化为CA6。3)n(CaO)∶n(γ-Al2O3)为0.6∶6的试样的烧后体积收缩率最大;n(CaO)∶n(γ-Al2O3)为1.4∶6的试样的显气孔率最小,体积密度最大;试样的常温抗折强度都较低,以n(CaO)∶n(γ-Al2O3)为0.8∶6的试样最大,为30.9 MPa。

12CaO·7Al_2O_3精炼渣吸附非金属夹杂物的试验研究

从理论上简要分析了12CaO·7Al_2O_3精炼渣吸附非金属夹杂物的原理,在试验室条件下,对12CaO·7Al_2O_3的预熔工艺和吸附非金属夹杂物进行了研究。效果显示:12CaO·7Al_2O_3具有较高含量的CaO和Al_2O_3,能够吸附大量的铝脱氧产物-Al_2O_3,而且在吸附钢液中Al_2O_3夹杂物后,不会造成精炼渣成分波动太大,比较适用于铝脱氧钢。

为了减少钢中脆性Al2O3夹杂物,国外一些厂家采取的措施

a．先用硅脱氧降低钢中溶解氧含量，然后再用铝终脱氧。但所生成的SiO2起到了二次氧化源的作用，必经降低SiO2的活度以防止其与钢水中铝发生反应。对于W[si]=0．10％-0．3％的轴承钢，控制碱度在4以上可以保持炉渣中SiO2的稳定。实际操作中，炉渣碱度常控制在5以上。

钢液铝脱氧早期形成的Al_2O_3夹杂

钢液铝脱氧过程产生的高熔点非金属夹杂物Al_2O_3对钢材性能危害较大,因此对其数量和尺寸控制变得十分重要。本文通过设计高温激光共聚焦显微镜实验对早期形成的Al_2O_3夹杂物进行研究,通过场发射扫描电镜FESEM和能谱EDS对高温激光共聚焦显微镜制备的试样中的夹杂物进行观察与分析,发现大量纳米尺寸Al_2O_3夹杂物,尺寸在100 nm以下。同时,研究了冷却速率对早期形成Al_2O_3夹杂物的影响,结果表明:冷却速率越大,夹杂物的数量越少,尺寸越细小。

吸附Al_2O_3型结晶器保护渣的研究与应用

为了降低钢中Al2O3夹杂物的含量,开发了可吸附Al2O3型结晶器保护渣,并进行了工业试验。结果表明,采用该保护渣浇铸后,与普通型保护渣相比,铸坯中的Al2O3含量降低,夹杂物数量减少0.5个/mm2,夹杂物最大粒径平均降低8μm,保护渣单耗降低0.12g/t。

Al2O3溶入CaO-SiO2-Al2O3熔渣中的溶解速度

在炼钢脱氧过程中一般要形成非金属夹杂物。非金属夹杂物的存在导致炼钢和钢材出现各种问题。最理想的情况是，这些夹杂物一旦达到钢水/渣界面，就与渣相接触，然后迅速溶解在渣中。如果夹杂物不能完全被渣相吸收，那么夹杂物就将被钢流夹带进钢产品中。为除去夹杂物，渣必须具有两个基本特性：与夹杂物的润湿性高和夹杂物进人渣相的溶解速度快。

夹杂物在1873K含钛铝镇静铁水中的动态演变

为了研究夹杂物在舍钛铝镇静钢中的演变，制备了4种含铝量和含钛量不同的铁水，然后用扫描电镜和高温共焦扫描激光显微镜研究了试样中夹杂物的动态过程。高温共焦扫描激光显微镜显示Al2O3夹杂物强有力地互相吸引并且很容易附聚在一起。在高铝高钛钢水中，尽管能频繁地观察到夹杂物簇，其数量和尺寸都比较小。

