簾線鋼工藝最優(yōu)化和非金屬夾雜物檢驗方法的改進

1、簾線鋼工藝最優(yōu)化和非金屬夾雜物檢驗方法的改進本文建立了基于分餾氣體分析方法和定量金相學,依據(jù)非金屬夾雜物數(shù)量評價簾線鋼純凈度的方法。根據(jù)定量金相學的數(shù)據(jù)以及各個生產(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數(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,鋼液結晶過程中出現(xiàn)的偏析缺陷最小。提高產(chǎn)品品種中高強、最高強度和超高強簾線的比率,是汽車外輪胎生產(chǎn)廠家的發(fā)展趨勢。事先設定鋼液非金屬夾雜物

2、純凈度要求。這與在拉拔和捻線時,簾線斷線頻率與鋼材抗斷強度極限有關。因為在簾線鋼中,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)生過程,取決于鋼材強度和塑性及非金屬夾雜物。它與基體結合的強度取決于夾雜物與基體熱膨脹系數(shù)差。熱塑性變形時,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力。因此,夾雜物表面局部塑性變形和應力區(qū)取決于其尺寸。生產(chǎn)簾線鋼時,拉拔時線材經(jīng)受拉應力和壓縮應力,形成疏松的生長速度、尺寸及相應斷線頻率都提高。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,因此應控制在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。實驗表明,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及脫氧反應物SiO2-MnO-Al2O3。簾線鋼的化學成分,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)廠家對鋼不變形、氧化鋁非金屬夾雜物的純凈度高的要求。通過用不含鋁的脫氧劑、爐外處理控制造渣制度、選擇連鑄機和中間包耐火材料,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,利用爐外處理,使Al2O3濃度不超過8%的爐渣具備低熔點和低黏度的特性。在這種鋼液中,非金屬夾雜物中Al2O3含量降低,且夾雜物的平均尺寸穩(wěn)定。按北俄羅斯冶金廠的現(xiàn)行工藝出鋼,在鋼包內加入合金元素和脫氧劑。鋼包出鋼時,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號車間,按照規(guī)定工藝和設計試驗方案,進行了簾線鋼的冶煉試驗。在每次冶煉中均獲取鋼樣,便于將來的研究。冶煉7080簾線鋼種已實行了A-K試驗工藝方案。它包括改變過程參數(shù),如爐外精煉時的吹氬制度,澆鑄時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行金相學分析,用氣體分析器TC-436分餾氣體分析方法,研究試驗樣品。每個簾線鋼生產(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、渣三元平衡相圖評價簾線鋼的純凈度。該公司采用了一種檢驗方法,借助掃描電子顯微鏡,一爐取5個試樣分析非金屬夾雜物密度和成分,并將數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。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。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,夾雜物密度在1cm2不應超過20個。在檢驗鋼液非金屬夾雜物純凈度方面進行的研究,普遍采用了分餾氣體分析法、定量金相學法和Pirelli公司研發(fā)的方法。在爐外精煉和連鑄過程中,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、連鑄機中

7、取樣。對以上試樣采用分餾氣體分析法進行分析。試驗結果表明,鋼液在鋼包爐內處理,采用如鋁、鈣這類的強力脫氧劑,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)達到了最低氧含量及非金屬夾雜物的要求。通過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果,夾雜物數(shù)量差異較大。該研究測量了每一組非金屬夾雜物的面積、長和寬(沿軋制方向,長寬比和等量直徑。與Pirelli公司研發(fā)的夾雜物分析方法得到的數(shù)據(jù)相比,利用定量的光學金相法的結果最可靠。但是,該指標無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。對于每一種試驗冶煉方案,都測量非金屬夾雜

8、物面積與研究試樣面積之比。該指標能夠更充分地表示鋼液純凈度,因為它與分析鋼時測到的夾雜物成正比例。同時,該指標也說明氧化物的非金屬夾雜物的體積分數(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系。按照(CaO+MgO/(SiO2+Al2O3比值計算堿度。試驗結果證明,當鋼渣堿度下降時,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。通過比較簾線鋼盤條試樣(不少于5個試樣中氧和氮的平均含量發(fā)現(xiàn),試樣存在標準差范圍。用類似方法對北俄羅斯冶金廠的試樣,也進行了簾線盤條純凈度研究。結果證明,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。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數(shù),測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。通過比較非金屬夾雜物的體積分數(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)非金屬夾雜物評價各個生產(chǎn)廠盤條的質量時,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