精炼渣对超纯中铬铁素体不锈钢夹杂物影响研究

论文摘要

超纯铁素体不锈钢的韧性、耐蚀性、焊接性能等显著优于普通铁素体不锈钢,是现代铁素体不锈钢的发展方向。它基本不含对人体产生过敏的金属元素镍,是较为理想的节约资源型环保材料。但超纯铁素体不锈钢的表面和内部质量极易受到非金属夹杂物影响,如高熔点镁铝尖晶石夹杂会引起冷轧和热轧不锈钢板的带状缺陷,硬脆的铝酸盐夹杂会影响钢材的机械性能,因此,铁素体不锈钢中夹杂物的控制越来越引起冶金工作者的重视。现场439和443NT不锈钢样,夹杂物平均直径在2μm左右,大部分为不规则高熔点较硬不易变形夹杂物,对钢材表面质量会产生较大影响,且不利于夹杂物的聚合长大及上浮去除。本文模拟超纯铁素体不锈钢生产中VOD工位,选用CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2五元精炼渣系,用纯铝作为脱氧剂,加入量为2kg/t,精炼高铝（0.03%-0.09%）、低硅（≤0.2%）超纯铁素体不锈钢,考察五元精炼渣系碱度和渣中氧化铝质量分数变化对439和443NT超纯铁素体不锈钢中全氧和夹杂物的影响。另外,还考察了喂Ca线以及喂Ti、Ca线的顺序对钢中全氧和夹杂物的影响。热力学计算表明,铝脱氧高铝、低硅439不锈钢,MgOAl203的生成区域很大,即使钢中含有极少量的镁,也会生成MgO-Al2O3夹杂。钛的氧化物夹杂比较复杂,为TiO、Ti203和Ti305的复合夹杂,并且在计算条件下,这几种氧化物之间有相互转化或共存的关系,而生成Ti02的钛和氧质量分数相对较高,实际生产条件下,很难生成Ti02夹杂物。钛的碳氮化物夹杂的计算结果表明,TiN是在液相线以上析出,TiC在不考虑偏析的情况下,在固相线温度以下才析出；而考虑偏析时,TiC会在固-液两相区内析出。对于高铝、低硅质量分数的443NT不锈钢,TiN夹杂物是在液相线温度以上析出,TiC在固-液两相区内析出,在钢液凝固完成后,NbN和NbC按顺序析出。钙处理的计算结果表明,当钢中溶解Al质量分数在0.03%-0.06%,Ca的质量分数为0.003%-0.009%时,反应产物为液态铝酸钙,能够起到夹杂物变性效果,在12CaO·7Al203平衡态下,钢水温度越高,形成液态铝酸钙所需平衡钙量越高。实验研究发现,精炼渣碱度提高有利于降低钢液终点的全氧质量分数,精炼渣中A1203质量分数的变化对全氧质量分数影响不大；提高精炼渣碱度以及增加渣中A1203质量分数,对于降低钢中夹杂物的尺寸及吸附大尺寸A1203夹杂物有利。439、443NT不锈钢经Ca处理后,夹杂物基本为球形,夹杂物的熔点大部分处于较低熔点区,终点夹杂物平均直径在1.5μm左右,且夹杂物尺寸在0-5μm的比例占总夹杂物的99%左右。此外,高碱度和高氧化铝质量分数的精炼渣有利于提高Ca处理夹杂物的变性效果。439不锈钢先喂Ca线后喂Ti线冶炼工艺较先喂Ti线后喂Ca线工艺的全氧质量分数更低一些,但终点夹杂物平均直径更大且形貌不规则。因此,先喂Ti线后喂Ca线工艺条件有利于夹杂物变性球化和改善夹杂物的塑性,从而降低其对钢产品质量的不利影响。综合考虑钢中全氧质量分数以及夹杂物的形貌和成分,研究提出以下建议：（1）实际生产中采用Al脱氧生产超纯铁素体不锈钢,但必须采用Ca处理对夹杂物进行变性处理。（2）为保证夹杂物具有良好的变形能力,建议采用先喂Ti线后喂Ca线的先后顺序进行冶炼操作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 课题研究的内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 铁素体不锈钢概况
• 2.1.1 超纯铁素体不锈钢的发展
• 2.1.2 合金元素在纯铁素体不锈钢中的作用
• 2.1.3 超纯铁素体不锈钢生产方法
• 2.2 钢中夹杂物论述
• 2.2.1 非金属夹杂物来源
• 2.2.2 钢中非金属夹杂物控制
• 2.2.3 水口结瘤控制
• 2.2.4 铁素体不锈钢精炼过程中夹杂物控制
• 2.3 精炼渣对不锈钢的影响
• 2.4 喂线精炼工艺
• 2.5 钢中细小夹杂物鉴定检测方法
• 第3章 超纯铁素体不锈钢夹杂物热力学计算
• 3.1 相关热力学数据的选取
• 3.1.1 组元间的相互作用系数
• 3.1.2 标准吉布斯自由能
• 3.2 439不锈钢热力学计算
• 3.2.1 Al-Mg-O系夹杂物生成热力学计算
• 3.2.2 钛氧化物夹杂生成热力学计算
• 3.2.3 钛的碳氮化物夹杂物析出热力学计算
• 3.2.4 443NT不锈钢碳氮化物夹杂析出热力学计算
• 3.3 喂钙线处理Al-Ca-O系夹杂物生成条件热力学计算
• 3.3.1 钙处理的夹杂物
• 3.3.2 Al-O平衡曲线
• 3.3.3 Ca-Al平衡曲线
• 3.3.4 Ca-O平衡曲线
• 第4章 现场条件不锈钢夹杂物控制水平评价
• 4.1 现场439不锈钢的夹杂物的金相和扫描电镜分析
• 4.1.1 439不锈钢的夹杂物的金相分析
• 4.1.2 439不锈钢中夹杂物的扫描电镜分析
• 4.2 现场443NT不锈钢的夹杂物的金相和扫描电镜分析
• 4.2.1 443NT的夹杂物的金相分析
• 4.2.2 443NT夹杂物的扫描电镜分析
• 4.3 现场不锈钢的夹杂物小样电解实验结果分析
• 4.3.1 电解实验装置
• 4.3.2 电解液成分和电解主要参数
• 4.3.3 电解实验步骤
• 4.3.4 439不锈钢的夹杂物电解实验结果扫描电镜分析
• 4.3.5 443NT不锈钢的夹杂物电解结果形貌和能谱分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 精炼渣对不锈钢中夹杂物的影响研究
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验炉次安排及渣系设计
• 5.3 实验步骤及试样处理
• 5.4 钢中成分变化及全氧结果分析
• 5.4.1 超纯铁素体不锈钢终点成分
• 5.4.2 超纯铁素体不锈钢全氧质量分数的变化情况
• 5.5 精炼过程中夹杂物的变化情况
• 5.5.1 试样夹杂物的金相统计
• 5.5.2 精炼过程及终点试样夹杂物的形貌和成分分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 喂线对超纯铁素体不锈钢的影响研究
• 6.1 实验目的
• 6.2 实验方案、步骤和试样处理
• 6.3 实验结果分析
• 6.3.1 喂Ca线对439不锈钢中夹杂物形貌和成分分析
• 6.3.2 喂Ca线对443NT不锈钢中夹杂物形貌和成分分析
• 6.3.3 喂Ti、Ca线顺序对超纯铁素体不锈钢的影响
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士期间发表论文
• 论文包含图、表、公式及文献