钢中大颗粒夹杂物及Ds类夹杂物来源、形成机理及去除的基础研究

The presence of non-metallic inclusions, especially some large inclusions in the steel is an important factor affecting the properties of steel products. For two typical aluminum killed steels,i.e. low carbon aluminum killed steel and bearing steel, the large inclusions cause surface defects and fatigue failure, respectively and easily. It's difficulty for traditional metallographic method to study the size distribution, number or composition intuitively and fully. This study uses non-aqueous solution electrolytic method to make the large inclusion studying feasible and the result reliable. At present,the studies of large inclusions is based on experience or speculation mostly, lacking of systematic research and depth studying on the relationship between large inclusion and its influencing factors.Methods of removing large inclusions are only based on the experience and there is no theoretical explanation.This study mainly focused on the two classic steels:low carbon aluminum killed steel and bearing steel which are refined along different routing and cause the defects easily. Study the factors of affecting the large inclusion formation and the removal mechanism of the large inclusion by combining the hot experiment with simulation. specifically, find out the origin of the large SiO2 inclusions in the low carbon aluminum killed steel, and the Ds type inclusions in bearing steel. The evolution of large inclusions in the process of remelting, continuous casting and rolling is studied, and then the critical large inclusions for causing defects is put forward.

钢中非金属夹杂物的存在是影响钢制品性能的重要因素，钢中大颗粒的夹杂物对钢材使用性能的影响更为突出。大颗粒夹杂物对于铝脱氧钢中两类典型钢种--低碳铝镇静钢和轴承钢，容易造成低碳铝镇静钢的表面缺陷，造成轴承钢的疲劳失效。目前关于大颗粒夹杂物的研究仅限于经验和推测，并没有系统的实验分析，定量化的阐述和与影响因素的关系研究；对于大颗粒夹杂物的去除方法也只是根据经验实施，没有机理上的阐述和理论解释。本课题研究以精炼过程不同和容易因夹杂物引起缺陷的两类钢种--低碳铝镇静钢和轴承钢，作为研究对象，针对其工艺特点，研究这两类典型钢种中大颗粒夹杂物形成机理及相应的去除方法。明确给出低碳铝镇静钢中SiO2、轴承钢中的Ds类夹杂物的来源。研究大颗粒夹杂物从冶炼→铸坯→轧材的演变规律，提出危害产品质量的临界尺寸。

钢中非金属夹杂物的存在是影响钢制品性能的重要因素，钢中大颗粒的夹杂物对钢材使用性能的影响更为突出。大颗粒夹杂物对于铝脱氧钢中两类典型钢种——低碳铝镇静钢和轴承钢，容易造成低碳铝镇静钢的表面缺陷，造成轴承钢的疲劳失效。目前关于大颗粒夹杂物的研究仅限于经验和推测，并没有系统的实验分析，定量化的阐述和与影响因素的关系研究；对于大颗粒夹杂物的去除方法也只是根据经验实施，没有机理上的阐述和理论解释。.本课题研究以精炼过程不同和容易因夹杂物引起缺陷的两类钢种——低碳铝镇静钢和轴承钢，作为研究对象，针对其工艺特点，研究这两类典型钢种中大颗粒夹杂物形成机理及相应的去除方法。.低碳铝镇静钢的大颗粒夹杂物主要为块状Al2O3、SiO2夹杂物。通过实验室热态实验，以实验因素对大颗粒夹杂物变化率影响大小作为评估标准，研究结果表明，低碳铝镇静钢中大颗粒夹杂物影响顺序依次为：二次氧化 >卷渣 >夹杂物碰撞去除的影响（Ar搅拌） >耐火材料冲蚀 >夹杂物碰撞生成的影响 >静置时间；轴承钢的大颗粒夹杂物中包含块状的块状Al2O3、SiO2夹杂物，这一部分夹杂物主要来氧化产物的碰撞聚集，耐材和卷渣引入的外来夹杂物，特点就是单个夹杂物尺寸都比较大，比较容易去除；另一类夹杂物多为类球状的DS类夹杂物，成分多为Al2O3-SiO2-CaO复合夹杂物，其中有些还会含有MgO、TiO2、Na2O等，这部分夹杂物主要来源于钢中夹杂物与钢界面精炼渣反应，精炼过程可以改变夹杂物的各项性质，如成分，尺寸等，其余小部分也有来自于卷渣等。影响轴承钢中大颗粒夹杂物的因素大小：卷渣 >二次氧化 >夹杂物碰撞去除的影响（Ar搅拌） >耐火材料冲蚀 >夹杂物碰撞生成的影响 > 精炼渣 >静置时间。.综上所述钢中大颗粒夹杂物中块状的Al2O3、块状SiO2可通过控制二次氧化预防，增强钢液搅拌，增加静置时间等去除；而轴承钢中球型DS类夹杂物多为复合型夹杂物，部分来自于卷渣和耐材侵蚀，这类夹杂物通过防止卷渣技术，耐材保护等预防；还有钢液中夹杂物在钢渣反界面应生成的复合夹杂物，对这种DS类夹杂物的来源，更多的是采用合理的精炼渣，适合的渣碱度等来控制。