夹杂物控制讲座课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,主讲人：,钢中非金属夹杂物控制技术研究,主讲人：钢中非金属夹杂物控制技术研究,非金属夹杂物类别：,氧化物：,简单氧化物，复合氧化物等；,硫化物：,MnS,，,CaS,，,CaO-CaS,等；,氮化物：,TiN,，,NbN,，,AlN,等。,非金属夹杂物危害：,质量缺陷：,铸坯：表面裂纹，内部裂纹，偏析等；,钢材：裂纹，“翘皮”，线形缺陷等。,钢材性能：,冲压开裂、冷拉断裂等；,延性，低温韧性，抗疲劳破坏，非轧制方向性能，切削，焊接，耐蚀，电磁性能等。,一、研究重要意义,2,非金属夹杂物是钢铁冶金科研“热点”,非金属夹杂物类别：一、研究重要意义2非金属夹杂物是钢铁冶金科,“洁净”“高洁净”“超高洁净”趋势：,强化内生类夹杂物去除效果；,严格“杜绝”二次氧化；,对夹杂物成分、尺寸、分布、性能的控制。,开发新工艺，降低成本，提高对夹杂物控制效率：,缩短或取消,LF,精炼；,强化,RH,精炼；,针对不同类型钢材，对夹杂物实行“重点控制”。,夹杂物控制技术发展趋势,3,“洁净”“高洁净”“超高洁净”趋势：夹杂物控制技术发展趋,4,国产钢材夹杂物控制存在差距：,汽车钢板：,国内合资品牌汽车用钢板，,50%,由国内供应，其中,80%,为宝钢生产（引自徐乐江,2011,年中国钢铁年会报告）。,主要差距在于钢板表面品质稳定性控制方面。,轴承钢：,总氧、,Ti,等关键成分控制方面达到了顶级产品水平，但夹杂物评级难以满足瑞典、日本顶级轴承制造商控制标准要求；,主要差距在于少量,Ds,类夹杂物控制稳定性方面。,易切削钢：,化学成分与日本、台湾中钢产品相同，但切削性能差距很大；,主要差距在于钢中,MnS,夹杂物均匀、细小、弥散化控制方面。,4国产钢材夹杂物控制存在差距：,二、汽车钢板非金属夹杂物控制,5,优良加工性能与服役性能；,优良表面品质（无缺陷）。,二、汽车钢板非金属夹杂物控制5优良加工性能与服役性能；,汽车钢板表面缺陷控制,6,广州本田：,每,10,个钢板卷，有表面缺陷钢卷不能超过一个；,存在表面缺陷钢卷，表面缺陷不能超过一处。,汽车钢板表面缺陷控制6广州本田：,夹杂物引起的钢板表面缺陷,7,夹杂物引起的钢板表面缺陷7,汽车板铸坯中有害夹杂物尺寸,8,汽车板铸坯中有害夹杂物尺寸8,汽车板铸坯有害夹杂物尺寸,9,汽车板铸坯有害夹杂物尺寸9,有害夹杂物来源一：大型簇群状,Al,2,O,3,夹杂物,10,有害夹杂物来源一：大型簇群状Al2O3夹杂物10,微小,Al,2,O,3,聚集、捕捉,11,微小Al2O3聚集、捕捉11,12,铸坯中大型夹杂物分布,淡路谷浩,材料，,17,（,2004,），,p107,12铸坯中大型夹杂物分布淡路谷浩, 材料，17（2,有害夹杂物来源二：结晶器保护渣,13,有害夹杂物来源二：结晶器保护渣13,有害夹杂物来源三：,Ar,气泡,+Al,2,O,3,14,Takashi MIYAKE, Influence of Sulphur Content and Molten Steel Flow on Entrapment of Bubbles to Solid/,Liquid Interface, ISIJ International, Vol. 46 (2006), No. 12, pp. 18171822,有害夹杂物来源三：Ar气泡+Al2O314Takashi M,为什么吹氩？,15,密封作用：,防止塞棒棒头、中间包水口,-,滑板、滑板间渗入空气。,防止水口内壁粘接、堵塞：,在中间包水口或,SEN,壁上形成一氩气薄膜，阻止夹杂物与水口壁接触；,氩气吸附夹杂物，将其与水口壁分离。,为什么吹氩？15密封作用：,Ar,气泡,+Al,2,O,3,16,Ar气泡+Al2O316,17,减少,Al,2,O,3,簇群：,转炉炼钢终点控制,(O,，,FeO),；,转炉出钢防下渣；,提高,RH,精炼效率；,严格控制二次氧化等,。,减少结晶器保护渣卷入：,控制结晶器钢水液面波动；,高粘度保护渣；,浸入式水口设计优化；,高拉速采用,FC,结晶器。,减少“气泡,+Al,2,O,3,”：,严格控制,Ar,流量；,浸入式水口设计优化；,采用电磁搅拌,；,控制“,hook,”,。,17减少Al2O3簇群：,国产汽车钢板质量问题？,首钢,-,北科大合作研究,18,国产汽车钢板质量问题？首钢-北科大合作研究18,氧含量变化,19,氧含量变化19,夹杂物检测方法,20,常规检测方法的不足：,钢材出厂检验：,ASTM,标准（,A,、,B,、,C,、,D,、,Ds,类夹杂物）；,用户标准（,SKF,、米其林、贝卡尔特等）；,分析检验手段：光学显微镜。