精煉渣成分控制

1、化學(xué)成分簾線鋼要求控制的化學(xué)元素較多，表3列出了國內(nèi)72, 82 簾線鋼盤條化學(xué)成分要求。表3只是基本標(biāo)準(zhǔn)，各企業(yè)內(nèi)控 各不相同，但實際控制水平均要比表3嚴(yán)格的多。國內(nèi)鋼廠 大多在C，Mn，Si，O等成分的控制上一般沒有問題，但在S， P，Al等元素的控制上雖然能達(dá)到基本標(biāo)準(zhǔn)，但控制水平大 多偏低，同國外相比還有一定差距，這也是制約我國簾線鋼 水平上一個臺階的重要因素。耕櫥醐鍵如懈心JQ CMnH S $i印 Ni Cr Mo Sn Al N72 fl.7H75 0.40460 0.020 0.020 0.15430 O.OS 0.05 0.D5 0.91 0.02。加8 O.O0682 慵0

2、仙5 24。臨。一。2。皿。M旬3。功5。一。5況。仍 座。礎(chǔ) 航6 夾雜物國際上對簾線鋼夾雜物要求常用的是意大利的皮拉利 標(biāo)準(zhǔn)，要求夾雜物數(shù)量1000個/cm3，尺寸15微米，高強(qiáng) 度簾線鋼要求夾雜物直徑小于鋼絲直徑的2% ；允許有純A1203夾雜物存在，復(fù)合夾雜物中A1203含量W50%，因鋁酸 鈣類夾雜物無可塑性，也不允許存在。國內(nèi)對夾雜物要求一 般采用評級的方式，要求塑性夾雜A類、C類W1級，脆性 夾雜B類、D類W0。5級。因此，為了保證鋼簾線產(chǎn)品質(zhì)量，盤條金相組織中索氏 體含量N85%，不得有M、B、網(wǎng)狀滲碳體等有害組織，表而 脫碳層W0.08 mm。力學(xué)性能方面，72級簾線鋼要求抗

3、拉強(qiáng) 度(1050 士 90) MPa，斷而收縮率N35%, 82級要求抗拉強(qiáng)度 (1150 士 90)MPa，斷而收縮率N300%。非金屬夾雜物控制造成簾線鋼在拉拔或合股過程中斷裂的最重要因素之一 就是鋼中非金屬夾雜物，特別是硬質(zhì)、不變形夾雜物，如 A12O3和(Mg、Mn)O Al2 O3，對高強(qiáng)度簾線鋼的影響更為 突出，因此在生產(chǎn)高強(qiáng)度簾線鋼時，采用潔凈鋼、超潔凈鋼 冶煉技術(shù)就顯得十分必要。簾線鋼爐外精煉的目的就是合理 控制頂渣成分，通過鋼渣界而反應(yīng)來最大限度地減少有害 夾雜物的影響，并對鋼中央雜物的形態(tài)、數(shù)量和大小進(jìn)行 有效控制是簾線鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。夾雜物目標(biāo)化學(xué)成分簾線鋼中的夾雜

4、物主要有兩種類 型，一種是來自于爐渣的CaO-SiO2-Al2O3系夾雜物，另一 種是來自于脫氧產(chǎn)物的SiO2-MnO2-A12O3系夾雜物。其中錳 鋁榴石(3MnO-A12O3-SiO2)和位于鈣斜長石 (CaO-A12 O3-SiO2)和假硅灰石(CaO-SiO2)共品線周邊區(qū)域的夾雜物 屬玻璃態(tài)塑性夾雜(圖1),具有熔點(diǎn)低(10001400 C), 變形性好，吸附夾雜能力強(qiáng)，凝固過程中無外來相析出等 特點(diǎn)，是簾線鋼夾雜物控制的理想?yún)^(qū)域。國外學(xué)者研究發(fā) 現(xiàn)，在上述兩個區(qū)域內(nèi)，當(dāng)A12O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15 %25 % 時，夾雜物的不可變形指數(shù)最低(圖2)，如果A12 O3含量 太高，凝固過程

