高速铁路车轮钢中大尺寸CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)类夹杂物的形成机理

为了研究高速铁路车轮钢中大尺寸CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)类夹杂物的形成机理,利用扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对夹杂物的特征进行分析,并通过FactSage热力学软件对夹杂物的形成过程进行计算。研究表明,车轮钢连铸坯中的夹杂物为CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)类,可分为2种类型,第1种是在钢液降温和凝固过程中形成的小尺寸固态和半固态夹杂物,第2种是来源于精炼过程中的大尺寸液态夹杂物。在液态夹杂物中,尺寸大于10μm夹杂物所占比例高达43%,可追溯到精炼过程中的钙处理阶段。钢液经过钙处理后会反应形成液态的CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)类夹杂物,这类夹杂物由于与钢液的接触角较小,只有40°左右,不易从钢液中去除,最终会遗传到连铸坯中。热力学计算结果表明,仅控制Al含量无法抑制液态CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)类夹杂物的形成,还需要控制合适的Ca含量才能避免此类夹杂物的出现。在钢液的钙处理阶段,Al质量分数为0.013%的条件下,当将Ca质量分数控制在0.0007%时,能够形成液相比例为20%的夹杂物,这种夹杂物既不会影响钢液的浇注,又易于从钢液中去除。而如此精确的Ca含量需要精准的钙处理工艺以及合理的Al含量和精炼渣成分才能得到。该研究结果为车轮钢中大尺寸夹杂物的精确控制提供一定的指导。