高强度螺栓钢夹杂物控制技术研究

论文摘要

中国汽车工业呈现良好的发展势头,然而中国汽车用高端螺栓材料与国外相比有较大差距,此类产品母材一直依赖进口。螺栓钢中的夹杂物是造成冷镦开裂和早期疲劳破坏的主要原因之一,因此开发高强度螺栓钢夹杂物控制技术对实现高端螺栓的国产化具有重要意义。本文以某钢铁企业为依托,通过热力学分析对钢中夹杂物生成进行预测,对精炼渣系的脱氧能力等进行分析,并结合现场实验进行优化冶炼工艺,从而实现对高强度螺栓钢的夹杂物控制。本文获得的主要结论如下：（1）使用铝脱氧可以获得很低的溶解氧水平,当酸溶铝含量在0.02%～0.05%时,钢中的溶解氧含量为（4～6）×10-4%左右。当酸溶铝为0.02%～0.05%时,只需微量的Mg便可以生成镁铝尖晶石夹杂物。有微量钙时,氧化铝夹杂并不稳定,将转变为钙铝酸盐夹杂物。（2）在钢液中,在精炼过程中并不能生成TiN和TiC夹杂物。随着钢液的凝固,TiN和TiC夹杂物在凝固过程中析出。（3）随着碱度的增加,渣系的脱氧能力越强,生成球状夹杂物的可能性也越大,碱度超过4,精炼渣几乎达到最大脱氧能力。对于要求控制球状夹杂物的低氧高强度螺栓钢,选择碱度为4左右的炉渣比较适宜,实际可以控制在3.5～4.5之间。实验表明,实验渣系4-3（碱度3.4～4.0）已接近最大脱氧能力,并可以适当控制夹杂物形态,可以选择此渣系作为高强度螺栓钢的精炼渣系。（4）通过采用优质原料,提高转炉出钢碳含量,改变出钢脱氧方式,优化精炼渣系,延长精炼时间,控制软吹气量以及去除钙处理等措施,新工艺可以得到全氧含量7.10×10-4%,氮含量28.38～10-4%,硫含量34×10-4%,钛含量小于20x10-4%,夹杂物的主体尺寸为2-4μm,D类得到了较好的控制,满足不大于1级的要求；B类夹杂物相比原工艺略有增加,仍然满足不大于0.5级的要求。

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第1章绪论

1.1 前言

1.2 高强度螺栓钢概述

1.2.1 高强度螺栓钢的发展

1.2.2 高强度螺栓钢的性能

1.3 高强度螺栓钢中的夹杂物和气体

1.3.1 夹杂物的来源和分类

1.3.2 夹杂物对螺栓钢性能的影响

1.3.3 气体对螺栓钢性能的影响

1.3.4 夹杂物和气体的控制途径

1.4 高强度螺栓钢的生产现状

1.4.1 高强度螺栓钢的冶炼要求

1.4.2 高强度螺栓钢的生产现状

1.5 本课题研究的目的和意义

1.6 本课题研究的主要内容

第2章夹杂物生成热力学分析

2.1 计算方法

2.2 计算原始数据

2.2.1 钢液成分

2.2.2 元素的相互作用系数

2.3 计算与讨论

2.3.1 氧化铝夹杂物生成热力学分析

2.3.2 镁铝尖晶石夹杂物生成热力学分析

2.3.3 钙铝酸盐夹杂物生成热力学分析

2.3.4 含钛夹杂物生成热力学分析

2.4 本章小结

第3章精炼渣系的计算热力学分析

2O₃-SiO₂渣系的作用浓度计算模型'>3.1 CaO-MgO-FeO-Al₂O₃-SiO₂渣系的作用浓度计算模型

2O₃-SiO₂渣系的作用浓度计算模型求解'>3.2 CaO-MgO-FeO-Al₂O₃-SiO₂渣系的作用浓度计算模型求解

2O₃-SiO₂渣系的影响'>3.3 碱度对CaO-MgO-FeO-Al₂O₃-SiO₂渣系的影响

3.3.1 碱度对脱氧能力的影响

3.3.2 碱度对脱硫能力的影响

3.3.3 碱度对生成球状夹杂物的影响

2O₃含量对CaO-MgO-FeO-Al₂O₃-SiO₂渣系的影响'>3.4 Al₂O₃含量对CaO-MgO-FeO-Al₂O₃-SiO₂渣系的影响

2O₃含量对脱氧能力的影响'>3.4.1 Al₂O₃含量对脱氧能力的影响

2O₃含量对脱硫能力的影响'>3.4.2 Al₂O₃含量对脱硫能力的影响

2O₃含量对生成球状夹杂物的影响'>3.4.3 Al₂O₃含量对生成球状夹杂物的影响

3.5 高强度螺栓钢精炼渣系的选择

3.5.1 精炼渣的碱度

2O₃含量'>3.5.2 精炼渣的Al₂O₃含量

3.6 本章小结

第4章夹杂物控制实验与分析

4.1 实验方法

4.1.1 取样方法

4.1.2 分析方法

4.2 实验结果分析与讨论

4.2.1 原料条件对控制夹杂物的影响

4.2.2 转炉拉碳对控制夹杂物的影响

4.2.3 脱氧方式对控制夹杂物的影响

4.2.4 精炼渣系对控制夹杂物的影响

4.2.5 精炼流程对控制夹杂物的影响

4.3 高强度螺栓钢夹杂物控制技术集成

4.4 本章小结

第5章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间获得的科研成果

作者简介

文中包含图、表、公式及文献

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