1、 第5 8卷 第7期 2 0 2 3年7月钢 铁I r o na n dS t e e lV o l.5 8,N o.7,p 5 4-6 3,9 8 J u l y2 0 2 3 D O I:1 0.1 3 2 2 8/j.b o y u a n.i s s n 0 4 4 9-7 4 9 x.2 0 2 2 0 7 9 8A I S I4 3 1不锈钢生产过程夹杂物转变机理王 举,李 阳,姜周华,孙 萌,毛昀惬,马 帅(东北大学冶金学院,辽宁 沈阳1 1 0 8 1 9)摘 要:炼钢和模铸过程中形成的大尺寸夹杂物对钢材的冶金质量有着重要的影响,国内某钢铁企业生产的A I S I4 3 1不锈
2、钢棒材存在严重的缺陷,经显微分析后发现缺陷处主要为大尺寸的氧化物夹杂,为了分析钢中大尺寸夹杂物的来源,基于全流程取样分析对其生产过程中夹杂物的转变机理进行了研究,利用欧波同夹杂物全自动分析系统O T S I n c a和商业热力学软件F a c t S a g e8.2对不同工序的钢中夹杂物进行了检测和分析。结果表明,A O D末期钢液中夹杂物主要为S i O2含量高的C a O-S i O2-A l2O3复合夹杂物,在L F初期完成铝脱氧之后转变为尖晶石和铝酸钙。在模铸工序结束后,经分析发现钢中的酸溶铝含量明显下降,钢中新出现了大尺寸的A l2O3夹杂物和含N a、K的硅系复合夹杂物,其中A
3、 l2O3夹杂物源自模铸过程中钢液注流与空气接触后新发生的铝氧反应,而含N a、K的硅系复合夹杂物来自于保护渣的卷入。在后续的加工过程中,在轧制应力的作用下2类夹杂物的最大尺寸进一步增大,A l2O3沿着轧制方向呈长线状,而含N a、K的硅系复合夹杂物则有所变形、破碎。对经探伤定位得到的缺陷样品进行分析,进一步验证了这2类大尺寸夹杂物会直接导致棒材探伤不合。最后,本研究提出从减少注流暴露时间、合理控制浇注过程供气强度、铸模流场设计优化和L F末期软吹氩时间与强度的控制等几个方面考虑工艺改进。关键词:不锈钢;热力学;夹杂物;二次氧化;尖晶石文献标志码:A 文章编号:0 4 4 9-7 4 9 X
4、(2 0 2 3)0 7-0 0 5 4-1 0I n c l u s i o nt r a n s f o r m a t i o nm e c h a n i s mo fA I S I4 3 1s t a i n l e s s s t e e l d u r i n gp r o d u c t i o nWANGJ u,L IY a n g,J I ANGZ h o u h u a,S UN M e n g,MAOY u n q i e,MAS h u a i(S c h o o l o fM e t a l l u r g y,N o r t h e a s t e r nU n
5、i v e r s i t y,S h e n y a n g1 1 0 8 1 9,L i a o n i n g,C h i n a)A b s t r a c t:L a r g e-s i z e d i n c l u s i o n s f o r m e d i ns t e e l m a k i n ga n dm o l dc a s t i n gh a v e a s i g n i f i c a n t e f f e c t o n t h em e t a l l u r g i c a lq u a l i t yo f s t e e l.S t a i n
6、 l e s s s t e e lA I S I 4 3 1p r o d u c e db yad o m e s t i c s t e e l p l a n t h a s s e v e r ed e f e c t s,a n d t h e s ed e f e c t sw e r ef o u n dt ob e l a r g e-s i z e do x i d e i n c l u s i o n s a f t e rm i c r o s c o p i c a n a l y s i s.I no r d e r t o i n v e s t i g a t
7、 e t h e s o u r c e o f l a r g e-s i z e d i n-c l u s i o n s i nA I S I4 3 1s t a i n l e s ss t e e lb a r s,t h ei n c l u s i o ne v o l u t i o nm e c h a n i s md u r i n gp r o d u c t i o nw a si n v e s t i g a t e di nt h i ss t u d yb a s e do n f u l l p r o c e s s s a m p l i n ga n
8、 a l y s i s.O T S I n c a i n c l u s i o na n a l y s i s s y s t e ma n dc o mm e r c i a l t h e r m o d y n a m-i cs o f t w a r eF a c t S a g e8.2w e r ee m p l o y e dt oi n v e s t i g a t ea n da n a l y z ei n c l u s i o n si ne v e r yp r o d u c t i o np r o c e s s.I tw a sf o u n dt
