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2205双相不锈钢冶炼过程全氧及夹杂物分析

信息来源:好运来官网 时间:2019-04-13 09:10:45 浏览次数:-

2205双相不锈钢约占双相钢总产量的80%左右,由于其双相组织的特点而具有较高的强度、较好的焊接性能和抗腐蚀性能,广泛应用于船舶、石油、化工和建筑等领域。2205双相不锈钢好的冶金质量是保证其力学性能和表面质量的前提。据报道,夹杂物是2205热轧生产过程中边裂缺陷产生的一个重要的影响因素,因此通过分析研究2205双相不锈钢冶炼过程全氧含量和夹杂物,找出钢水中全氧含量的变化规律及夹杂物的产生原因,对于合理控制钢中的全氧含量和夹杂物、提高2205双相不锈钢的冶金质量及使用性能,具有十分重要的意义。
1、冶炼条件和研究方法
2205双相不锈钢冶炼以合金和废钢为原料,在电炉经过熔化处理后,直接兑入AOD炉进行冶炼。AOD转炉采用FeSi合金进行还原操作,AOD脱硫阶段加入铝块和石灰来脱硫。AOD工序处理完毕后,到LF炉进行精炼。由于2205双相不锈钢合金量大,钢水中溶解氧含量高,因此在LF精炼过程中喂铝线进行深脱氧,然后加入硅钙线进行钙处理。LF精炼过程加入一定量的CaO和CaF2造渣,精炼渣二元碱度控制在2.3-2.5左右;底吹氩气量控制在0.15-0.20m3/min之间,当成分和温度达到要求后,将钢液运至连铸平台进行浇铸。本次试验,2205双相不锈钢的化学成分见表1所示。
表1:2205双相不锈钢化学成分%   C   Si   Mn   P   S   Ni   Cr   Mo   N   ≤0.02   0.4-0.5   1.1-1.3   ≤0.03   ≤0.001   5.1-5.3   22.2-22.4   3.0-3.1   0.16-0.17
对1个浇次的连续2炉钢进行工业实验,本次试验在AOD还原后、AOD脱硫后、LF精炼末期以及中包浇铸末期进行取样,在每个工位取球拍样。所取球拍样用来进行夹杂物观察和全氧含量检测,用扫描电镜观察夹杂物形貌,用电子探针确定夹杂物成分。同时在AOD还原后、AOD脱硫后、LF精炼末期取渣样,通过渣样结果分析各个工序夹杂物的成因。
2、结果及分析
2.1、冶炼过程全氧含量的变化
通常,钢的总氧含量反映了钢中总体氧化物洁净度水平。总氧含量低,表明钢中氧化物夹杂较少,洁净度较高。在AOD-LF-CCM过程,全氧含量的变化如图1所示。从图1中可以看出,随着AOD冶炼、LF精炼和连铸过程的进行,钢水中全氧含量呈逐渐减小的趋势。2205双相不锈钢在AOD的冶炼过程中有相当数量的铬被氧化进入炉渣。因此AOD还原阶段采用硅铁进行还原操作,目的是还原渣中被氧化的铬以及降低钢水中的氧含量,还原后钢水中的全氧含量降低到182ppm;AOD脱硫阶段通过加入铝块和石灰来脱硫。铝块的加入使钢水中全氧含量又有所降低,为97ppm;LF精炼过程中喂铝线进行深脱氧,然后加入硅钙线进行钙处理;随着吹氩搅拌的进行,钢水中的大型夹杂物不断上浮被炉渣吸附,小型夹杂物不断碰撞、长大、上浮,被炉渣吸附,钢水中全氧含量降低明显,到LF精炼末期为36ppm;到连铸中包,中包覆盖剂也起到吸附夹杂物的作用,全氧含量有少量下降,到中包浇铸末期为32ppm。
2.2、冶炼过程夹杂物尺寸和数量的变化
