夹杂物在钢铁材料中所起作用一方面表现在材料和力学方面,如裂纹、腐蚀、塑性-脆性转变、焊接等;另一方面表现在影响材料的可制造性,如造成连铸坯的角裂、热轧板的翘皮和厚板的探伤不合格等,故夹杂物是一个综合冶金材料乃至化学、力学的课题。随着夹杂物形态控制的应用实例增多,夹杂物形态控制技术已逐渐成为冶金材料的重点研发课题。
同样北京科技大学的张立峰教授经过实验室试验和热动力学计算研究了Mg-Al-Ti-Ca-O系夹杂物的形成。计算了钢中不同Al含量时的Mg-Al-Ti-Ca-O系的平衡相图。讨论了MgO·Al2O3夹杂物,MgO·TiOx夹杂物,TiOx·Al2O3夹杂物,MgO-Al2O3-TiOx夹杂物和MgO-Al2O3-TiOx-CaO夹杂物的形成条件。确定了MgO-Al2O3-TiOx-CaO液态夹杂物的形成区域。利用ASP EX研究了Al-Ca-Ti-Mg脱氧钢的夹杂物的组成、尺寸、分布以及形态。
武汉科技大学的李光强教授研究了Ca/Mg处理的微合金钢中的Al-Ti复合夹杂物的特性。发现在低Al时多以氧化物为核心,MnS为外壳的细小夹杂物,而高Al时,则Al2O3-CaO或Al2O3-MgO较少,Al2O3-TiOx-CaO或Al2O3-TiOx-MgO氧化物核心表面易于MnS薄膜形成。
邯钢三炼钢-连铸连轧产线所生产的SPHCZ产品,作者范佳利用检测夹杂物最常用的大样电解、扫描电镜等检测方法,对SPHCZ铸坯中的不同位置的大型夹杂物总量、粒径、夹杂物形貌及组成进行了分析,并分析了SPHCZ铸坯中各类夹杂物的主要来源
北科大对热力学软件计算Factsage的计算方法进行了完整介绍。并用热力学软件Factsage精确计算钙处理,对某钢厂的现场钙处理试验结果表明,喂入300m左右钙铝线可对夹杂物实现良好改性。
东北大学模拟现场X80管线钢精炼过程喂钙线生产工艺,在实验室条件下精炼X80管线钢,控制Al2O3夹杂物钙处理变性程度,分析了复合夹杂物中氧化物和硫化物的产生及变化情况。夹杂物检测结果发现,钙处理后,当复合夹杂物中CaO和Al2O3摩尔比为1:1时,夹杂物中未发现硫;当复合夹杂物中CaO和Al2O3摩尔比为2:1时,夹杂物中有硫化物出现,但含量比较小;当复合夹杂物中CaO和Al2O3摩尔比为3:1时,夹杂物中出现大量的硫化物。
北科大研究了椭圆形和圆形浸渍管的两种RH真空装置精炼过程中夹杂物形貌、成分、数量及尺寸的变化。实验表明:椭圆形浸渍管由于具有更大的循环流量,可有效提高精炼效率,缩短精炼时间。尤其在精炼前20min内,椭圆形浸渍管夹杂物数密度下降89%,而圆形浸渍管夹杂物数密度下降仅68%。在夹杂物尺寸方面,椭圆形浸渍管夹杂物前20min仍以2~3μm为主,而圆形浸渍管夹杂物尺寸有所增大,直到镇静过程面积百分数才有所降低。同时研究发现,椭圆形浸渍管并未改变冶炼终点夹杂物成分及形貌,夹杂物数密度及尺寸也相差不多。出站夹杂物均以点线状纯Al2O3为主,且椭圆形浸渍管夹杂物在镇静过程中尺寸有所增加。
昆士兰大学赵宝军教授研究了弹簧钢55SiCr中的夹杂物对钢材疲劳特性的影响。分析了不同脱氧工艺的夹杂物,钢中夹杂物主要以SiO2-Al2O3-CaO-MgO系,但尺寸和组成仍差异较大,讨论了通过控制脱氧过程来改善其夹杂物的途径。
