矽鎮靜鋼和鋁鎮靜鋼

矽鎮靜鋼和鋁鎮靜鋼是一種金屬材料,根據脫氧程度不同,模鑄時分為:①沸騰鋼;②半鎮靜鋼;③鎮靜鋼。

基本信息

根據脫氧程度不同,模鑄時分為:①沸騰鋼;②半鎮靜鋼;③鎮靜鋼。
而連鑄時,基本為鎮靜鋼,根據鋼種和產品質量,脫氧分為3種模式:
①矽鎮靜鋼(用Si+Mn脫氧);
②矽鋁鎮靜鋼(Si+Mn+少量Al脫氧);
③鋁鎮靜鋼(用過剩Al>0.01%)。

矽鎮靜鋼

用Si+Mn脫氧,形成的脫氧產物有:①純SiO2(固體);②MnO·SiO2(液體);③MnO·FeO(固溶體)。
對於矽鎮靜鋼,控制Mn/Si,使其天生液態的MnO·SiO2,鋼水可澆性好,但與Si、Mn相平衡的[O]D較高((40~60)×10-6),在結晶器內鋼水凝固時易天生皮下針孔或氣泡,影響鑄坯質量。
採用Si+Mn脫氧後,使鋼水可澆性好(不堵水口),又不使鑄坯產生針孔或皮下氣泡,要控制鋼水中溶解氧[O]D在(10~20)×10-6。
對於含碳較高的矽鎮靜鋼(如高碳硬線鋼、彈簧鋼),為避免Al2O3夾雜的有害作用,一般不加鋁脫氧,而是用低鋁的鐵合金脫氧,鋼水中的酸溶鋁[Al]s極低(<0.002%),則鋼中溶解氧[O]D較高。為降低鋼中[O]D,在LF精煉採用白渣操縱+氬氣攪拌,鋼渣精煉擴散脫氧,既能把鋼水中[O]D降到<20×10-6,也能有效地脫硫([S]<0.01%)。
矽鎮靜鋼(C0.29%,Mn0.8%~1.2%,Si0.15%~0.40%),LF精煉後鋼水中[O]D與水口堵塞和針孔的關係可知:
鋼水中[O]D控制在(10~20)×10-6,既可防止水口堵塞,鑄坯又無皮下氣孔天生。但鋼水中[O]D<10×10-6,水口堵塞的可能性增加,因此應控制好:
(1)合適的Mn/Si
① Mn/Si低時形成SiO2夾雜,增加了水口堵塞的可能性;
② Mn/Si高(>2.5)時天生典型的MnO·SiO2(MnO54.1%,SiO245.9%),夾雜物輕易上浮。
(2)鐵合金中鋁含量。假如鐵合金中帶進的鋁使鋼水中[Al]s>0.003%,就會形成固態Al2O3。
(3)控制LF白渣精煉時間,減少MnO·Al2O3天生。

矽鋁鎮靜鋼

僅用Si+Mn脫氧,鑄坯易形成皮下針孔,除採用LF白渣精煉降低鋼中[O]D外,還可用Si+Mn+少量鋁脫氧。但假如既要保持連鑄的可澆性又要防止鑄坯產生皮下針孔,套用Si+Mn+少量鋁脫氧,形成的脫氧產物可能有:①薔薇輝石(2MnO·2Al2O3·5SiO2);②錳鋁榴石(3MnO·Al2O3·3SiO2);③純(Al2O3>25%)。
要把夾雜物成分控制在相圖中錳鋁榴石的陰影區,這樣就可達到:①夾雜物熔點低(1400℃),球形易上浮;②熱軋時夾雜物可塑性好(800~1300℃);③錳鋁榴石夾雜物中Al2O3接近20%左右,變形性最好;④無單獨Al2O3的析出,鋼水可澆性好,不堵水口;⑤脫氧良好,不天生氣孔。
理論計算指出,在鋼中Si=0.2%,Mn=0.4%,溫度為1550℃條件下,若鋼中酸溶鋁[Al]s≤0.005%,則鋼中[O]<20×10-6,天生錳鋁榴石而無Al2O3析出,鋼水可澆性好,鑄坯又不產生皮下氣孔。這對連鑄生產是非常重要的。對於高碳硬線鋼,用Si+Mn脫氧控制好鋼中的[Al]s來得到易變形的錳鋁榴石而防止脆性Al2O3夾雜析出,這對於防止拉拔脆斷是非常重要的。
鋁鎮靜鋼

