轴承钢精炼过程非金属夹杂物行为的研究_图文

1、轴承钢精炼过程非金属夹杂物行为的研究刘旭兰,吴晓东,周丹,孙菲,王丹(江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013摘要:采用金相、SEM等分析方法,分析了某电炉厂EAF2L F2VD2CC流程冶炼G Cr15轴承钢精炼过程非金属夹杂物的变化,并确定了夹杂物的主要来源。实验结果表明,L F处理后夹杂物以块状Al2O3、点状不变形夹杂物和硫化物为主;VD处理后点状不变形夹杂物明显减少,而含CaO、MgO、Al2O3、硫化物等的复合夹杂有所增加。成材试样中未发现点状不变形夹杂物,只有少量尺寸很小的Al2O3和硫化物夹杂。关键词:轴承钢;精炼工艺;非金属夹杂物中图分类号:TF72文献标识码:A文章

2、编号:100121447(2009022*R esearch on behavior of non2metallic inclusions of bearing steel in ref ining process L IU Xu2lan,WU Xiao2do ng,ZHOU Dan,SUN Fei,WAN G Dan(School of Material Science&Engineering,Jiangsu U niversity,Zhenjiang212013,ChinaAbstract:This paper analyzes t he t ransformation of no

3、n2metallic inclusions of bearing steel GCr15in t he refining stage wit h t he process of EA F2L F2VD2CC in an elect ric f urnace factory.The main source of non2metallic inclusions was ascertained using t he met hods of optical micro scopy and SEM.The result s showed t hat t he inclusions in L F p ro

4、cedure were mainly lump Al2O3,ametabolic dotlike inclusions and sulfides;after p rocedure of VD,t he amo unt of ametabolic dotlike inclusions reduced sharply,whereas complicated inclusions wit h CaO,MgO,Al2O3and sulfides increased to a certain extent.No ametabolic dotlike inclusions were found in t

5、he samples of finished steel. There were only a bit of small sized Al2O3and sulfides in t he inclusions observed.K ey w ords:bearing steel;refining process;no n2metallic inclusions作为一种重要的冶金产品,轴承钢被广泛应用于机械制造、铁路运输、汽车制造、国防工业等领域。随着科学技术的迅猛发展,对轴承的要求也越来越苛刻,轴承必须具有高寿命、高稳定性和可靠性,这就需要将轴承材料中的夹杂含量降到极低的程度。因为溶解在钢中的夹

6、杂物会破坏基体的连续性,影响轴承的使用性能1。非金属夹杂物就其形成而言,与冶炼、浇注等工艺过程有密切关系。只有弄清楚冶炼过程中非金属夹杂物的行为、变化,才能进一步改善轴承钢的质量。1G C r15轴承钢生产工艺和主要工艺参数某电炉炼钢厂GCr15轴承钢现行生产工艺流程为:100t EA F熔炼L F加热工位VD真空处理150mm×150mm方坯连铸机连铸。主要工艺参数见表1。表1GCr15轴承钢生产的主要工艺参数参数值参数值EAF出钢温度1680EAF终点w(C0.23%LF氩气压力(3.24.5×105Pa LF氩气流量220330min/L VD真空处理时间25m in

7、 VD真空保持时间12minVC静搅时间24m in真空度50PaVD氩气压力4.6×105Pa VD氩气流量220m in/L静吹氩压力2.0×105Pa静吹氩流量30m in/L成品样w(Als0.0163%成品样w(Alt0.0114%722009年4月第37卷第2期钢铁研究Research on Iron&SteelApr.2009Vol.37No.2作者简介:刘旭兰(1982-,女,硕士,主要从事轴承钢方面的研究.2实验结果与分析2.1各工位夹杂物的数量及种类统计利用扫描电镜和能谱分析对L F 和VD 处理后的试样(25mm ×10mm 

8、5;10mm 及成材试样(直径为12mm ,厚度为10mm 中的夹杂物种类及形貌进行了测定,并统计了各类夹杂物的数量2,见表2。表2各工位夹杂物的数量及种类个工位三氧化二铝硫化物点阵不变形夹杂铬铁酸盐硅酸盐复合夹杂夹杂总数L F 115431226VD72300517成材325从表2中可以看出,夹杂物类型主要为三氧化二铝、硫化物和点状不变形夹杂(主要为钙铝酸盐和镁铝酸盐与钙铝酸盐的复合夹杂。三氧化二铝主要分布在L F 和VD 试样中,成材中已经很少;硫化物在L F 、VD 试样及成材中有明显减少趋势;点状不变形夹杂主要分布在L F 及VD 试样中,成材中未发现此类夹杂物。从L F 到VD 的过

