簾線鋼工藝最優(yōu)化和非金屬夾雜物檢驗(yàn)方法的改進(jìn)

1、簾線鋼工藝最優(yōu)化和非金屬夾雜物檢驗(yàn)方法的改進(jìn)本文建立了基于分餾氣體分析方法和定量金相學(xué),依據(jù)非金屬夾雜物數(shù)量評(píng)價(jià)簾線鋼純凈度的方法。根據(jù)定量金相學(xué)的數(shù)據(jù)以及各個(gè)生產(chǎn)廠家的盤條試樣,分析了氧化物系非金屬夾雜物的體積分?jǐn)?shù)、直徑大于8m的大顆粒夾雜物密度以及Al2O3含量。簾線鋼生產(chǎn)用盤條要求高加工性和均勻的顯微組織。并要求最低的有色金屬雜質(zhì)含量,氮含量小于0.005%,氧含量小于0.0020%,氫含量小于2ppm。按照成分、形狀、尺寸及分布控制非金屬夾雜物組成,鋼液結(jié)晶過(guò)程中出現(xiàn)的偏析缺陷最小。提高產(chǎn)品品種中高強(qiáng)、最高強(qiáng)度和超高強(qiáng)簾線的比率,是汽車外輪胎生產(chǎn)廠家的發(fā)展趨勢(shì)。事先設(shè)定鋼液非金屬夾雜物

2、純凈度要求。這與在拉拔和捻線時(shí),簾線斷線頻率與鋼材抗斷強(qiáng)度極限有關(guān)。因?yàn)樵诤熅€鋼中,80%的斷絲是由于有不變形的非金屬夾雜物引起。微裂紋的產(chǎn)生過(guò)程,取決于鋼材強(qiáng)度和塑性及非金屬夾雜物。它與基體結(jié)合的強(qiáng)度取決于夾雜物與基體熱膨脹系數(shù)差。熱塑性變形時(shí),沿其邊界產(chǎn)生疏松的夾雜物危害最大。疏松產(chǎn)生在剛玉和尖晶石的不變形非金屬夾雜物附近,經(jīng)受夾雜物基體邊界的拉應(yīng)力。因此,夾雜物表面局部塑性變形和應(yīng)力區(qū)取決于其尺寸。生產(chǎn)簾線鋼時(shí),拉拔時(shí)線材經(jīng)受拉應(yīng)力和壓縮應(yīng)力,形成疏松的生長(zhǎng)速度、尺寸及相應(yīng)斷線頻率都提高。由于非金屬夾雜物Al2O3含量在極大程度上影響其變形的趨勢(shì),因此應(yīng)控制在15%20%。這與CaO-A

3、l2O3和SiO2-MnO-Al2O3三元易熔共晶體區(qū)范圍一致。非金屬夾雜物中Al2O3含量取決于鋼液中鋁溶解度。實(shí)驗(yàn)表明,變形非金屬夾雜物的臨界Al2O3含量與鋼液中鋁溶解含量0.0004%0.0006%相同。非金屬夾雜物的化學(xué)成分、尺寸及在基體中的分布特征,取決于脫氧工藝和爐外處理。鋼液中終氧濃度、非金屬夾雜物成分和形態(tài),及其尺寸分布,取決于脫氧劑成分、數(shù)量和加入脫氧劑的順序和方法。簾線鋼中非金屬夾雜物,一般可分為外來(lái)爐襯、鋼包、水口等耐火材料微粒,其成分接近于爐渣CaO-SiO2-Al2O3及脫氧反應(yīng)物SiO2-MnO-Al2O3。簾線鋼的化學(xué)成分,要求鋁含量不大于0.003%,然而這還

4、不能完全滿足鋼簾線生產(chǎn)廠家對(duì)鋼不變形、氧化鋁非金屬夾雜物的純凈度高的要求。通過(guò)用不含鋁的脫氧劑、爐外處理控制造渣制度、選擇連鑄機(jī)和中間包耐火材料,能控制其最佳成分。鋼中溶解鋁含量隨渣堿度提高而提高。爐渣成分極大影響鋼液的氧濃度和夾雜物成分。同時(shí),利用爐外處理,使Al2O3濃度不超過(guò)8%的爐渣具備低熔點(diǎn)和低黏度的特性。在這種鋼液中,非金屬夾雜物中Al2O3含量降低,且?jiàn)A雜物的平均尺寸穩(wěn)定。按北俄羅斯冶金廠的現(xiàn)行工藝出鋼,在鋼包內(nèi)加入合金元素和脫氧劑。鋼包出鋼時(shí),徹底扒除爐渣,保證合金元素最小程度的氧化。生成有規(guī)定比例的石灰和酸性氧化渣的爐渣,是獲得一定非金屬夾雜物成分的重要條件。鋼液通過(guò)真空循環(huán)