5、中Al2 O3夾雜易析出，如果Al2 O3含量 太低，則凝固過程中SiO2夾雜易析出。因此，簾線鋼中理 想夾雜物成分為：w (CaO) / w (SiO2 ) W1. 08 , w (Al2 03 ) = 15 %25 %。輪胎鋼簾線作為橡膠輪胎的骨架材料，要求其具有動態(tài)彈性 率大、強(qiáng)度高、拉伸蠕變小、尺寸穩(wěn)定性好以及彎曲剛度高 等特點(diǎn)。鋼簾線的單絲直徑一般為0.15-0. 38mm。冷拔和捻 股過程中發(fā)生斷絲的主要原因是鋼中存在硬而不變形的脆 性夾雜物。在成品鋼簾線的動態(tài)疲勞性能試驗或在輪胎的實 際應(yīng)用中，即便是細(xì)小的脆性夾雜物顆粒也能導(dǎo)致早期斷裂。 非金屬夾雜物除影響簾線鋼盤條的強(qiáng)度外，鋼

6、絲在拉拔和捻 股過程中還容易斷絲，給生產(chǎn)帶來很大的損失，應(yīng)用效果也 差。生產(chǎn)高碳鋼絲時，線徑02mm的鋼絲中只要存在一個 大顆粒夾雜物就會斷線，特別是高強(qiáng)度化導(dǎo)致硬度提高，對 鋼絲影響更大。簾線鋼對鋼中的非金屬夾雜物有著特別嚴(yán)格 的要求。因此，通常采用煉鋼爐外精煉工藝等措施控制非金 屬夾雜物。簾線鋼中非金屬夾雜物的控制夾雜物的控制是簾線鋼生產(chǎn)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。只有嚴(yán) 格控制鋼中央雜物的數(shù)量、尺寸及形態(tài)，才能減少鋼簾線拉 拔及合股過程中斷絲的幾率。21簾線鋼中理想的夾雜物形態(tài)國外專家對簾線鋼中理想的夾雜物形態(tài)及成分進(jìn)行了大量的研究認(rèn)為，采用Si-Mn脫氧的簾線鋼中主要有MnO-A203-SiO2

7、 系(來自脫氧產(chǎn)物)和 Ca0-Al203-Si2O2 系(來 自爐渣)兩種夾雜物。MnO-A203-SiO2系理想的夾雜物成分范 圍應(yīng)該是錳鋁榴石(3Mn0 A1203 - 3SiO2)及其周圍的低熔點(diǎn) 區(qū)域，見圖1所示Ca0-A1203-SiO2系理想的夾雜物成分范 圍為鈣斜長石(Ca0 A1203 2SiO2)與假硅灰石(Ca0 SiO2) 相鄰的周邊低熔點(diǎn)區(qū)域，見圖2所示。以上區(qū)域的夾雜物熔 點(diǎn)較低(W1500C),變形性較好，在制作簾線拔絲及合股過 程中不會造成斷絲。圖1 MnO -AiO. -SD2系塑性夾雜物成分范困掏2 CQ - A 10. -SD2系塑性類雜物成分范用2 2L

8、F爐精煉渣設(shè)計根據(jù)上述分析，配制LF精煉渣的主要成分應(yīng)為CaO, SiO2 和A 12 03。根據(jù)三元系相圖（見圖3所示）和夾雜物的要求確 定精煉渣的成分，利用已知的相平衡狀態(tài)圖和渣結(jié)構(gòu)的基本 規(guī)律，并結(jié)合經(jīng)驗和工藝條件的要求，設(shè)計合理的基礎(chǔ)渣化 學(xué)組分。AJiuor)3 CjO -SOAJiuor)3 CjO -SO: -AL。，三元系相圖i AM dO43D(W70T?)AMk*能最有效控制夾雜物形態(tài)的精煉渣成分應(yīng)該是硅灰石或 與其相似成分，硅灰石具有低氧勢、低熔點(diǎn)、易吸收脫氧產(chǎn) 生的夾雜物等優(yōu)點(diǎn)，尤其是A12 03，而且當(dāng)硅灰石與少量螢 石或A 1203混合時，熔點(diǎn)將降至1200C。3