9、程中,夹杂物种类也有一定变化,铬铁酸盐和硅酸盐夹杂在L F 中有少量发现,而在VD 及成材中均未发现此类夹杂物;另外,在L F 中较少存在的复合夹杂(主要是CaO 、Al 2O 3、MgO 、硫化物等的复合夹杂在VD 中有所增多,而到成材时已被去除。利用金相显微镜对各工序试样连续拍摄20个放大100倍的视场进行观察,图1采用计点法2对夹杂物的个数进行了统计,由图可见,VD 处理后夹杂物个数比L F 处理后略有减少,成材中的夹杂物个数明显减少。图1各工位夹杂物的总数统计2.2各工位夹杂物的尺寸统计布表3为L F 工位,各类夹杂物的尺寸分布,从表中可以看出,>10m 的夹杂物主要为三氧化二铝

10、、硫化物和球状夹杂。表4为VD 工位,各类夹杂物的尺寸分布,表3L F 工位各类型夹杂物的分布个夹杂物类别15m 510m 1015m 1520m 20m 以上总数三氧化二铝4211311硫化物1225点状不变形夹杂224硅酸盐11铬铁酸盐1113复合夹杂112合计8614726尺寸在10m 以上的夹杂物在各类型夹杂物中基本都有出现,但均只占少数。与表2对比可以看出,原本以>10m 居多的三氧化二铝和点状不变形夹杂变成尺寸较小(<10m 的夹杂物。表4VD 工位各类型夹杂物的分布个夹杂类别15m 510m 1015m 1520m 20m 以上总数三氧化二铝5117硫化物22点状不变

11、形夹杂213复合夹杂1315合计8432分布表5为成材中试样中各类夹杂物的尺寸分布,从表中可以看出,尺寸在10m 以上夹杂物已经很少,夹杂物尺寸集中在15m ,类型主要为三氧化二铝、硫化物和复合夹杂。表5成材中各种夹杂物的尺寸分布夹杂类别15m 510m 1015m 1520m 20m 以上总数三氧化二铝213硫化物22合计4152.3夹杂物评级结果对2007年1、2、3、5月份GCr15轴承钢中的82钢铁研究第37卷A (硫化物、B (三氧化二铝、D (球状氧化物类粗细夹杂物进行了抽样检测,检测结果见表6。由表6可以看出:(1A 、B 类夹杂均符合国际要求,D 类夹杂有不合格炉次,不合格炉次

12、占总炉次的0.03%;(23类夹杂平均评级均符合国际要求。表6GCr 15中夹杂物评级结果m项目ABD粗细粗细粗细国际2.01.01.0实测和尺寸L F 工位处理后,夹杂物主要为块状三氧化二铝、硫化物和点状不变形夹杂。其典型夹杂物的形貌和尺寸如图2所示。尺寸VD 处理后夹杂物尺寸变小,主要有尺寸较小的三氧化二铝、硫化物、点状不变形夹杂。其典型夹杂物的形貌和尺寸如图3所示 。自左至右:三氧化二铝类夹杂;硫化物夹杂;点状不变形夹杂 图2L F 工位试样的夹杂物自左至右:三氧化二铝类夹杂;硫化物夹杂;点状不变形夹杂图3VD 工位试样的夹杂物尺寸成材中夹杂物数量很少,主要为尺寸很小的

13、三氧化二铝 、硫化物夹杂,其典型夹杂物的形貌和尺寸如图4所示。自左至右:三氧化二铝类夹杂;硫化物夹杂图4成材试样中的夹杂物3夹杂物的主要来源分析3.1硫化物这里的硫化物以硫化钙和硫化铁为主,也有少量硫化锰夹杂,多呈块状。这主要与w (O 有关。w (O <0.008%时易形成块状硫化物。由表1可知w (O 远小于0.008%。硫化物夹杂在L F 2VD 2成材的过程中形貌变化不大,而数量明显减少,可见精炼过程对硫化物的上浮去除产生了良好的效果。3.2氧化铝Al 2O 3主要来自脱氧产物,它能够大部分被排除3,在钢中残余细小而聚集的2Al 2O 3。从92第2期刘旭兰,等:轴承钢精炼过程非

