超低氧特钢制钢技术3.ppt

爱知製鋼经验 RH脱氧速率高于LF LF与RH的任务分工 LF精炼主要任务是形成高碱度 强还原性炉渣 T Fe MnO 0 5 碱度 5 RH精炼的主要任务是降低钢水T O含量 RH精炼时间 30 40min 1 J Eguchi etal Proceedingsofthe6thInternationalIronandSteelCongress 1990 Nagoya ISIJ 844 JFE西日本制铁所生产轴承钢 2 K MATSUOKA 4thInternationalCongressonSteelmaking 2008 Gifu 456 JFE西日本制铁所生产轴承钢 3 在RH前完成钢水合金化操作 尽量不在RH精炼过程进行成分调整 并将RH精炼时间延长至最大 与连铸周期相适应 K MATSUOKA 4thInternationalCongressonSteelmaking 2008 Gifu 456 4 六 超低氧特殊钢夹杂物的较低熔点化控制 夹杂物对钢疲劳性能的影响与其熔点高低有重要关系 如夹杂物为高熔点不变形夹杂物 其与钢基体的界面会生成微裂纹 空洞等 在工件服役中引发疲劳破坏 钢服役过程 高熔点硬质夹杂物周边应力集中程度显著高于低熔点软质夹杂物 三村毅 第182 183回西山紀念技術講座 NMS ISIJ 東京 神户 2004 p 127 5 控制策略一 生成低熔点塑性夹杂物 塑性夹杂物 熔点 1350 C 疲劳性能要求 700MPa的往复剪切应力作用下 疲劳寿命大于108 6 精炼时间长 生产成本高 必须将夹杂物近乎全部控制在狭窄的塑性夹杂物成分区域内 生产成本高 采用低碱度精炼渣 炉外精炼不能脱硫 原材料要求苛刻 渣料Al2O3 合金Al Ti等控制等 渣 钢间反应尽可能接近平衡 精炼时间很长 很难用于普通特殊钢类 7 控制策略二 超低氧含量特殊钢 川上潔 第182 183次西山纪念技术讲座 NMS ISIJ 東京 神户 2005 p 151 T O 8 仍存在10 20 m的高熔点镁尖晶石类夹杂物 MA LF结束 K Kawakami etal TETSU TO HAGANE 93 2007 741 752 9 新的控制策略 超低氧特殊钢夹杂物较低熔点化控制 该区域内夹杂物不属于能良好变形的塑性夹杂物 由于熔点不高 轧制过程可以发生稍许变形 因而能够减少夹杂物 钢基体界面上生成微裂纹 空洞 选用与夹杂物控制目标成分相近的精炼渣系 10 Al2O3 40 CaO SiO2 7 11 精炼渣系重要作用 为将钢中夹杂物近乎全部控制在目标成分区域内 必须采用渣 钢精炼工艺方法 通过渣 钢间反应对钢液 Al O Ca Mg 等进行控制 进而再通过钢液 Al O Ca Mg 等对夹杂物进行稳定控制 12 采用高Al2O3精炼渣系的热力学理论依据 渣 钢间反应 x Me y O MexOy 炉渣 1 反应达到平衡时 钢液 夹杂物之间反应 x Me y O MexOy 夹杂物 4 当钢液 夹杂物间的反应接近平衡时 2 3 5 13 热力学理论解释 对反应 1 和反应 4 选择相同的活度标准态 将 3 式带入 5 式 6 7 8 14 渣 钢 夹杂物间反应的实验室研究 高温炉 MoSi2电阻加热炉反应管 刚玉反应管内气氛 Ar坩埚 MgO ID 30mm 钢液 100g 42CrMo 炉渣 50g实验温度 1600 C渣 钢反应时间 90min 15 实验中采用了两种不同渣系 渣系B与日本特殊钢厂采用的渣系相似 碱度在5左右 Al2O3含量在22 25 范围 1 T Mimura The182 183thNishiyamaMemorialSeminar ISIJ Tokyo Kobe 2005 1272 K Kawakami T TaniguchiandK Nakashima TETSU TO HAGANE 93 2007 7413 K TsubotaandI Fukumoto Proc ofthe6thIISC ISIJ Nagoya 1990 Vol 3 637 渣系A含很高Al2O3 40 左右 碱度在6 5左右 16 夹杂物成分随反应时间的变化 采用渣系A时 夹杂物组成随渣 钢反应时间的变化 渣系A 反应时间为30min时 高熔点MgO Al2O3系夹杂物的比率为78 7 反应时间为60min时 高熔点MgO Al2O3系夹杂物比率降低至48 5 反应时间增加至90min时 高熔点MgO Al2O3系夹杂物比率降低至仅为12 8 17 高Al2O3渣系能够显著提高夹杂物转变程度 