不同精煉條件彈簧鋼中夾雜物及其析出熱力學(xué)研究.pdf

1、鋼中全氧含量及其夾雜物是決定彈簧鋼性能的主要因素,降低其全氧含量和控制夾雜物塑性化一直以來(lái)都是彈簧鋼冶煉的重點(diǎn)也是難點(diǎn),而爐外精煉是冶煉高質(zhì)量彈簧鋼的關(guān)鍵。針對(duì)于此,本文首先以國(guó)內(nèi)某廠(chǎng)采用Si-Mn脫氧生產(chǎn)的彈簧鋼60Si2MnA為例,對(duì)彈簧鋼的潔凈度進(jìn)行研究,主要分析研究了彈簧鋼中全氧含量和非金屬夾雜的變化,并針對(duì)該廠(chǎng)冶煉的彈簧鋼鋼液成分、夾雜物組成和精煉渣進(jìn)行了熱力學(xué)分析;其次,針對(duì)關(guān)于Al脫氧結(jié)合精煉渣精煉及鈣處理冶煉超低氧彈簧鋼

2、60Si2MnA夾雜物控制常出現(xiàn)的問(wèn)題,本文通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算探討鋼液中[Al]、[Ca]、[S]濃度和鋼液溫度對(duì)Al2O3夾雜物變性行為的影響,以及對(duì)鋼液中鋁酸鈣硫化物復(fù)合夾雜的析出進(jìn)行了熱力學(xué)分析與控制。
　　針對(duì)該廠(chǎng)采用Si-Mn脫氧生產(chǎn)的彈簧鋼60Si2MnA,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣,實(shí)驗(yàn)室觀(guān)察分析發(fā)現(xiàn):爐渣堿度在1左右,渣中(FeO+MnO)含量較高在2％~3%,鋼中全氧(T.O)含量在25~30ppm;夾雜物數(shù)量較多,單位面積個(gè)數(shù)約

3、為38個(gè)/mm2,尺寸較大約為8μm左右;鋼中以呈球形的脆性(Al2O3)和不變形(SiO2、MgO、CaS)夾雜居多,還存在大量尺寸不一的MnS夾雜,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)硅酸鹽夾雜。
　　對(duì)Si-Mn脫氧冶煉彈簧鋼60Si2MnA的熱力學(xué)計(jì)算表明:在較低的溫度下,即使氧含量很低也可以控制鋼液中夾雜物為低熔點(diǎn)夾雜;在鋼液溫度為1600℃條件下,當(dāng)[Al]<24.5×10-6時(shí),不析出 Al2O3,當(dāng)[Al]<24.5×10-6,1.38×10

4、-11<[Ca]a<3.98×10-10時(shí),鋼中可析出低熔點(diǎn)的CaO·Al2O3·2SiO2,但析出此夾雜的可控范圍比較小;在鋼液溫度為1479℃條件下,當(dāng)[Al]<12×10-6,2.19×10-12<[Ca]a<5.62×10-11,鋼中可析出CaO·Al2O3·2SiO2,可控范圍變得更窄;控制精煉渣w(Al2O3)為0%~20%,堿度在0.8左右,可以保證鋼液中析出低熔點(diǎn)的夾雜物;MnS夾雜在精煉階段不會(huì)析出,在凝固過(guò)程中也幾乎

5、不析出,但當(dāng)鋼液開(kāi)始凝固時(shí)的硫濃度較大時(shí),MnS有析出的傾向。
　　對(duì)Al脫氧冶煉超低氧彈簧鋼60Si2MnA的熱力學(xué)計(jì)算表明:在1600℃時(shí),生成低熔點(diǎn)12(CaO)·7(Al2O3)需w[Ca]>0.0034%;w[S]<0.005%時(shí),生成CaS對(duì)應(yīng)臨界鈣含量隨硫含量的減少顯著增加;w[Al]=0.03%時(shí),鋁酸鈣硫化物析出的臨界硫含量以(CaO)·(Al2O3)→12(CaO)·7(Al2O3)→3(CaO)·(Al2O3

6、)的順序由0.04%依次降低為0.0037%和0.0008%,要控制夾雜在低熔點(diǎn)的12(CaO)·7(Al2O3)區(qū)域而不析出鋁酸鈣硫化物夾雜,需控制鋼液中w[S]<0.0037%;在鋼液凝固之前,控制[S]<0.0004%,凝固過(guò)程中鋼液中[S]不會(huì)與鈣鋁酸鹽反應(yīng)生成CaS,但凝固過(guò)程中溶質(zhì)發(fā)生偏析,局部區(qū)域[Ca]、[S]富集,會(huì)有少量的單質(zhì)CaS析出。
　　對(duì)鈣鋁酸鹽中CaS的溶解度的熱力學(xué)計(jì)算表明:隨著夾雜物中CaO含量的