高强度合金钢中MgO.Al2O3夹杂物塑性化研究

钢中MgO.Al2O3夹杂物熔点高不变形，对钢材质量危害大，必须将其转化成低熔点易变形的塑性复合夹杂物，但目前对MgO.Al2O3夹杂物的塑性化还缺乏足够的认识。本研究在FactSage6.0热力学软件计算的基础上，通过实验室坩埚试验验证钙处理和硼处理变性MgO.Al2O3夹杂物的有效性及所需的热力学条件；并对钙处理MgO.Al2O3夹杂物的动力学进行研究，研究钙处理后夹杂物的形貌演变及夹杂物中CaO的含量随时间的变化，分析精炼渣的碱度和成分、钢水中铝和钙的含量对夹杂物形貌演变和夹杂物中CaO含量增加速率的影响；根据实验室试验的结果和MgO.Al2O3夹杂物向低熔点复合夹杂物转变过程各个阶段的特征，建立MgO.Al2O3夹杂物转变的动力学模型。

本项目对高强度合金钢中MgO•Al2O3夹杂物的塑性化进行了系统研究。研究包括以下五个方面的内容：钙处理MgO.Al2O3夹杂物热力学研究；钙处理MgO.Al2O3夹杂物热态平衡实验研究；钙处理MgO.Al2O3夹杂物的工业试验研究；钙处理MgO.Al2O3夹杂物的动力学研究；硼、铈和钛变性MgO.Al2O3夹杂物的探索研究。.热力学计算结果表明：1）利用钙、钛和硼处理变性MgOAl2O3夹杂物是可能的，而利用铈处理变性MgO .Al2O3夹杂物是不可行的；2）通过钙处理变性MgOAl2O3夹杂物要比变性Al2O3夹杂物更容易，通过钙处理变性MgO•Al2O3夹杂物时，夹杂物的目标控制成分是MgO的含量低于15%，CaO的含量要大于30%，SiO2的含量要尽量高；3）当30CrMo气瓶钢钢液中的[Ca]大于1×10-6钙时，钢液中的夹杂物就可能以含钙铝酸盐的复合夹杂物形式稳定存在；4）当向钢液中加入钙的量大于0.0078%时，钢液中的MgOAl2O3夹杂物可全部转化成低熔点的复合夹杂物。.通过钙处理MgO∙Al2O3夹杂物转变成MgO-Al2O3-CaO复合夹杂物并且成分分布在MgO-Al2O3-CaO三元相图中的液态区域，夹杂物外形由不规则变成球形，夹杂物的尺寸变大；钙处理后但是只有一小部分尺寸较小（<4 µm）的MgO∙Al2O3夹杂物可以被完全变性，而对于大部分尺寸较大（>5 µm）的夹杂物，钙处理后的夹杂物大部分都有两层的夹杂物大部分都有两层，外部为CaO-Al2O3内部为MgOAl2O3核心，Ca和Mg在夹杂物中成互补分布，通过钙处理完全变性MgO∙Al2O3夹杂物可能需要较长的时间；. 4）钙处理变性MgO∙Al2O3夹杂物的机理是：1）钢液中的溶解钙置换MgO∙Al2O3夹杂物中的MgO组元; 2）在夹杂物的外部生成的液态的xCaOyAl2O3 层，如果钢液中的硫含量较高就会在夹杂物外部形成固态的 CaO-CaS层。钙处理过程中钙优先与镁铝尖晶石中的MgO组分反应，反应方程式为Ca+(x+1/y)[MgOyAl2O3]= CaO(x+1/y )Al2O3x(y)MgO+[Mg]。钢液中的硫含量对钙处理变性MgO•Al2O3夹杂物的有效性有较大影响，因为钢液中硫含量较高时进行钙处理，会在MgO•Al2O3夹杂物周围形成熔点较高的CaS