,科学研究：,光学显微镜；,扫描电镜（,+EDS,）；,投射电镜（,+EPMA,、,EDS,）；,图像分析；,PDA,（,Pulse Distribution Analysis,）。,问题：,试样检测面积小；,分析检验耗时长；,分析检验结果,(,夹杂物数量、尺寸、成分、位置,),可信度低。,夹杂物检测方法20常规检测方法的不足：问题：,21,JFE,对汽车板铸坯夹杂物检验方法,Y. Awajiya, Entrapment Location in Solidified Shell of Ultra Low Carbon Steel Slab,，,AISTech 2005,，,Vol.II, p65,30,30 mm,总检验面积：,30,3028 = 25,200mm,2,21JFE对汽车板铸坯夹杂物检验方法Y. Awajiya,大型夹杂物主要类型,22,夹杂物数量密度：,0.48,个,/cm,2,0.51,个,/cm,2,0.52,个,/cm,2,大型夹杂物主要类型22夹杂物数量密度： 0.48个/c,正常坯取样,23,第,3,块铸坯末端,总检验面积：,2000,7 = 14,000mm,2,正常坯取样23第3块铸坯末端总检验面积：20007 = 1,大型试样制备,24,大型试样制备24,ASPEX PSEM eXplore,扫描电镜,25,对大尺寸试样表面夹杂物进行自动分析检验：,Max: 100mm,80mm,夹杂物成分、数量、位置、形貌等；,夹杂物最小尺寸：,0.4,m,。,具有数据库、冶金分析等功能。,ASPEX PSEM eXplore 扫描电镜25对大尺,正常坯夹杂物数量,(50,m),26,正常坯夹杂物数量(50m)26,正常坯夹杂物数量分布,27,正常坯夹杂物数量分布27,汽车钢板表面缺陷控制,28,广州本田：,每,10,个钢板卷，有表面缺陷钢卷不能超过一个；,存在表面缺陷钢卷，表面缺陷不能超过一处。,汽车钢板表面缺陷控制28广州本田：,铸坯中有害夹杂物数量计算,(,100m),29,冷轧板卷：,重量：,15t,；,宽,1400mm,，厚,0.5mm,，长,2767m,。,铸坯：,237mm,厚；,有害夹杂物主要存在于,4mm,厚度表层中。,有害夹杂物含量：,7.69,个,/m,3,7.69,10,-6,个,/cm,3,。,铸坯中有害夹杂物数量计算(100m)29冷轧板卷：,30,JFE,对汽车板铸坯夹杂物检验方法,Y. Awajiya, Entrapment Location in Solidified Shell of Ultra Low Carbon Steel Slab,，,AISTech 2005,，,Vol.II, p65,30,30 mm,30JFE对汽车板铸坯夹杂物检验方法Y. Awajiya,大型夹杂物主要类型,31,夹杂物数量密度：,0.48,个,/cm,2,0.51,个,/cm,2,0.52,个,/cm,2,大型夹杂物主要类型31夹杂物数量密度： 0.48个/c,正常浇铸铸坯夹杂物,32,检测面积总计,52061mm,2,（超过,JFE,同类研究一倍），大于,50,m,夹杂物数量密度在,0.210.45,个,/cm,2,，低于,JFE,铸坯同类夹杂物数量；,正常坯表层试样中大于,50,m,夹杂物主要为簇群状,Al,2,O,3,，未检测到保护渣卷入形成夹杂物，与,JFE,检测结果一致；,不能避免,100,m,有害夹杂物存在（数量：,0.0280.057,个,/cm,2,），生产高端用户钢板应对铸坯采用表面清理（扒皮）。,正常浇铸铸坯夹杂物32检测面积总计52061mm2（超过JF,拉速影响,33,拉速影响33,高拉速铸坯试样夹杂物数量,34,高拉速铸坯试样夹杂物数量34,液面波动,35,液面波动35,高拉速铸坯夹杂物数量密度,(,个,/cm,2,),36,高拉速铸坯夹杂物数量密度(个/cm2)36,JFE,：高拉速有利于减少钢板表面缺陷,37,H. Nakamura, et al., Technology for Production of High Quality Slab at High Speed Casting,，,1992 Steelmaking Conference Proceedings, ISS, p409-415,JFE：高拉速有利于减少钢板表面缺陷37H. Nakamur,“,hook,”状坯壳,38,“hook”状坯壳38,拉速对,hook,影响,39,拉速对hook影响39,三、特殊钢非金属夹杂物控制,用于制作轴承、齿轮、弹簧、 传动轴等机械零部件的特殊 钢，要求具备优良抗疲劳破 坏性能；,夹杂物不能均匀传递基体所 经受的应力、应变，夹杂物 周边形成“应力集中”；,夹杂物,-,钢基体界面产生微裂 纹，成为工件的疲劳破坏。