夹杂物控制-钢研总院讲座--王新华1

《夹杂物控制-钢研总院讲座--王新华1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《夹杂物控制-钢研总院讲座--王新华1（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、王新华 2013年5月24日 钢钢中非金属夹杂夹杂 物控制技术术研究 非金属夹杂物类别 氧化物 简单氧化物 复合氧化物等 硫化物 MnS CaS CaO CaS等 氮化物 TiN NbN AlN等 非金属夹杂物危害 质量缺陷 铸坯 表面裂纹 内部裂纹 偏析等 钢材 裂纹 翘皮 线形缺陷等 钢材性能 冲压开裂 冷拉断裂等 延性 低温韧性 抗疲劳破坏 非轧制方向性能 切削 焊接 耐蚀 电磁性能等 一 研究重要意义 2 非金属夹杂物是钢铁冶金科研 热点 1 洁净 高洁净 超高洁净 趋势 强化内生类夹杂物去除效果 严格 杜绝 二次氧化 对夹杂物成分 尺寸 分布 性能的控制 2 开发新工艺 降低成本 提

2、高对夹杂物控制效率 缩短或取消LF精炼 强化RH精炼 针对不同类型钢材 对夹杂物实行 重点控制 夹杂物控制技术发展趋势 3 4 国产钢材夹杂物控制存在差距 1 汽车钢板 国内合资品牌汽车用钢板 50 由国内供应 其中80 为宝钢生产 引自徐乐江2011年中国钢铁年会报告 主要差距在于钢板表面品质稳定性控制方面 2 轴承钢 总氧 Ti等关键成分控制方面达到了顶级产品水平 但夹杂物评级难 以满足瑞典 日本顶级轴承制造商控制标准要求 主要差距在于少量Ds类夹杂物控制稳定性方面 3 易切削钢 化学成分与日本 台湾中钢产品相同 但切削性能差距很大 主要差距在于钢中MnS夹杂物均匀 细小 弥散化控制方面

3、二 汽车钢板非金属夹杂物控制 5 优良加工性能与服役性能 优良表面品质 无缺陷 汽车钢板表面缺陷控制 6 广州本田 每10个钢板卷 有表 面缺陷钢卷不能超过一 个 存在表面缺陷钢卷 表 面缺陷不能超过一处 夹杂物引起的钢板表面缺陷 7 汽车板铸坯中有害夹杂物尺寸 8 汽车板铸坯有害夹杂物尺寸 9 有害夹杂物来源一 大型簇群状Al2O3夹杂物 10 微小Al2O3聚集 捕捉 11 12 铸坯中大型夹杂物分布 淡路谷浩 材料 17 2004 p107 有害夹杂物来源二 结晶器保护渣 13 有害夹杂物来源三 Ar气泡 Al2O3 14 Takashi MIYAKE Influence of Sulp

4、hur Content and Molten Steel Flow on Entrapment of Bubbles to Solid Liquid Interface ISIJ International Vol 46 2006 No 12 pp 1817 1822 为什么吹氩 15 密封作用 防止塞棒棒头 中间包水口 滑板 滑板间渗入空气 防止水口内壁粘接 堵塞 在中间包水口或SEN壁上 形成一氩气薄膜 阻止夹杂 物与水口壁接触 氩气吸附夹杂物 将其与水 口壁分离 Ar气泡 Al2O3 16 17 1 减少Al2O3簇群 转炉炼钢终点控制 O FeO 转炉出钢防下渣 提高RH精炼效率 严格

5、控制二次氧化等 2 减少结晶器保护渣卷入 控制结晶器钢水液面波动 高粘度保护渣 浸入式水口设计优化 高拉速采用FC结晶器 3 减少 气泡 Al2O3 严格控制Ar流量 浸入式水口设计优化 采用电磁搅拌 控制 hook 国产汽车钢板质量问题 首钢 北科大合作研究 18 氧含量变化 19 夹杂物检测方法 20 常规检测方法的不足 1 钢材出厂检验 ASTM标准 A B C D Ds类夹杂物 用户标准 SKF 米其林 贝卡尔特等 分析检验手段 光学显微镜 2 科学研究 光学显微镜 扫描电镜 EDS 投射电镜 EPMA EDS 图像分析 PDA Pulse Distribution Analysis