12Cr2Mo1R厚板探伤不合格原因的试验分析及对策

利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析仪对探伤不合格12Cr2Mo1R厚板的化学成分、微观组织、夹杂物等进行研究和分析。结果表明,板厚1/2处70μm以上呈串状的Al2O3夹杂物是造成超声波探伤不合格的主要原因。分析了12Cr2Mo1R厚板中Al2O3夹杂物的主要来源。同时提出解决探伤不合格的方案:严格控制转炉冶炼时钢水中的溶解氧含量,减少脱氧Al的用量;采用合理的二次精炼制度,尤其是合理的吹氩制度,促进夹杂物的上浮分离;采用合理的浇注工艺,防止保护渣卷入。

RH精炼过程Al_2O_3夹杂物运动和去除的数值模拟

在流场模拟计算的基础上,建立了RH真空精炼过程Al2O3夹杂物运动及去除模型。通过数学模拟计算,分析了RH精炼过程夹杂物运动规律,讨论了夹杂物尺寸、RH吹气量等对夹杂物去除的影响。研究结果表明:同一管径条件下,吹气量为1 400L/min时,夹杂物的总去除率最高为66.1%且最快去除时间为202s,是去除夹杂物的最优吹气量;同一吹气量条件下,下降管内径为700mm时,夹杂物的去除率最高,可达71.31%,夹杂物去除时间最短,为217s。

合成渣精炼法控制钢帘线夹杂物形态

通过改变精炼过程造渣工艺,减少Al和铝矾土的加入量达到控制钢中夹杂物形态的目的。试验结果表明,对于钢帘线的精炼,最有效控制夹杂物形态的渣是硅灰石或其它成分与硅灰石的混合物。采用新的炉渣精炼工艺,钢水纯净度明显改善。

精炼渣中Al_2O_3含量对弹簧钢中夹杂物的影响

利用Factsage热力学软件,探讨Al2O3含量对CaO-SiO2-Al2O3-MgO系及CaO-SiO2-Al2O3-MnO系相图低熔点区域的影响,可知在Al2O3含量(质量分数)为15%时,对应的各相图中低熔点区域面积所占百分数最大;通过研究Al2O3含量对弹簧钢中夹杂物的影响,表明随着精炼渣中Al2O3含量增加,钢中带有棱角的Al2O3夹杂物增多,钢中夹杂物分布变得相对集中.在碱度为1.2,Al2O3含量为8%时,可将夹杂物控制在相图的低熔点区域内,此时对应夹杂物形貌多为球形,且尺寸约为5μm.

优化精炼渣去除50Cr5MoV钢中Al_2O_3夹杂物的实验室研究

为了减少某钢厂EBT-LF-VD-VC工艺生产的50Cr5MoV轧辊钢中的Al_2O_3夹杂物,在实验室条件下,对LF精炼渣进行优化,研究了不同w(CaO)/w(Al_2O_3)比值的LF精炼渣去除夹杂的能力。结果表明:当w(CaO)=50%~55%,w(Al_2O_3)=25%~30%,即w(CaO)/w(Al_2O_3)=1.5~2.0时,优化后的精炼渣不仅能够去除大量的铝脱氧产物Al_2O_3,而且残余夹杂基本都转变为直径1~5μm且具有塑性的CaO-MgO-Al_2O_3球形复合夹杂。

高铝精炼渣对重轨钢中夹杂物的影响

本文以国内某厂重轨钢U71Mn为例,开展了不同Al2O3质量分数精炼渣对重轨钢中夹杂物的影响研究.研究结果表明:在实验室条件下,钢中全氧质量分数随着精炼渣中CaO/SiO2的增加逐渐降低,钢中夹杂物的平均直径随渣中Al2O3质量分数的增加先减小后增大.夹杂物中氧化铝质量分数随着渣中Al2O3质量分数降低而降低,当渣中Al2O3质量分数低于30%时,精炼渣中Al2O3质量分数对夹杂物中氧化铝质量分数影响不大.试样中较大尺寸夹杂物均是以Al2O3·MgO为核心的包裹型夹杂,部分试样在Al2O3·MgO外侧包有少量的SiO2,并随着渣中CaO/SiO2值增加而逐渐减少.夹杂物最外侧为硫化物包裹层,且随着CaO/SiO2增加包裹范围逐渐变小.