9、A1203夾雜物 根據(jù)S Maeda的研究結(jié)果，夾雜物中A12 03含量與不變形夾 雜物指數(shù)的關(guān)系見圖4所示。01020 M01020 M夾雜物中的A1z03WSS彰摞欽誨抵K*1 4夾象物中AL5含條與不變形.夾雜物指數(shù)的關(guān)系由圖4可見，夾雜物中A12 03含量為20%時，不變形夾雜物 指數(shù)最低，而此時精煉渣中A 1203含量約為8%3采用合成渣精煉控制簾線鋼中的夾雜物根據(jù)相圖和上述研究結(jié)果，采用硅灰石及其相似成 分作為合成精煉渣，能有效地控制鋼中央雜物的數(shù)量和類型， 主要采取以下工藝措施：鐵水預(yù)脫硫，入LF爐鋼水S含量W0 010%,為采 用低堿度渣創(chuàng)造條件；添加硅灰石及相似成分，造低堿度

10、合成精煉渣， 延長渣洗時間，提高去除B類、D類夾雜的能力；采用專用脫氧劑及合金脫氧；在精煉處理過程中不加A減少渣中A1203含量， 精煉結(jié)束時爐渣A1203含量控制在8%左右，精煉最終目的是把夾雜物中的A12O控制在20%左右;(5)保證VD真空處理效果及處理后靜吹時間，使夾雜 物充分碰撞、聚集并上浮排除。4結(jié)論生產(chǎn)簾線鋼時，采取以硅灰石及其相似成分的合成渣精煉工藝能夠有效控制簾線鋼中非金屬夾雜物的形態(tài)和數(shù)量，得到熔點(diǎn)低、塑性良好的脫氧產(chǎn)物，夾雜物形態(tài)以半塑性和塑性為主。燈采用合成渣精煉工藝對鋼水進(jìn)行充分的渣洗， 使夾雜物有充分的時間碰撞、聚集并上浮，鋼中央雜物的尺寸變小，滿足了簾線鋼性能的要

11、求。高質(zhì)軸承鋼要求高的純凈度和組織均勻，即雜 質(zhì)元素和非金屬夾雜少，碳化物細(xì)小且分布均勻。精煉渣具 有脫氧、脫硫、去夾雜的作用，其性質(zhì)直接影響LF精煉過程 的冶金效果。當(dāng)堿性還原渣同鋼液密切接觸時，鋼液中實際 的氧、硫的數(shù)值大于同渣平衡的氧、硫的數(shù)值，使鋼液中的 氧和硫向渣中打一散川;精煉渣中Ca0 ， A120，等成分能夠 與Si，A1，Mn等的脫氧產(chǎn)物結(jié)合成低熔點(diǎn)的化合物，從而 降低脫氧產(chǎn)物的活度，強(qiáng)化脫氧反應(yīng);由于精煉渣均由氧化物 組成，氧化物之間的界面張力小，易于結(jié)合成低熔點(diǎn)化合物, 而鋼液與脫氧產(chǎn)物間的界面張力大于渣和脫氧產(chǎn)物之間的界面張力，精煉渣可以吸收脫氧產(chǎn)物，使脫氧產(chǎn)物容易從鋼

12、 液中排除。此外，精煉渣融化后形成泡沫渣，渣層覆蓋鋼液， 可有效防止氣體吸人，且有利于埋弧操作，減輕電弧對鋼包 內(nèi)襯和鋼包蓋的損害，提高熱效率，”。因此，研究精煉渣成 分變化及其對鋼潔凈度的影響，對LF精煉作用的充分發(fā)揮具 有重要意義。GCr15軸承鋼是重要的機(jī)械基礎(chǔ)件用鋼，在大多數(shù)機(jī)械 產(chǎn)品和工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用十分廣泛，它在很大程度上決定了裝 備的精度、性能、壽命與可靠性隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對軸 承的壽命提出了更高更嚴(yán)的要求，而其純潔度和組織均勻性 是影響其使用壽命的重要因素。要對軸承鋼中央雜物進(jìn)行控制，首先要對鋼中的夾雜物 的種類、形態(tài)作一下定性分析，弄清楚夾雜物的來源，然 后采取針對性的措施

