第6講：中高碳鋼夾雜物的控制.ppt

1、第6講：中、高碳鋼夾雜物的控制,2,中、高碳小方坯中的夾雜物包括復(fù)相硅酸鹽夾雜、硫化物及由它們相互形成的復(fù)相夾雜物，小尺寸外來夾雜物多以形核中心的形式存在于復(fù)相夾雜物內(nèi)。鋼水中夾雜物主要來源于脫氧產(chǎn)物、吹氬降溫過程中的二次氧化、鋼包到中間包敞流澆注的二次氧化、鋼包和中間包耐火材料的侵蝕、剝離。保護(hù)渣卷入可也導(dǎo)致鋼中夾雜物數(shù)量增加。,夾雜物的類型及來源,3,1 鋼中夾雜物的分類及特點(diǎn),夾雜物來源及分類,4,鋼中的夾雜物按照來源可以分為內(nèi)生夾雜物和外來夾雜物。 內(nèi)生夾雜物包括在脫氧、二次氧化或鋼液冷卻和凝固過程中生產(chǎn)的氧化物，外來夾雜物包括爐渣卷入或耐火材料侵蝕卷入鋼液。 夾雜物的來源和分類如上圖

2、所示：,1.1 夾雜物的分類,5,1.2 內(nèi)生夾雜物,內(nèi)生夾雜物是脫氧產(chǎn)物或者是鋼水冷卻凝固過程中的析出物，包括脫氧產(chǎn)物以及在鋼水冷卻和凝固過程中產(chǎn)生的沉淀析出夾雜物。,6,1.3 外來夾雜物,外來夾雜物主要是鋼水和外界（卷渣及耐火材料侵蝕）之間偶然的化學(xué)和機(jī)械作用產(chǎn)物。在產(chǎn)品機(jī)械加工時(shí)，鋼中的這類夾雜物可產(chǎn)生噪音，在機(jī)加工表面形成凹坑和劃痕，容易引起斷裂，以及造成工具磨損。鋼中外來夾雜物的含量可通過大樣電解的方法測定。,7,8,2 中、高碳鋼中常見夾雜物的形貌及能譜特征,（1）中、高碳鋼中常見夾雜物有：單純的Al2O3夾雜、Al2O3 、SiO2、CaO、MgO與硫化物的復(fù)合夾雜、Al2O3

3、與硫化物的復(fù)合夾雜、Al2O3、SiO2 、MnO的復(fù)合夾雜等。 其形貌如下圖所示。,9,10,（2）夾雜物的能譜特征 對(duì)外來夾雜物進(jìn)行能譜分析發(fā)現(xiàn)，不同來源的夾雜物具有不同的能譜特征，主要差別是保護(hù)渣卷入時(shí)，有明顯的Na峰，而爐渣和耐火材料無此峰；耐火材料帶入的夾雜物Al峰較高，這是區(qū)別與其它夾雜物的特征元素；爐渣卷入時(shí)，保留了原始爐渣Ca峰較高的特征，但也有明顯的Al峰。外來夾雜物的能譜特征對(duì)區(qū)分鋼中大型夾雜物的來源有幫助，可以有針對(duì)性地來采取措施，進(jìn)一步降低外來夾雜物。,11,3 鋼中夾雜物的分布,夾雜物在鋼中不是均勻分布的，它的分布狀況與冶煉澆注條件有關(guān)，而且，這種分布不均勻狀態(tài)從鑄錠

4、到最終產(chǎn)品都始終是存在的。就成品材而言，如板材、滾珠軸承鋼、重軌用鋼等，存在于鋼表層的夾雜物危害顯著，因?yàn)樗苯訐p害工件的疲勞壽命和其他性能，對(duì)汽車薄板來說直接影響表面涂層。存在于鋼材深部的細(xì)微夾雜物影響則比較小。,12,連鑄板坯中大型夾雜物的尺寸分布,13,4 夾雜物對(duì)中、高碳鋼性能的影響,鋼中非金屬夾雜物的存在是影響鋼制品性能的重要因素，有時(shí)甚至是決定性因素。非金屬夾雜物對(duì)鋼性能的影響程度與夾雜物本身的性質(zhì)，更確切地說與其相對(duì)于周圍金屬基體性質(zhì)的差異有密切關(guān)系。這里所說的性質(zhì)差異主要包括： 1)各種溫度下彈性模量的差值， 2)各種溫度下形變能力的差值。 其原因在于當(dāng)鋼基體熱加工時(shí)，由于夾雜

5、物與基體的熱物性和界面特性不同，必然影響到夾雜物與基體間的連接情況，從而導(dǎo)致夾雜物周圍應(yīng)力集中。,14,4.1 夾雜物與基體相對(duì)塑性,鋼中不同類型的夾雜物在各種溫度下的相對(duì)變形率如圖所示：,15,由圖可以看出： 1）FeO，MnO，（Fe，Mn）O在室溫時(shí)容易變形，隨著溫度的升高值逐漸降低； 2）Al2O3和鋁酸鈣（ 高Al2O3含量）在整個(gè)溫度范圍內(nèi)都是不變形的； 3）尖晶石型氧化物在通常鋼的熱變形溫度范圍內(nèi)不變形，但大于1250溫度時(shí)稍有變形； 4）硅酸鹽在室溫下本是不變形的，但在8001300溫度范圍內(nèi)依其組成不同，可以變成塑性良好的物質(zhì)，鋼的熱加工溫度剛好處于上述溫度范圍內(nèi)； 5）Mn