辽宁科大对Ca/S值在0.042~0.079之间的中碳合金钢进行了冶炼,采用光学显微镜、扫描电镜等实验仪器,并结合图像分析软件Image Pro Plus研究了钙处理后不同Ca/S值对钢中硫化物变性效果的影响。结果表明:当Ca/S值为0.042时,钢样中条状硫化物的长度和宽度最小分别为7.9μm和1.8μm,颗粒状硫化物直径最小为3.1μm,条状硫化物与颗粒状硫化物数量比值约为2.8:1;当Ca/S值为0.079时,条状硫化物的长度和宽度最大分别为12.3μm和2.9μm,颗粒状硫化物的直径最大为4.5μm,条状夹杂物与颗粒状硫化物数量比值约为0.76:1,Ca处理变性效果十分明显。
北科大对含钛H13钢铸态钢锭中大尺寸析出物的存在形式及热稳定性进行了研究。研究发现,未添加Ti的H13钢中大尺寸析出物包括富V析出物,呈长条状或树枝状,以及V-Mo-Cr析出物,呈典型的共晶形貌。V-Mo-Cr类析出物1000℃下保温3h即可溶解,而富V大尺寸析出物热稳定性相对较高,1000℃及1100℃下保温长时间虽然有溶解趋势,但即使在1100℃下保温6h仍无法达到消除的效果。H13+0.015%Ti钢铸锭中大尺寸一次析出物除了富V及V-Mo-Cr析出物之外,还存在一定量的数微米级Ti-V类析出物,成分以Ti为主,V含量变化较大,在1000℃及1100℃下没有发现溶解趋势,热稳定性高。计算表明,在凝固末期,富V析出物、富Cr相M7C3及富Mo相M6C依次析出,而Ti的添加则明显提高了一次析出物的析出温度。H13钢中添加Ti时应该特别注意此类大尺寸热稳定性高的析出物的控制。
北科大研究了C-Mn钢中Ti-Al复合脱氧夹杂物的尺寸对晶内针状铁素体(Intragranular Acicular Ferrites:IAF)形核的影响。发现同种成分的夹杂物,其尺寸对IAF的形核有较大影响。利用ASPEX自动扫描电镜大面积地分析了夹杂物的成分以及尺寸,并利用“三元云相图”描述夹杂物在三元相图中的主要成分分布。采用场发射扫描电镜(FE-SEM)分析了有效形核核心和非有效核心的成分及尺寸分布特征。结果表明,小尺寸夹杂物(小于1μm)容易在晶界处集聚,不利于IAF的形核,反而促进晶界铁素体的生成。当夹杂物尺寸超过某一临界值时(4μm),随着夹杂物尺寸的不断增大,夹杂物诱导IAF形核的能力会逐渐降低,最后为0(大于6.5μm)。
对无取向硅钢的钙处理工艺进行了实验室研究,并从热力学角度分析了钙处理对夹杂物的变性程度。实验结果表明,钙处理前夹杂物主要以Al2O3系夹杂物为主,钙处理后夹杂物向钙铝酸盐系夹杂转变,并有少量CaS生成。Al、Ca脱氧平衡计算表明,理论上生成的钙铝酸盐系夹杂位于C12A7附近的纯液态夹杂区域,但通过Al-Ca平衡反应计算得到钢液中生成的钙铝酸盐系夹杂物位于CA与CA2中间的固液共存区域。为了尽可能减少CaS夹杂物的生成,同时使Al2O3系夹杂变性成低熔点钙铝酸盐系夹杂,钢液中理想的钙含量应控制在2×10-5~3×10-5之间。
本届年会中几篇论文均采用一些有效的夹杂物检测工具如ASPEX等,对炼钢过程中的所形成的夹杂物进行全流程跟踪研究,从而找出合理改善方案。并且发现对钢水进行Ca处理来改对夹渣物进行变性的技术日益广泛,值得关注。