弹簧钢中夹杂物生成热力学
发布时间：2022-01-24 08:24
揭示了弹簧钢全流程中非金属夹杂物的形貌和成分转变。初始钢中夹杂物主要为Al2O3-SiO2-MnO-CaO,合金化后夹杂物转变为MgO-Al2O3。随着精炼的进行,夹杂物逐渐转变为Al2O3-MgO-SiO2-CaO。最终铸坯中主要夹杂物为Al2O3-MgO-SiO2-CaO,同时有硫化物和氮化物析出。系统地计算了1 873 K下一元脱氧钢中Al、Si、Mg和Ca与O的热力学平衡关系和二元脱氧钢中Al-Mg、Al-Si、Si-Mn和Al-Mg-Ca脱氧夹杂物的生成区域。可为弹簧钢脱氧过程脱氧剂的加入,钢液中溶解氧含量的控制,以及弹簧钢中不同夹杂物的生成和控制提供理论指导。
【文章来源】：炼钢. 2020,36(03)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
1 873 K下0.55%C-0.7%Mn-0.7%Cr弹簧钢中Si-O平衡曲线
当w(Mg)达到24×10-6时,钢中的w(O)达到最低值,为5×10-6。弹簧钢中的镁脱氧程度没有在纯铁液中充分,这是由于弹簧钢中的合金元素影响了热力学相互作用系数导致镁的活度降低,将导致其脱氧热力学能力整体降低。图5为采用瓦格纳(Wagner)热力学模型,通过热力学平衡常数和活度相互作用系数计算得到的Ca-O平衡曲线,对比了在当前弹簧钢的钢液成分与纯铁中的Ca-O平衡曲线。与Mg-O平衡曲线类似,随着钢中溶解钙含量Ca升高,钢中O含量先降低后升高。在纯铁中,当钢中w(Ca)达到20×10-6时,能够将铁液中的氧含量脱到最低值,大约为1.6×10-6。在弹簧钢中,当钢中w(Ca)=32×10-6时,能够使钢液中的O质量分数达到最低值,约为6.8×10-6。
应用热力学软件Factsage 7.0对弹簧钢钢液成分条件下的钢中铝脱氧进行了热力学计算,计算中选择FactPS、FToxid、FTmisc数据库。图2为1 873 K下对应弹簧钢中Al-O平衡曲线。在钢中Al含量很低时,主要夹杂物为SiO2;随着酸溶铝含量升高,脱氧产物变为液态夹杂物,最后成为Al2O3。此外,随着Al含量升高,钢中平衡的O含量先降低后增加,对应弹簧钢钢液成分下当w(Al)=0.0 5%左右时氧含量最低,钢中平衡的w(O)最低可达到约4×10-6。在高铝条件下,弹簧钢中的溶解氧含量高于纯铁,说明钢中合金元素降低了铝的脱氧能力。这主要是因为与纯铁相比,弹簧钢中的合金元素降低了铝的活度,导致其脱氧热力学能力整体降低。从图中可以看出无论是纯铁还是弹簧钢,平衡氧含量都随铝含量增加先降低后增加。这是因为KAl2O3=a Al 2 ·a Ο 3 =f Al 2 ·[%Al]2·f Ο 3 ·[%O]3,当w(Al)小于0.1 %时,[%Al]起主要作用;当w(Al)大于0.2 %时,fAl的作用开始远超过[%Al]。表2 图1中部分夹杂物成分(wB)Table 2 Composition of inclusions in Figure 1% 取样时间 MgO Al2O3 SiO2 CaO MnO CaS LF加热12min-1 0 31.9 41.7 11.1 15.3 0 LF加热12min-2 0 37.9 38.8 9.4 13.9 0 LF加热12min-3 0 38.5 38.2 9.7 13.6 0 LF加热12min-4 0 38.7 38.5 8.9 13.9 0 LF合金化-1 6.6 77.7 7.5 6.5 1.7 0 LF合金化-2 7.2 67.5 10.8 12.4 2.1 0 LF合金化-3 16.4 81.7 0 1.9 0 0 LF合金化-4 7.6 52.3 10.9 29.2 0 0 LF出站-1 20.9 72.3 2.5 4.3 0 0 LF出站-2 19.8 72.8 2.8 3 1.6 0 LF出站-3 22.8 63.6 4.7 8.9 0 0 LF出站-4 24.3 62.4 4.9 8.4 0 0 VD真空后-1 12.6 33.1 17.7 36.6 0 0 VD真空后-2 47.5 17.8 12.1 22.6 0 0 VD真空后-3 40.3 24.0 12.1 21.2 0 2.4 VD真空后-4 65.7 10.8 11.1 0.8 0 11.6 VD软吹后-1 52.4 16.0 11.8 19.8 0 0 VD软吹后-2 32.9 15.9 10.3 40.9 0 0 VD软吹后-3 66.7 11.4 4.5 17.4 0 0 VD软吹后-4 32.1 26.6 12.9 26.6 1.8 0 中间包10min-1 5.8 34.1 13.1 47.0 0 0 中间包10min-2 13.7 38.9 16.6 30.8 0 0 中间包10min-3 9.8 31.5 20.2 38.5 0 0 中间包10min-4 14.5 29.5 20.1 35.9 0 0 中间包40min-1 68.0 12.0 5.7 14.3 0 0 中间包40min-2 10.6 31.3 18.8 39.3 0 0 中间包40min-3 0 35.3 15.8 46.9 0 0 中间包40min-4 11.0 32.1 21.3 35.6 0 0 铸坯-1 12.0 36.8 17.7 31.3 0 2.2 铸坯-2 31.4 41.8 8.6 15.1 0 3.1 铸坯-3 17.2 32.9 18.5 31.4 0 0 铸坯-4 4.4 19.7 24.8 51.1 0 0
