精炼渣成分与轴承钢夹杂物类型关系热力学分析解析.ppt

E-mailcqu.edu.cn 传真：023* 精炼渣成分与轴承钢夹杂物类型关系热力学分析 报告人：李敬想 重庆大学材料科学与工程学院 E-mailcqu.edu.cn 传真：023李敬想 唐 萍 潘银虎 侯自兵 主要内容 前 言 精炼渣成分与夹杂物类型关系 尖晶石、钙铝酸盐夹杂物生成热力学分析 精炼渣成分优化 结 论 1 前言 轴承钢 疲劳破坏 数量 尺寸 类型 夹杂物 8μm夹杂，试样表层 3μm夹杂，无危害 影响最大 钙镁铝酸盐 镁铝尖晶石 D类夹杂 尺寸 精炼渣碱度：数量[1] 镁处理钢液：变性[2] 本文通过取样分析结合热力学计算，研究了精炼渣成分与夹杂物转变的定量关系，为通过优化精炼渣成分控制D类夹杂尺寸提供理论指导。 细小、分散、均匀 10μm 8μm [1] Yoon B H. Improvement of steel cleanliness by controlling slag composition[J]. Ironmaking steelmaking, 2002. [2] 沈春飞, 蒋兴元, 李阳. Mg 处理钢生成细小尖晶石夹杂物的研究[J]. 炼钢, 2009 . 2 精炼渣成分与夹杂物类型关系 序号 C Si Mn P S Cr Cu Ti [Al]S [O]S 1# 0.972 0.282 0.322 0.009 0.006 1.452 0.068 0.0026 0.039 0.00022 2# 0.991 0.195 0.311 0.008 0.009 1.360 0.033 0.0040 0.014 0.00043 序号 SiO2 CaO Al2O3 MgO FeO R C/A 1# 8.04 56.63 30.85 1.38 0.64 7.04 1.84 2# 13.52 50.71 27.47 3.14 0.60 3.75 1.85 工艺条件—不同精炼渣组成 表1 钢水成分 表2 LF精炼终渣成分 碱度高低 MgO含量 (%) (%) GCr15轴承钢生产工艺为“电炉→LF精炼→VD精炼→方坯连铸”。出钢过程先用SiMn合金预脱氧，再用Al线终脱氧，LF精炼过程造白渣。取轧材样进行夹杂物分析。 2 精炼渣成分与夹杂物类型关系 两类典型夹杂物 图1 MnS包裹CaO-Al2O3复合夹杂 图2 MnS包裹MgO·Al2O3复合夹杂 因此，精炼渣碱度和MgO含量对夹杂物类型有重要影响。 整体尺寸大于10μm，核 心CaO-Al2O3的尺寸为6.3μm 整体尺寸小于8μm，核 心MgO·Al2O3的尺寸为2.8μm 高碱度1#：R=7.04，w(MgO)=1.38% 低碱度2#：R=3.75，w(MgO)=3.14% 危害相对较小 3 尖晶石、钙铝酸盐夹杂物生成热力学分析 MgO?Al2O3稳定性计算 C Si Mn P S Cr Cu Ti [Al]s [O]S 0.96 0.25 0.30 0.008 0.007 1.5 0.050 0.0035 0.030 0.00025 2）计算条件： 表3 GCr15钢成分 fAl fMg fO fCa 1.23 0.48 0.22 0.04 表4 元素活度系数 1）基本原理： 当钢水中存在溶解钙[Ca]时，由于Ca要比Mg活泼，钢水中溶解钙[Ca]会置换MgO·Al2O3夹杂中的Mg元素，生成更为稳定的钙铝酸盐(CaO-Al2O3)类夹杂物[3]。 [3] Deng Z, Zhu M. Evolution mechanism of non-metallic inclusions in Al-killed alloyed steel during secondary refining process[J]. ISIJ international, 2013. (%) 3 尖晶石、钙铝酸盐夹杂物生成热力学分析 MgO?Al2O3稳定性计算 根据CaO-Al2O3二元相图，选择CaO含量最低的CaO·6Al2O3作为MgO·Al2O3与溶解[Ca]反应的最初产物。 6MgO·Al2O3+[Ca]=CaO·6Al2O3+6[Mg]+5[O] logK1=-33.474+462/T MgO·Al2O3向CaO·6Al2O3转变时的临界[Mg]含量与[Ca]含量之间的关系： [%Mg]临 = 6.51×10-3[%Ca]1/6 图3 MgO·Al2O3/CaO·6Al2O3稳定优势区图 [%Mg]临=10ppm [%Ca]=0.1ppm [Ca]、[Mg]含量控制夹杂物类型 精炼渣：CaO、