5、處理(RH,保證有效脫碳、脫氫和脫氮,以及利用氣泡上浮去除非金屬夾雜物。在北俄羅斯冶金廠電爐2號(hào)車間,按照規(guī)定工藝和設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,進(jìn)行了簾線鋼的冶煉試驗(yàn)。在每次冶煉中均獲取鋼樣,便于將來(lái)的研究。冶煉7080簾線鋼種已實(shí)行了A-K試驗(yàn)工藝方案。它包括改變過(guò)程參數(shù),如爐外精煉時(shí)的吹氬制度,澆鑄時(shí)鋼包中渣堿度和成分等。出鋼前從電弧爐中取樣,出鋼后從鋼包中取樣。用圖象分析器IA-3001,配合X射線分析器的電子掃描顯微鏡進(jìn)行金相學(xué)分析,用氣體分析器TC-436分餾氣體分析方法,研究試驗(yàn)樣品。每個(gè)簾線鋼生產(chǎn)公司根據(jù)自己的生產(chǎn)條件,自主研制非金屬夾雜物純凈度的方法。北俄羅斯冶金廠按Pirelli公司研發(fā)的

6、渣三元平衡相圖評(píng)價(jià)簾線鋼的純凈度。該公司采用了一種檢驗(yàn)方法,借助掃描電子顯微鏡,一爐取5個(gè)試樣分析非金屬夾雜物密度和成分,并將數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。按照該研究方法,允許尺寸大于1m夾雜物總密度在1cm2不大于1000個(gè)。分析可得,鋼中最大尺寸30m的Al2O3含量小于50%,而最大尺寸10m Al2O3的含量大于50%。同時(shí),夾雜物密度在1cm2不應(yīng)超過(guò)20個(gè)。在檢驗(yàn)鋼液非金屬夾雜物純凈度方面進(jìn)行的研究,普遍采用了分餾氣體分析法、定量金相學(xué)法和Pirelli公司研發(fā)的方法。在爐外精煉和連鑄過(guò)程中,根據(jù)鋼液氧濃度變化和各類非金屬夾雜物含量的變化,分別從出鋼后鋼包中、加脫氧劑和造渣料后、精煉容器、連鑄機(jī)中

7、取樣。對(duì)以上試樣采用分餾氣體分析法進(jìn)行分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,鋼液在鋼包爐內(nèi)處理,采用如鋁、鈣這類的強(qiáng)力脫氧劑,就不能保證鋼液的氧含量小于0.004%。從RH中獲取的試樣經(jīng)分析后,發(fā)現(xiàn)達(dá)到了最低氧含量及非金屬夾雜物的要求。通過(guò)比較簾線鋼盤條試樣非金屬夾雜物的密度發(fā)現(xiàn),不同的工藝方法冶煉結(jié)果,夾雜物數(shù)量差異較大。該研究測(cè)量了每一組非金屬夾雜物的面積、長(zhǎng)和寬(沿軋制方向,長(zhǎng)寬比和等量直徑。與Pirelli公司研發(fā)的夾雜物分析方法得到的數(shù)據(jù)相比,利用定量的光學(xué)金相法的結(jié)果最可靠。但是,該指標(biāo)無(wú)法提供表示盤條拉拔斷絲的不變形大夾雜物的數(shù)量,以及按尺寸分類的分布情況。對(duì)于每一種試驗(yàn)冶煉方案,都測(cè)量非金屬夾雜

8、物面積與研究試樣面積之比。該指標(biāo)能夠更充分地表示鋼液純凈度,因?yàn)樗c分析鋼時(shí)測(cè)到的夾雜物成正比例。同時(shí),該指標(biāo)也說(shuō)明氧化物的非金屬夾雜物的體積分?jǐn)?shù),既要符合鋼液總氧量的要求,又要符合不同類型夾雜物氧含量的分餾氣體分析結(jié)果。按照分餾氣體分析數(shù)據(jù),考察了鋼液在連鑄之前鋼液中硅酸鹽的氧含量與渣堿度的關(guān)系。按照(CaO+MgO/(SiO2+Al2O3比值計(jì)算堿度。試驗(yàn)結(jié)果證明,當(dāng)鋼渣堿度下降時(shí),由于變形硅酸鹽夾雜物含量增加,鋼液中氧含量和非金屬夾雜物總量增加。通過(guò)比較簾線鋼盤條試樣(不少于5個(gè)試樣中氧和氮的平均含量發(fā)現(xiàn),試樣存在標(biāo)準(zhǔn)差范圍。用類似方法對(duì)北俄羅斯冶金廠的試樣,也進(jìn)行了簾線盤條純凈度研究。結(jié)果證明,氮含量的偏差較大。新日鐵和北俄羅斯冶金廠生產(chǎn)的盤條偏差最小,摩爾達(dá)維亞冶金廠盤條的偏差最大。這與電弧爐選擇的爐料和煉鋼方法有關(guān)。比較了北俄羅斯冶金廠、新日鐵、摩爾維亞鋼廠、奧斯科爾電冶金公司、下塔吉爾鋼鐵廠的簾線盤條的非金屬夾雜物的體積分?jǐn)?shù),測(cè)量了夾雜物面積與試樣研究面積和大夾雜物含量之比,以及直徑大于8m的非金屬夾雜物的面積與試樣面積之比。通過(guò)比較非金屬夾雜物的體積分?jǐn)?shù)和直徑大于8m夾雜物的含量,發(fā)現(xiàn)新日鐵生產(chǎn)的簾線鋼最好,北俄羅斯冶金廠次之。根據(jù)非金屬夾雜物評(píng)價(jià)各個(gè)生產(chǎn)廠盤條的質(zhì)量時(shí),采用氧化物中總氧量和高鋁非金屬夾雜物的氧含量作為衡量指