6、S夾雜在1000以下具有很高的塑性，超過1000以后，隨著溫度的上升，塑性逐漸減小。,16,4.2 熱膨脹系數(shù)差值的影響,各種類型夾雜物在0800的膨脹系數(shù),17,由于基體與夾雜物熱膨脹系數(shù)不同，可在夾雜物影響區(qū)（球形夾雜半徑為r的4倍的區(qū)域）引起復(fù)雜應(yīng)力場。例如鋁酸鹽，Al2O3，硅酸鹽在鋼的冷卻過程中比基體膨脹系數(shù)小，夾雜物周圍的基體很容易遭受拉應(yīng)力。相反，MnS夾雜由于它的熱膨脹系數(shù)比鋼大，冷卻時(shí)在MnS周圍便可能形成空洞 因此，在夾雜物影響區(qū)內(nèi)，由于熱膨脹系數(shù)的差別而形成了一個(gè)所謂預(yù)破壞區(qū)，這對(duì)斷裂的發(fā)生和發(fā)展有著決定性的作用。,18,4.3 夾雜物和疲勞性能,一個(gè)非金屬夾雜物被看作是

7、一個(gè)形狀相當(dāng)?shù)目斩矗C(jī)械切口），因此，夾雜物尺寸越大，疲勞裂紋應(yīng)越容易在材料中最大夾雜周圍區(qū)域形成。 各類夾雜物對(duì)疲勞性能危害的程度排序如下：Al2O3SiO2TiN,19,5 對(duì)中、高碳鋼中夾雜物的控制,5.1 精煉渣系對(duì)鋼中夾雜物的影響,精煉渣系一般選用CaO-Al2O3-SiO2三元低熔點(diǎn)渣系，精煉渣功能首先是脫硫、脫氧，去除鋼中的夾雜物，其次是保護(hù)包襯，提高熱效率，防止鋼液吸氣。對(duì)金屬制品用材，如中高碳硬線、軸承鋼，彈簧鋼等，不僅要降低鋼中夾雜總量，更要注意控制氧化鋁及含鋁復(fù)合夾雜物的線度及在鑄坯中的分布，以保證鋼材的拉拔性能、鉸線性能及疲勞性能。,20,研究表明下表中所列3種精煉渣配

8、方可作為開發(fā)LF埋弧精煉技術(shù)的基礎(chǔ)渣成分的主要依據(jù)，這種配方具有最佳的發(fā)泡指數(shù)。,21,5.2 吹氬對(duì)夾雜物去除的影響,鋼包底吹氬條件下鋼液中夾雜物的去除主要依靠氣泡的浮選作用，即夾雜物與氣泡碰撞并粘附在氣泡壁上，然后隨氣泡上浮而被去除。降低吹氬流量和增加透氣磚的面積或增加透氣磚數(shù)量均可增加吹入鋼液中的氬氣泡數(shù)量，從而大大提高夾雜物的去除效率。 為了去除鋼中4050m以下的夾雜物顆粒，應(yīng)設(shè)法在鋼液中制造直徑更細(xì)小的氣泡，以便提高氣泡對(duì)夾雜物顆粒的俘獲概率，使夾雜物顆粒隨之上浮。,22,針對(duì)不同操作工藝，應(yīng)選擇不同的吹氬攪拌功率，下表列出了不同工藝過程，不同精煉目的時(shí)吹氬攪拌功率選擇和控制。,2

9、3,5.3 連鑄操作對(duì)夾雜物去除的影響,連鑄生產(chǎn)操作控制著鋼的潔凈度，有人專門對(duì)去除夾雜物進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，鋼包處理使夾雜物減少6575；雖然有時(shí)出現(xiàn)二次氧化，中間包仍可去除2025；結(jié)晶器去除510。從鋼包到結(jié)晶器，包括鋼包滑動(dòng)水口套管、鋼包上水口、鋼包長水口、鋼包長水口連接、中間包上水口磚和浸人式水口等進(jìn)行套管保護(hù)、氬氣保護(hù)和密封，能夠保護(hù)鋼水不受二次氧化，避免卷渣以及水口堵塞。在開澆初期防止卷入空氣，降低鋼中總氧含量和吸氮量。,24,因此，在改善鋼的潔凈度的生產(chǎn)操作方面，中間包操作應(yīng)當(dāng)使用大容量的深中間包、穩(wěn)定的內(nèi)襯和穩(wěn)定的堿性覆蓋劑，應(yīng)當(dāng)控制流場進(jìn)行優(yōu)化如沖擊板之類，以去除夾雜物，鋼水傳遞方面的操作應(yīng)當(dāng)采用最佳的自開澆鋼包。,25,6 總結(jié),1) 高碳鋼中內(nèi)生夾雜物來自脫氧產(chǎn)物和冷卻及凝固過程的沉淀析出。外來夾雜物主要來源鋼的二次氧化、卷渣和內(nèi)襯侵蝕； 2) 加強(qiáng)過程管理，提高拉碳合格率，避免鋼水過氧化； 3) 完善擋渣工藝，抑制或消除出鋼過程下渣；根據(jù)不同的鋼種采取相應(yīng)的合適的