6、问题 试样检测面积小 分析检验耗时长 分析检验结果 夹杂物数量 尺寸 成分 位置 可信度低 21 JFE对汽车板铸坯夹杂物检验方法 Y Awajiya Entrapment Location in Solidified Shell of Ultra Low Carbon Steel Slab AISTech 2005 Vol II p65 30 30 mm 总检验面积 30 30 28 25 200mm2 大型夹杂物主要类型 22 夹杂物类型 试验一 试验二 试验三 簇群状Al2O3 91 90 77 气泡 簇群状Al2O3 29 32 47 气泡 1 66 块状Al2O3 0 00 结晶器保

7、护渣 0 00 总计 121 128130 夹杂夹杂 物数量密度 0 48个 cm2 0 51个 cm2 0 52个 cm2 正常坯取样 23 第3块铸坯末端 总检验面积 2000 7 14 000mm2 大型试样制备 24 ASPEX PSEM eXplore 扫描电镜 25 对大尺寸试样表面夹杂物进行自动分 析检验 Max 100mm 80mm 夹杂物成分 数量 位置 形貌等 夹杂物最小尺寸 0 4 m 具有数据库 冶金分析等功能 正常坯夹杂物数量 50 m 26 炉次检测面积 mm2 绝对数量 个数 数量密度 个 cm2 Al2O3保护渣 100 mAl2O3保护渣 100 m 1111

8、2041050 36900 045 31407062080 44100 057 51235126040 21100 032 61452035040 24100 028 平均520611640210 31500 040 正常坯夹杂物数量分布 27 汽车钢板表面缺陷控制 28 广州本田 每10个钢板卷 有表 面缺陷钢卷不能超过一 个 存在表面缺陷钢卷 表 面缺陷不能超过一处 铸坯中有害夹杂物数量计算 100 m 29 冷轧板卷 重量 15t 宽1400mm 厚0 5mm 长2767m 铸坯 237mm厚 有害夹杂物主要存在于 4mm厚度表层中 有害夹杂物含量 7 69个 m3 7 69 10 6个

9、 cm3 30 JFE对汽车板铸坯夹杂物检验方法 Y Awajiya Entrapment Location in Solidified Shell of Ultra Low Carbon Steel Slab AISTech 2005 Vol II p65 30 30 mm 大型夹杂物主要类型 31 夹杂物类型 试验一 试验二 试验三 簇群状Al2O3 91 90 77 气泡 簇群状Al2O3 29 32 47 气泡 1 66 块状Al2O3 0 00 结晶器保护渣 0 00 总计 121 128130 夹杂夹杂 物数量密度 0 48个 cm2 0 51个 cm2 0 52个 cm2 正常浇

10、铸铸坯夹杂物 32 检测面积总计52061mm2 超过JFE同类研究一倍 大于 50 m夹杂物数量密度在0 21 0 45个 cm2 低于JFE铸坯同 类夹杂物数量 正常坯表层试样中大于50 m夹杂物主要为簇群状Al2O3 未检测到保护渣卷入形成夹杂物 与JFE检测结果一致 不能避免 100 m有害夹杂物存在 数量 0 028 0 057个 cm2 生产高端用户钢板应对铸坯采用表面清理 扒皮 拉速影响 33 高拉速铸坯试样夹杂物数量 34 拉速 m min 夹杂夹杂 物 类类型 20 50 m 50 100 m 100 200 m 200 300 m 300 400 m 400 m 检测面积

11、mm2 1 8 Al2O3106317102 14550 保护护渣000000 1 9 Al2O39273000 13080 保护护渣010001 2 0 Al2O3121250000 13480 保护护渣000000 液面波动 35 高拉速铸坯夹杂物数量密度 个 cm2 36 JFE 高拉速有利于减少钢板表面缺陷 37 H Nakamura et al Technology for Production of High Quality Slab at High Speed Casting 1992 Steelmaking Conference Proceedings ISS p409 415