9、h a t t h e i n c l u s i o n sa tt h ee n do fA O D w e r em a i n l yC a O-S i O2-A l2O3c o m p l e xi n c l u s i o n sw i t hh i g hS i O2c o n-t e n t,w h i c ht r a n s f o r m e dt os p i n e l a n dc a l c i u ma l u m i n a t ea f t e rA l d e o x i d a t i o na t t h eb e g i n n i n go fL
10、 F.A f t e r t h e c a s t-i n gp r o c e s s,t h ed e c r e a s eo fd i s s o l v e dA lc o n c e n t r a t i o ni ns t e e l i sv e r yo b v i o u s,a n dn e wl a r g e-s i z e dA l2O3a n dN a-a n dK-c o n t a i n i n gS i O2-b a s e dc o m p l e x i n c l u s i o n s c a nb ed e t e c t e d i ns
11、t e e l.A l2O3o r i g i n a t e d f r o man e wa l u m i n u m-o x-y g e nr e a c t i o ni nt h em o l t e ns t e e l a f t e rc o n t a c tw i t ha i r,a n dN a-a n dK-c o n t a i n i n gS i O2-b a s e dc o m p l e xi n c l u s i o n s i sf r o mt h ee n t r a p m e n t o fm o l d f l u x.D u r i n
12、 g t h e s u b s e q u e n t p r o c e s s,t h em a x i m u ms i z eo f b o t ht y p e so f i n c l u s i o n s f u r-t h e r i n c r e a s e d.A l2O3w a se l o n g a t e da sl o n gl i n e sa l o n gt h er o l l i n gd i r e c t i o n,w h i l et h eN a-a n dK-c o n t a i n i n gS i O2-b a s e dc o
13、m p l e x i n c l u s i o n sw e r ed e f o r m e da n db r o k e n.A n a l y s i so f t h ed e f e c t s i nA I S I 4 3 1s t a i n l e s s s t e e l b a r s f u r t h e rv e r i f i e dt h a t t h e s e t w ot y p e so f l a r g es i z e i n c l u s i o n sc a nd i r e c t l yl e a dt ob a rd e f e
14、 c t s.F i n a l l y,t h i ss t u d yp r o p o s e st oc o n s i d e rp r o c e s so p t i m i z a t i o n i n t e r m so f r e d u c i n g t h e e x p o s u r e t i m eo f t h e s t e e l f l o w,c o n t r o l l i n g t h e i n t e n s i t yo f t h eg a ss u p p l yd u r i n gc a s t i n g,t h ed e
15、 s i g no f t h ec a s t i n gm o l df l o wf i e l da n dt h ec o n t r o l o fL Fs o f tb l o w i n ga r g o n.K e yw o r d s:s t a i n l e s ss t e e l;t h e r m o d y n a m i c;i n c l u s i o n;s e c o n d a r yo x i d a t i o n;s p i n e l基金项目:国家自然科学基金资助项目(5 2 0 7 4 0 7 5);教育服务东北振兴产学研用合作重点资助项目
16、作者简介:王 举(1 9 9 2),男,硕士生;E-m a i l:1 7 7 0 9 9 1 6 4 5q q.c o m;收稿日期:2 0 2 2-1 2-2 5通信作者:李 阳(1 9 7 3),男,博士,教授;E-m a i l:l i y s mm.n e u.e d u.c n第7期王 举,等:A I S I 4 3 1不锈钢生产过程夹杂物转变机理 洁净度控制是不锈钢生产中的关键问题,特别是钢中的大尺寸夹杂物,会对不锈钢的力学性能和耐腐蚀性能造成严重的影响1-1 3。许多学者对炼钢及浇注过程中的夹杂物转变机理进行了深入而广泛的 研 究,包 括 铁 合 金 杂 质 对 夹 杂 物 的 冶 金 作用1 4-2 1、尖晶石类夹杂物的形成与控制2 2-3 8、引流砂卷入形成大尺寸夹杂物3 9-4 0等问题,但大多数研究主要集中于采用连铸生产的低合金钢,对于采用模铸生产的高合金特种不锈钢夹杂物转变机理研究相对较少。国内某钢厂A I S I4 3 1不锈钢生产流程为6 0t电炉6 0tAO D炉6 0tL F模铸加工,在对完成生产的棒材进行水浸探伤时可发现多发性缺陷,经分析发现缺陷实际