绝大多数夹杂物为MgO Al2O3系夹杂物 MgO Al2O3系夹杂物比率为72 4 几乎没有熔点低于1500 的非金属夹杂物 MgO Al2O3系夹杂物比率降低至15 1 CaO MgO Al2O3系夹杂物增加至81 7 大量夹杂物进入了较低熔点成分区域 18 S f 50ppm 处理时间 15min T O 10ppm 渣 钢 夹杂物间反应的工业试验研究 高碱度 高Al2O3含量炉渣 处理时间 45min左右 终点 C 0 05 0 10 出钢过程加入Al脱氧和部分渣料 石灰 萤石等 19 精炼过程夹杂物成分的变化 LF前 绝大多数为Al2O3类夹杂物 已有少量MgO Al2O3系夹杂物生成 LF精炼15min 绝大多数Al2O3类夹杂物转变为MgO Al2O3系夹杂物 夹杂物平均组成为 80 Al2O3 17 MgO 3 CaO LF精炼中后期 MgO Al2O3系夹杂物向CaO MgO Al2O3系夹杂物转变 LF精炼结束时 钢液中仍有大量尚未转化的MgO Al2O3系夹杂物 RH精炼过程 MgO Al2O3系夹杂物向CaO MgO Al2O3系夹杂物的转变仍继续进行 RH精炼结束时 钢液中夹杂物平均组成进入了较低熔点夹杂物成分域 20 精炼过程夹杂物转变 夹杂物转变由外向内进行 21 实验室研究工业试验 存在一外表层 主要组分为CaO和Al2O3 夹杂物内部 主要组分为MgO和Al2O3 CaO含量很低 22 夹杂物转变机理 I 在炉渣 钢液界面 2 Al 3 MgO 3 Mg Al2O3 2 Al 3 CaO 3 Ca Al2O3 III 在钢液内部 Mg n 3 Al2O3 夹杂物 MgO n 1 3Al2O3 夹杂物 2 3 Al II 在包衬 钢液界面 2 Al 3 MgO 包衬 3 Mg Al2O3 夹杂物 23 夹杂物转变机理 IV 在MgO Al2O3夹杂物外表面 x Ca yMgO zAl2O3 夹杂物 xCaO y x MgO zAl2O3 夹杂物 x Mg 生成CaO MgO Al2O3外表层 24 夹杂物转变机理 Ca xCaO MgO yAl2O3 夹杂物 x 1 CaO yAl2O3 夹杂物 Mg 夹杂物外表面转变为精炼温度下为液态的CaO 2Al2O3 CaO Al2O3 12CaO 7Al2O3 夹杂物外形变为球状 V 在夹杂物外表面 25 在夹杂物外表层内部进行的反应 在外表层内存在CaO和MgO的浓度梯度 外部CaO含量高 内部低 内部MgO含量高 外部低 CaO由外向内扩散 MgO由内向外扩散 以下两反应发生 在夹杂物外表层内部 CaO xCaO yMgO zAl2O3 夹杂物 x 1 CaO y 1 MgO zAl2O3 夹杂物 MgO在夹杂物外表面 Ca xCaO MgO yAl2O3 夹杂物 x 1 CaO yAl2O3 夹杂物 Mg 26 夹杂物转变机理 由于以上所述反应 夹杂物MgO含量逐步降低 最终 夹杂物转变为含MgO很少的CaO MgO Al2O3系夹杂物 或不含MgO的CaO Al2O3系夹杂物 27 重要意义的发现 CaO和MgO在夹杂物外表层内部的扩散是夹杂物转变的动力学限制环节 不要求整个MgO Al2O3夹杂物全部转变 只要有足够厚度外表层完成转变即可满足改善钢材疲劳性能的需要 在RH真空处理阶段 尽管渣 钢间反应显著减弱 但钢液中夹杂物的转变程度却仍会有显著增加 如果能够保持钢液合理的 Ca Mg O 含量 RH处理甚至连铸过程的大量时间都可以被用于使钢中夹杂物向较低熔点的CaO MgO Al2O3系和CaO Al2O3系夹杂物转变 7 结论 生产超低氧特殊钢应采用铝脱氧工艺 将钢液中溶解氧降低至极低含量后 再通过渣 钢精炼 RH真空处理 连铸等 去除钢液中非金属夹杂物 尽管超低氧特殊钢钢中氧化物类夹杂主要为不变形类夹杂物 但由于夹杂物数量很少 钢的抗疲劳性因此能够大幅度改善 生产超低氧含量特殊钢采用高碱度精炼渣系 能够降低渣中SiO2和FetO的活度 从而降低钢的总氧含量 尽管钢中存在CaO Al2O3系不变形夹杂物 但由于数量显著减少 因而能够提高钢的抗疲劳性能 与含20 Al2O3和CaO SiO2在5左右的传统精炼渣系相比 采用含41 左右Al2O3和CaO SiO2比在6 5左右的炉渣 钢中CaO MgO Al2O3系夹杂物的比率由24 3 显著增加至81 7 大多数夹杂物位于较低熔点成分区域 1500 28 结论 炉外精炼过程钢中夹杂物按 Al2O3 MgO Al2O3系 CaO MgO Al2O3 CaO Al2O3 顺序有外向内发生较低熔点化转