12、 hook 状坯壳 38 拉速对hook影响 39 三 特殊钢非金属夹杂物控制 用于制作轴承 齿轮 弹簧 传动轴等机械零部件的特殊 钢 要求具备优良抗疲劳破 坏性能 夹杂物不能均匀传递基体所 经 受的应力 应变 夹杂物 周边 形成 应力集中 夹杂物 钢基体界面产生微裂 纹 成为工件的疲劳破坏 40 不同类别夹杂物对钢疲劳性能的影响 J Monnot et al Amer Soc For Test Mat 1988 p 14941 D类 或 DS类 D类 或 DS类 42 夹杂物控制误区 过过度强调对夹杂调对夹杂 物种类类控制 D类夹杂类夹杂 物 CaO MgO Al2O3 CaO Al2O3系

13、不变变形夹杂夹杂 物 DS类夹杂类夹杂 物 CaO Al2O3系夹杂夹杂 物 Si Mn脱氧 低碱度或较较低碱度精炼炼渣系 电电渣重熔 真空重熔等特殊精炼炼工艺艺方法 43 超低氧特殊钢生产技术 T O 3 6ppm K Kawakami et al Proceedings of the 3rd International Congress on the Science and Technology of Steelmaking May 9 12 2005 Charlotte AIST 209 日本特钢厂大工业规模生 产超低氧轴承钢 采用电渣重熔工艺生产的 轴承钢 采用真空电加热工 艺生产的轴

14、承钢 44 超低氧特殊钢关键工艺技术 1 转炉或电炉出钢严格挡渣 2 强脱氧 铝直接脱氧 强扩散脱氧 3 高碱度精炼炉渣 4 长时间RH真空精炼 5 严格保护浇注 6 大方坯连铸 中间包钢水加热 低拉速 低比水量二冷 电磁搅拌等 45 国产特殊钢主要问题 DS类夹杂物评级差 T O 3 6ppm 没有充分发挥RH精炼作用 时间短 保护浇注不严密 许多仍采用钙处理 LF精炼时间过长 缺少中间坯 扒皮 钢材探伤等设备 46 LF与RH精炼分工 47 EAF LF RH CC 升温 脱氧 合金化 去除 夹杂物等 脱气 H N 脱氧 合 金化 去除夹杂物等 实现超低氧控制 LF or RH 哪个更高效

15、 48 优势 加热钢水 炉渣 强扩散脱氧 高碱度 极低FetO含量炉渣 钢液成分控制 超低氧控制方面不足 对钢水搅拌能不足 49 钢水为强还原性炉渣所覆盖 钢 渣界面 静止 钢水循环流动 夹杂物碰撞 聚合 上浮 去除 JFE西日本制铁所生产轴承钢 50 K MATSUOKA 4th International Congress on Steelmaking 2008 Gifu 456 JFE西日本制铁所生产轴承钢 51 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 4th International Cong

16、ress on Steelmaking 2008 Gifu 456 高铁车轴钢试验 52 铝脱氧 Al 0 04 高碱度 低FetO炉渣 FetO 1 0 精炼时间 45min 精炼时间 35min 实现超低氧含量控制 总氧含量变化 53 LF精炼结束 54 CaOSiO2Al2O3MgOT FeMnOSTiO2R 52 91 10 46 27 54 9 42 0 720 0 098 0 170 0 160 5 1 炉渣成分 钢水成分 CSiMnPSAlsTiT ON 0 270 250 740 006 0 0010 038 0 0050 00140 0064 RH精炼结束 55 CaOSiO2Al2O3MgOT FeMnOSTiO2R 50 54 10 07 28 53 10 67 0 981 0 126 0 160 0 149 5 0 炉渣成分 钢水成分 CSiMnPSAlsTiT ON 0 260 240 720 0050 0020 038 0 0050 00080 0071 非金属夹杂物 56 LF精炼结束 RH精炼结束 LF精炼结束夹杂物数量 57 检验面积 12 9mm2