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帘线钢工艺最优化和非金属夹杂物检验方法的改进  

2011-02-14 09:01:48|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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帘线钢生产用盘条要求高加工性和均匀的显微组织。并要求最低的有色金属杂质含量,氮含量小于0.005%,氧含量小于0.0020%,氢含量小于2ppm。按照成分、形状、尺寸及分布控制非金属夹杂物组成,钢液结晶过程中出现的偏析缺陷最小。提高产品品种中高强、最高强度和超高强帘线的比率,是汽车外轮胎生产厂家的发展趋势。事先设定钢液非金属夹杂物纯净度要求。这与在拉拔和捻线时,帘线断线频率与钢材抗断强度极限有关。因为在帘线钢中,80%的断丝是由于有不变形的非金属夹杂物引起。

微裂纹的产生过程,取决于钢材强度和塑性及非金属夹杂物。它与基体结合的强度取决于夹杂物与基体热膨胀系数差。热塑性变形时,沿其边界产生疏松的夹杂物危害最大。疏松产生在刚玉和尖晶石的不变形非金属夹杂物附近,经受夹杂物基体边界的拉应力。因此,夹杂物表面局部塑性变形和应力区取决于其尺寸。生产帘线钢时,拉拔时线材经受拉应力和压缩应力,形成疏松的生长速度、尺寸及相应断线频率都提高。

帘线钢的化学成分,要求含量不大于0.003%,然而这还不能完全满足钢帘线生产厂家对钢不变形、氧化铝非金属夹杂物的纯净度高的要求。通过用不含铝的脱氧剂、炉外处理控制造渣制度、选择连铸机和中间包耐火材料,能控制其最佳成分。

钢中溶解铝含量随渣碱度提高而提高。炉渣成分极大影响钢液的氧浓度和夹杂物成分。同时,利用炉外处理,使Al203浓度不超过8%的炉渣具备低熔点和低黏度的特性。在这种钢液中,非金属夹杂物中Al2O3含量降低,且夹杂物的平均尺寸稳定。

按北俄罗斯冶金厂的现行工艺出钢,在钢包内加入合金元素和脱氧剂。钢包出钢时,彻底扒除炉渣,保证合金元素最小程度的氧化。生成有规定比例的石灰和酸性氧化渣的炉渣,是获得一定非金属夹杂物成分的重要条件。钢液通过真空循环处理(RH),保证有效脱碳、脱氢和脱氮,以及利用气泡上浮去除非金属夹杂物。

在北俄罗斯冶金厂电炉2号车间,按照规定工艺和设计试验方案,进行了帘线钢的冶炼试验。在每次冶炼中均获取钢样,便于将来的研究。冶炼70~80帘线钢种已实行了A-K试验工艺方案。它包括改变过程参数,如炉外精炼时的吹氩制度,浇铸时钢包中渣碱度和成分等。每个帘线钢生产公司根据自己的生产条件,自主研制非金属夹杂物纯净度的方法。北俄罗斯冶金厂按Pirelli公司研发的渣三元平衡相图评价帘线钢的纯净度。该公司采用了一种检验方法,借助扫描电子显微镜,一炉取5个试样分析非金属夹杂物密度和成分,并将数据进行统计。按照该研究方法,允许尺寸大于1μm夹杂物总密度在1cm2不大于1000个。分析可得,钢中最大尺寸30μm的Al203含量小于50%,而最大尺寸10μmAl2O3的含量大于50%。同时,夹杂物密度在1cm2不应超过20个。在检验钢液非金属夹杂物纯净度方面进行的研究,普遍采用了分馏气体分析法、定量金相学法和Pirelli公司研发的方法。

在炉外精炼和连铸过程中,根据钢液氧浓度变化和各类非金属夹杂物含量的变化,分别从出钢后钢包中、加脱氧剂和造渣料后、精炼容器、连铸机中取样。对以上试样采用分馏气体分析法进行分析。

试验结果表明,钢液在钢包炉内处理,采用如铝、钙这类的强力脱氧剂,就不能保证钢液的氧含量小于0.004%。从RH中获取的试样经分析后,发现达到了最低氧含量及非金属夹杂物的要求。通过比较帘线钢盘条试样非金属夹杂物的密度发现,不同的工艺方法冶炼结果,夹杂物数量差异较大。

通过比较帘线钢盘条试样(不少于5个试样)中氧和氮的平均含量发现,试样存在标准差范围。用类似方法对北俄罗斯冶金厂的试样,也进行了帘线盘条纯净度研究。结果证明,氮含量的偏差较大。新日铁和北俄罗斯冶金厂生产的盘条偏差最小,摩尔达维亚冶金厂盘条的偏差最大。这与电弧炉选择的炉料和炼钢方法有关。

比较了北俄罗斯冶金厂、新日铁、摩尔维亚钢厂、奥斯科尔电冶金公司、下塔吉尔钢铁厂的帘线盘条的非金属夹杂物的体积分数,测量了夹杂物面积与试样研究面积和大夹杂物含量之比,以及直径大于8μm的非金属夹杂物的面积与试样面积之比。通过比较非金属夹杂物的体积分数和直径大于8μm夹杂物的含量,发现新日铁生产的帘线钢最好,北俄罗斯冶金厂次之。根据非金属夹杂物评价各个生产厂盘条的质量时,采用氧化物中总氧量和高铝非金属夹杂物的氧含量作为衡量指标。按照分馏气体分析结果显示,帘线钢的所有研究试样,按非金属夹杂物的纯净度从高到低依次为:新日铁、北俄罗斯冶金厂、奥斯科尔电冶金公司、摩尔达维亚钢厂、下塔吉尔钢铁厂。钢液通过真空处理后,非金属夹杂物的成分及数量基本保持稳定。造低碱度渣后,钢液中氧浓度的增加与硅酸盐的数量增加有关。

(来源:世界金属导报)

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