對於中低碳細晶粒鋼,要求鋼中酸溶鋁[Al]s≥0.01%;對於低碳鋁鎮靜鋼,為改善薄板深沖性能,要求鋼中[Al]s=0.02%~0.05,為此要求用過剩鋁脫氧。這樣,需要解決兩個題目。
(1)加鋁方法
如何把鋁加到鋼水中達到目標值,且鋁的回收率儘可能高。
(2)如何避免Al2O3夾雜的有害作用
對於加鋁方法,將一部法加鋁改為兩部法加鋁:
①出鋼時加鋁量脫除鋼水中超出C—O平衡的過剩氧量:
②精煉加鋁量為脫除C相平衡的氧+目標鋁含量(餵鋁線)。
鋼水中與酸溶鋁[Al]s相平衡的[O]D很低,為(2~6)×10-6,脫氧產物全部為Al2O3,其害處是:①Al2O3熔點高(2050℃),鋼水中呈固態;②可澆性差,堵水口;③Al2O3可塑性差,不變形,影響鋼材性能,尤其是深沖薄板的表面缺陷。
為此,採用鈣處理(餵Si-Ca線或Ca線)來改變Al2O3形態。
(1)加鋁較少,[Al]s較低,採用輕鈣處理
輕鈣處理後天生鈣長石CaO·Al2O3·2SiO2(CaO20%~25%,Al2O337%,SiO244%)或鈣黃長石2CaO·Al2O3·SiO2(CaO40%,Al2O337%,SiO222%)。希看把夾雜物成分控制在CaO-SiO2-Al2O3相圖中的陰影區。夾雜物鈣長石熔點低(1200~1400℃),在鋼液中易上浮,可澆性好,不堵水口;熱軋時夾雜物易變形不會發生拉拔脆斷現象。
(2)加鋁較多,[Al]s較高,採用重鈣處理
溶解鈣與鋼水中固相Al2O3天生不同組成的鋁酸鈣(CaO-Al2O3)夾雜,CaO和Al2O3天生五個中間相,其組成與熔點見表2。應控制鋼中鈣含量,避免天生中間相CA6、CA2、CA而天生液相的12CaO·7Al2O3,有利於夾雜物上浮,也能夠防止水口堵塞。
天生的鋁酸鈣夾雜中富集CaO,具有高的硫容量,能吸收足夠的硫,當鋼水凝固時,夾雜物中硫的溶解度降低,硫化物沉澱形成中心為鋁酸鈣CaO-Al2O3,外殼為CaS的雙相夾雜。
鋼中加進的Ca除與反應外,還能與硫反應天生CaS。CaS也會引起水口堵塞。為進步鈣處理轉變Al2O3為12CaO·7Al2O3的效率,應控制鋼水中的硫含量小於0.01%。若S=0.010%~0.015%,鈣處理後有CaS天生;S=0.030%~0.040%時,鈣處理首先天生CaS,CaS堵塞水口嚴重。
鈣處理鋁鎮靜鋼,判定鋼水中Al2O3向球化轉變的指標,文獻中有不同的說法:①Ca/Al>0.14;②Ca/T[O]=0.7~1.2。
對於鋁鎮靜鋼,鈣處理後:①解決了可澆性,不堵水口;②夾雜物易上浮往除;③消除了Al2O3不變形夾雜物對鋼性能的有害作用。

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