不同精煉條件彈簧鋼中夾雜物及其析出熱力學研究.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都是彈簧鋼冶煉的重點也是難點,而爐外精煉是冶煉高質(zhì)量彈簧鋼的關(guān)鍵。針對于此,本文首先以國內(nèi)某廠采用Si-Mn脫氧生產(chǎn)的彈簧鋼60Si2MnA為例,對彈簧鋼的潔凈度進行研究,主要分析研究了彈簧鋼中全氧含量和非金屬夾雜的變化,并針對該廠冶煉的彈簧鋼鋼液成分、夾雜物組成和精煉渣進行了熱力學分析;其次,針對關(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)的問題,本文通過熱力學計算探討鋼液中[Al]、[Ca]、[S]濃度和鋼液溫度對Al2O3夾雜物變性行為的影響,以及對鋼液中鋁酸鈣硫化物復合夾雜的析出進行了熱力學分析與控制。
　　針對該廠采用Si-Mn脫氧生產(chǎn)的彈簧鋼60Si2MnA,通過現(xiàn)場取樣,實驗室觀察分析發(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,單位面積個數(shù)約

3、為38個/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,沒有發(fā)現(xiàn)硅酸鹽夾雜。
　　對Si-Mn脫氧冶煉彈簧鋼60Si2MnA的熱力學計算表明: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夾雜;在鋼液溫度為1600℃條件下,當[Al]<24.5×10-6時,不析出 Al2O3,當[Al]<24.5×10-6,1.38×10

4、-11<[Ca]a<3.98×10-10時,鋼中可析出低熔點的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[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的夾雜物;MnS夾雜在精煉階段不會析出,在凝固過程中也幾乎

5、不析出,但當鋼液開始凝固時的硫濃度較大時,MnS有析出的傾向。
　　對Al脫氧冶煉超低氧彈簧鋼60Si2MnA的熱力學計算表明:在1600℃時,生成低熔點12(CaO)·7(Al2O3)需w[Ca]>0.0034%;w[S]<0.005%時,生成CaS對應臨界鈣含量隨硫含量的減少顯著增加;w[Al]=0.03%時,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%,凝固過程中鋼液中[S]不會與鈣鋁酸鹽反應生成CaS,但凝固過程中溶質(zhì)發(fā)生偏析,局部區(qū)域[Ca]、[S]富集,會有少量的單質(zhì)CaS析出。
　　對鈣鋁酸鹽中CaS的溶解度的熱力學計算表明:隨著夾雜物中CaO含量的