13、，從軸承鋼軋材取樣，然后通過掃描電 鏡觀察，發(fā)現(xiàn)A類硫化物夾雜、B類氧化鋁夾雜、D類 鋁酸鈣復(fù)合夾雜物以及鎂鋁尖品石夾雜和氮化鈦夾雜。其中A類硫化物夾雜在軋制過程中可塑性變形，對軸 承鋼的疲勞壽命危害相對較小，只要把鋼中硫含量降低到規(guī) 格要求以下即可。B類氧化鋁夾雜是脆性夾雜物，為鋁脫氧 產(chǎn)物，常聚集為團(tuán)簇狀，軋制過程中沿軋制方向排列為點(diǎn)狀 或串狀。其對軸承鋼疲勞壽命有害，并且鋼中高的氧化鋁含 量會在澆注過程中產(chǎn)生水口結(jié)瘤。D類鋁酸鈣復(fù)合夾雜物為 點(diǎn)狀夾雜物，來源為氧化鋁與渣中氧化鈣生成的復(fù)合化合物。 其在軋制過程中不變形，容易造成應(yīng)力集中形成裂紋源，降 低軸承鋼疲勞壽命。鎂鋁尖品石是氧化鋁與

14、渣中氧化鎂和包 襯帶入的氧化鎂復(fù)合生成的硬脆性夾雜物，對軸承鋼疲勞壽 命有害。氮化鈦夾雜是具有棱角的硬而脆的夾雜物，由鋼中 溶解的氮與合金所帶入鋼中的鈦生成。其在熱加工過程中不 變形，并且其棱角容易劃傷鋼的基體成為疲勞裂紋源。軸承鋼的性能主要取決于鋼的化學(xué)成分、純潔度和組織 均勻性三個方面，其中尤以化學(xué)成分影響最大。碳在GCr15中保證其具有足夠的淬透性、硬度值和耐磨 性。但太高容易產(chǎn)生大塊碳化物。銘是碳化物形成元素，主 要作用是提高鋼的淬透性和耐腐蝕性能，并可提高強(qiáng)度、硬 度、耐磨性、彈性極限和屈服強(qiáng)度。銘過高會因殘余奧氏體 量增加而降低硬度，并容易形成大塊碳化物，使鋼的韌性降 低。錳和銘一

15、樣是碳化物形成元素，但這種碳化物易溶于奧 氏體，回火時易析出和聚集，所以錳元素主要作為脫氧元素， 一般不宜太高。硅在GCr15中也主要作為脫氧元素，雖可強(qiáng) 化鐵素體，提高強(qiáng)度，但使鋼的過熱敏感性、裂紋和脫碳傾 向性增加，一般不宜控制太高。硫、磷在軸承鋼中，被視為 有害元素。硫容易形成硫化物夾雜，影響鋼的性能磷在鋼中嚴(yán)重引起凝固時的偏析，磷溶于鐵素體使品粒扭曲、粗大， 且增加冷脆性。鈦溶解鋼中的氮有著極強(qiáng)的親和力，所形成 的氮化鈦夾雜堅硬、呈棱角狀，對軸承鋼疲勞壽命影響極大。 其它殘余元素:鎳由于增加了淬火后殘余奧氏體量，降低硬 度，故受到限制，鋁也作為參與元素存在，其有害作用不明 顯，銅為低熔點(diǎn)有色金屬，它的存在使鋼加熱時容易形成表 而裂紋，同時也會引起鋼的時效硬化，影響軸承精度。軸承鋼精煉渣系主要是以Ca0-A1203和Ca0-Si02-A1203 的高堿度精煉渣系為主。由Ca0-A1203二元相圖可知:渣中 存在低