,40,三、特殊钢非金属夹杂物控制用于制作轴承、齿轮、弹簧、,不同类别夹杂物对钢疲劳性能的影响,J. Monnot, et al., Amer. Soc. For Test Mat., 1988, p.149,41,“,D,类”或“,DS,类”,“,D,类”或“,DS,类”,不同类别夹杂物对钢疲劳性能的影响J. Monnot, et,42,42,夹杂物控制误区,过度强调对夹杂物种类控制：,D,类夹杂物：,C,aO-MgO-Al,2,O,3,，,CaO- Al,2,O,3,系不变形夹杂物；,DS,类夹杂物：,CaO-Al,2,O,3,系夹杂物；,Si-Mn,脱氧；,低碱度或较低碱度精炼渣系；,电渣重熔、真空重熔等特殊精炼工艺方法。,43,夹杂物控制误区过度强调对夹杂物种类控制：43,超低氧特殊钢生产技术（,T.O,：,36ppm,）,K. Kawakami, et al., Proceedings of the 3rd International Congress on the Science and Technology of,Steelmaking, May 9-12, 2005, Charlotte, AIST, 209,：日本特钢厂大工业规模生,产超低氧轴承钢。,：采用电渣重熔工艺生产的,轴承钢。,：采用真空电加热工,艺生产的轴承钢。,44,超低氧特殊钢生产技术（T.O：36ppm）K. Kawak,超低氧特殊钢关键工艺技术,转炉或电炉出钢严格挡渣；,强脱氧：,铝直接脱氧；,强扩散脱氧；,高碱度精炼炉渣；,长时间,RH,真空精炼；,严格保护浇注；,大方坯连铸：,中间包钢水加热；,低拉速、低比水量二冷、电磁搅拌等。,45,超低氧特殊钢关键工艺技术转炉或电炉出钢严格挡渣；45,国产特殊钢主要问题,DS,类夹杂物评级差（,T.O,：,36ppm,）：,没有充分发挥,RH,精炼作用（时间短）；,保护浇注不严密；,许多仍采用钙处理。,LF,精炼时间过长；,缺少中间坯“扒皮”、钢材探伤等设备。,46,国产特殊钢主要问题DS类夹杂物评级差（ T.O：36ppm,LF,与,RH,精炼分工,47,EAF LF RH CC,升温，脱氧，合金化，去除夹杂物等。,脱气（,H,，,N,），脱氧，合金化，去除夹杂物等。,实现超低氧控制：,LF or RH,（哪个更高效？）,LF与RH精炼分工47EAF,48,优势：,加热钢水，炉渣；,强扩散脱氧（高碱度、极低,Fe,t,O,含量炉渣）；,钢液成分控制。,超低氧控制方面不足：,对钢水搅拌能不足。,48优势：,49,钢水为强还原性炉渣所覆盖；,钢,-,渣界面“静止”；,钢水循环流动；,夹杂物碰撞、聚合、上浮、去除。,49钢水为强还原性炉渣所覆盖；,JFE,西日本制铁所生产轴承钢,50,K. MATSUOKA, 4,th,International Congress on Steelmaking, 2008, Gifu, 456,JFE西日本制铁所生产轴承钢50K. MATSUOKA, 4,JFE,西日本制铁所生产轴承钢,51,在,RH,前完成钢水合金化操作，尽量不在,RH,精炼过程进行成分调整，并将,RH,精炼时间延长至最大（与连铸周期相适应）。,K. MATSUOKA, 4,th,International Congress on Steelmaking, 2008, Gifu, 456,JFE西日本制铁所生产轴承钢51在RH前完成钢水合金化操作，,高铁车轴钢试验,52,铝脱氧（,Al:,0.04%,；,高碱度、低,Fe,t,O,炉渣（,Fe,t,O,：,1.0%,）；,精炼时间：,45min,。,精炼时间,35min,；,实现超低氧含量控制。,高铁车轴钢试验52铝脱氧（Al: 0.04%；精炼时间,总氧含量变化,53,总氧含量变化53,LF,精炼结束,54,炉渣成分（,%,）,钢水成分（,%,）,LF精炼结束54炉渣成分（%）钢水成分（%）,RH,精炼结束,55,炉渣成分（,%,）,钢水成分（,%,）,RH精炼结束55炉渣成分（%）钢水成分（%）,非金属夹杂物,56,LF,精炼结束,RH,精炼结束,非金属夹杂物56LF精炼结束,LF,精炼结束夹杂物数量,57,检验面积：,12.9mm,2,数量密度：,8.14,个,/mm,2,LF精炼结束夹杂物数量57检验面积：12.9mm2,RH,精炼结束夹杂物数量,58,检验面积：,7.29mm,2,数量密度：,5.49,个,/mm,2,RH精炼结束夹杂物数量58检验面积：7.29mm2,严密保护浇铸,59,川上潔，介在物制御高清淨度鋼製造技術，日本鉄鋼協会，,2004,，,p150,严密保护浇铸59川上潔，介在物制御高清淨度鋼製造技術，日本,高铁车轴钢试验,60,高铁车轴钢试验60,