14、金属夹杂物行为的研究表3和4可以看出,在L F 和VD 试样中,Al 2O 3夹杂的尺寸大部分在10m 以下,也有少量大于10m 的夹杂物,这些较大尺寸夹杂物主要来自耐火材料。3.3点状不变形夹杂物的主要来源在炼钢条件下,存在以下反应:Ca +19O +12Al =CaO 6Al 2O 3Ca +7O +4Al =CaO 2Al 2O 3Ca +4O +2Al =CaO Al 2O 312Ca +33O +14Al =12CaO 7Al 2O 3而CaO Al 2O 3、12CaO 7Al 2O 3的熔点都低于炼钢温度,所以常呈球形。对比图2和图3可以看出,VD 试样中夹杂物要比L F 试样中

15、夹杂物尺寸小得多。另外,在成材试样中没有发现点状的钙铝酸盐夹杂,可见在镇静过程中,此类夹杂物能上浮到钢包的渣层中而去除。4结论(1某电炉炼钢厂EA F L F VD CC 流程生产的轴承钢夹杂物主要为三氧化二铝、硫化物和含钙、镁的块状复合夹杂。(2在杂物数量上,VD 处理后点状夹杂物略有减少,氧化铝和硫化物大幅减少,铬铁酸盐及硅酸盐夹杂消失。成材试样中只发现少量氧化铝、硫化物和含有SiO 2、Al 2O 3、CaO 、S 等的复合夹杂。(3各种夹杂物尺寸能够控制在10m 以下。L F 试样中夹杂物50%尺寸小于10m ,VD 处理后90%的夹杂物尺寸小于10m ,成材中夹杂物尺寸全部在10m

16、以下,且以5m 以下居多。(4氧化铝夹杂主要来源于铝脱氧产物和耐火材料;硫化物以氧化铝等氧化物为核心形核,来源于S 与钢中硫化物形成元素Ca 、Fe 等的化学反应。以钙铝酸盐为主的点状不变形夹杂物来源于脱氧产物,而其中的钙、镁来源于炉衬和炉渣。参考文献1王硕明.转炉流程轴承钢中非金属夹杂物行为的研究D .沈阳:东北大学,2006.2沈桂琴.光学金相技术M .北京:北京航空航天大学出版社,1991:2682288.3李代锺.钢中的非金属夹杂物M .北京:科学出版社,1983:45248.(收稿日期:2008208206(上接第19页煤粉燃烧率=(喷煤量-熔融气化炉所能接受的未燃煤粉量/喷煤量。(

17、9所以,COREX 在煤比为200kg/t 时,可以接受的燃烧率为60%左右。考虑到COREX 熔融气化炉上部粉尘返吹装置还要鼓入部分氧气用来燃烧回收的粉尘中的碳,下部氧口回旋区内未燃煤粉到了上部还可能继续燃烧利用。所以,结合回旋区内煤粉燃烧率的计算结果,对于COREX 熔融气化炉,喷煤比达到200kg/t 是可能的。这样,COREX 入炉块煤筛分出来的粉煤一部分用于喷吹,一部分用于压块,COREX 的粉煤利用问题将可以有效地解决。4结论(1COREX 喷吹煤粉利用的好坏主要取决于煤粉在氧口回旋区内的燃烧率。(2COREX C3000喷吹煤粉的平均粒度为0.075mm ,煤比不超过125kg/

18、t 时,燃烧率可以保持在65%以上。(3从流体力学和未燃煤粉参与气化反应等方面来看,COREX 熔融气化炉内可以接受的未燃煤粉量比高炉多,达到75kg/t 左右。(4鉴于COREX 氧口回旋区内煤粉的燃烧率和熔融气化炉可以接受的未燃煤粉量,COREX 喷煤将可以有效地解决粉煤的利用问题。参考文献1方觉.非高炉炼铁工艺与理论M .北京:冶金工业出版社,2003.2中冶赛迪工程技术股份有限公司.熔融还原炉喷吹煤粉工艺P .中国:200610054054,20061004.3Y otaro O HNO ,TakeshiFU RU KAWAandMasahiroMA TSU 2U RA.Combustion behavior of pulve