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢中非金属夹杂物的相关基础研究（Ⅱ）——夹杂物检测方法及脱氧热力学基础[J]. 张立峰,李燕龙,任英. 钢铁. 2013(12)
[2]国内外弹簧钢的生产现状和发展前景[J]. 洪国华,杨顺虎,肖波,周建. 现代冶金. 2009(01)
本文编号：3606234
【文章来源】：炼钢. 2020,36(03)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
1 873 K下0.55%C-0.7%Mn-0.7%Cr弹簧钢中Si-O平衡曲线
当w(Mg)达到24×10-6时,钢中的w(O)达到最低值,为5×10-6。弹簧钢中的镁脱氧程度没有在纯铁液中充分,这是由于弹簧钢中的合金元素影响了热力学相互作用系数导致镁的活度降低,将导致其脱氧热力学能力整体降低。图5为采用瓦格纳(Wagner)热力学模型,通过热力学平衡常数和活度相互作用系数计算得到的Ca-O平衡曲线,对比了在当前弹簧钢的钢液成分与纯铁中的Ca-O平衡曲线。与Mg-O平衡曲线类似,随着钢中溶解钙含量Ca升高,钢中O含量先降低后升高。在纯铁中,当钢中w(Ca)达到20×10-6时,能够将铁液中的氧含量脱到最低值,大约为1.6×10-6。在弹簧钢中,当钢中w(Ca)=32×10-6时,能够使钢液中的O质量分数达到最低值,约为6.8×10-6。
应用热力学软件Factsage 7.0对弹簧钢钢液成分条件下的钢中铝脱氧进行了热力学计算,计算中选择FactPS、FToxid、FTmisc数据库。图2为1 873 K下对应弹簧钢中Al-O平衡曲线。在钢中Al含量很低时,主要夹杂物为SiO2;随着酸溶铝含量升高,脱氧产物变为液态夹杂物,最后成为Al2O3。此外,随着Al含量升高,钢中平衡的O含量先降低后增加,对应弹簧钢钢液成分下当w(Al)=0.0 5%左右时氧含量最低,钢中平衡的w(O)最低可达到约4×10-6。在高铝条件下,弹簧钢中的溶解氧含量高于纯铁,说明钢中合金元素降低了铝的脱氧能力。这主要是因为与纯铁相比,弹簧钢中的合金元素降低了铝的活度,导致其脱氧热力学能力整体降低。从图中可以看出无论是纯铁还是弹簧钢,平衡氧含量都随铝含量增加先降低后增加。这是因为KAl2O3=a Al 2 ·a Ο 3 =f Al 2 ·[%Al]2·f Ο 3 ·[%O]3,当w(Al)小于0.1 %时,[%Al]起主要作用;当w(Al)大于0.2 %时,fAl的作用开始远超过[%Al]。表2 图1中部分夹杂物成分(wB)Table 2 Composition of inclusions in Figure 1% 取样时间 MgO Al2O3 SiO2 CaO MnO CaS LF加热12min-1 0 31.9 41.7 11.1 15.3 0 LF加热12min-2 0 37.9 38.8 9.4 13.9 0 LF加热12min-3 0 38.5 38.2 9.7 13.6 0 LF加热12min-4 0 38.7 38.5 8.9 13.9 0 LF合金化-1 6.6 77.7 7.5 6.5 1.7 0 LF合金化-2 7.2 67.5 10.8 12.4 2.1 0 LF合金化-3 16.4 81.7 0 1.9 0 0 LF合金化-4 7.6 52.3 10.9 29.2 0 0 LF出站-1 20.9 72.3 2.5 4.3 0 0 LF出站-2 19.8 72.8 2.8 3 1.6 0 LF出站-3 22.8 63.6 4.7 8.9 0 0 LF出站-4 24.3 62.4 4.9 8.4 0 0 VD真空后-1 12.6 33.1 17.7 36.6 0 0 VD真空后-2 47.5 17.8 12.1 22.6 0 0 VD真空后-3 40.3 24.0 12.1 21.2 0 2.4 VD真空后-4 65.7 10.8 11.1 0.8 0 11.6 VD软吹后-1 52.4 16.0 11.8 19.8 0 0 VD软吹后-2 32.9 15.9 10.3 40.9 0 0 VD软吹后-3 66.7 11.4 4.5 17.4 0 0 VD软吹后-4 32.1 26.6 12.9 26.6 1.8 0 中间包10min-1 5.8 34.1 13.1 47.0 0 0 中间包10min-2 13.7 38.9 16.6 30.8 0 0 中间包10min-3 9.8 31.5 20.2 38.5 0 0 中间包10min-4 14.5 29.5 20.1 35.9 0 0 中间包40min-1 68.0 12.0 5.7 14.3 0 0 中间包40min-2 10.6 31.3 18.8 39.3 0 0 中间包40min-3 0 35.3 15.8 46.9 0 0 中间包40min-4 11.0 32.1 21.3 35.6 0 0 铸坯-1 12.0 36.8 17.7 31.3 0 2.2 铸坯-2 31.4 41.8 8.6 15.1 0 3.1 铸坯-3 17.2 32.9 18.5 31.4 0 0 铸坯-4 4.4 19.7 24.8 51.1 0 0
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢中非金属夹杂物的相关基础研究（Ⅱ）——夹杂物检测方法及脱氧热力学基础[J]. 张立峰,李燕龙,任英. 钢铁. 2013(12)
[2]国内外弹簧钢的生产现状和发展前景[J]. 洪国华,杨顺虎,肖波,周建. 现代冶金. 2009(01)
本文编号：3606234
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