随着AOD冶炼、LF精炼和连铸过程的进行,夹杂物尺寸和数量的变化如图2所示。从图中看出,随着冶炼过程的进行,钢水中夹杂物总数和尺寸都是不断减小的。AOD还原后和脱硫后,钢水中存在大于50μm的夹杂物,夹杂物数量也较多;LF精炼末期,钢水中没有大于50μm的夹杂物,这说明LF精炼处理对去除较大颗粒夹杂物是十分有利的。到连铸中包浇铸末期钢水中夹杂物数量进一步减少,尺寸都小于20μm。
2.3、冶炼过程夹杂物的类型  根据AOD还原后、AOD脱硫后、LF精炼末期和连铸中间包浇铸末期取样,分析试样中典型夹杂物形貌和类型可以得出,AOD还原后和脱硫后这两个阶段的夹杂物类型主要为CaO-SiO2-Al2O3-MgO,LF精炼末期和连铸中包浇铸末期夹杂物类型主要为CaO-Al2O3-MgO-SiO2。
2.4、冶炼过程不同工序夹杂物成因分析
AOD-LF冶炼过程夹杂物成分变化(质量分数)。从图中看出,AOD还原后和AOD脱硫后钢水中的夹杂物类型为CaO-SiO2-Al2O3,而且颗粒较大、成分趋近于炉渣成分,并含有一定量的MgO。这些现象出现在强烈搅拌的AOD还原和脱硫期,很可能与卷渣现象有关。从(c)可以看出,LF精炼后钢水中的夹杂物成分和LF精炼过程中的炉渣成分完全不同。跟AOD处理过程相比,LF精炼后夹杂物成分中Al2O3和MgO含量明显上升,夹杂物的类型变化为CaO-Al2O3-MgO-SiO2,分析跟LF精炼阶段铝深脱氧和钙处理工艺有关。LF精炼过程中喂入铝线后,Al和钢水中的溶解O形成Al2O3夹杂物,Al2O3夹杂物和MgO很容易形成Al2O3-MgO尖晶石类夹杂物,夹杂物尺寸较小。随着钙处理的进行,钢水中会发生以下反应:  y(MgO-Al2O3)+x[Ca]=(xCaO-yAl2O3)+y[Mg]
(1)  [Mg]+[O]=(MgO)
(2)  [Si]+[O]=(SiO2)
(3)  因此LF精炼末期,钢水中夹杂物的类型为CaO-Al2O3-MgO-SiO2。到连铸中包后,上述反应继续进行。随着置换反应的不断进行,内部MgO-Al2O3越来越小,外面的xCaO-yAl2O3变得越来越厚。由于液态相(xCaO-yAl2O3)低的表面张力夹杂物就会变成球形。在更高的倍数下观察连铸中包浇铸末期典型夹杂物形貌,可以看出连铸中包浇铸末期的夹杂物有两层组成,外层为CaO-Al2O3-SiO2,内部为Al2O3-MgO。
从以上分析得出,2205双相不锈钢冶炼过程中不同工序的夹杂物成因主要有两个方面:①强烈搅拌的AOD还原和脱硫期,钢水中的夹杂物与卷渣现象有关,这些夹杂物尺寸较大;②LF精炼阶段产生的内生夹杂物,这些夹杂物尺寸较小。因此可以采取有效措施,控制钢水中夹杂物的危害。
(1)增加LF弱吹时间,保证钢水中的大型夹杂物不断上浮被炉渣吸附,小型夹杂物不断碰撞、长大、上浮,被炉渣吸附。
(2)增加LF炉喂入钢水中的硅钙线数量,使MgO-Al2O3夹杂物完全变性。
3、结论
(1)随着AOD冶炼、LF精炼和连铸过程的进行,2205双相不锈钢钢水中全氧含量呈逐渐减小的趋势,到中包浇铸末期为32ppm。
(2)随着冶炼过程的进行,钢水中夹杂物总数和尺寸都是不断减小的。AOD还原后和脱硫后,钢水中存在大于50μm的夹杂物,夹杂物数量也较多;LF精炼末期,钢水中夹杂物以小于50μm的夹杂物为主;到连铸中包浇铸末期钢水中夹杂物数量进一步减少,尺寸都小于20μm。
(3)AOD还原后和AOD脱硫后钢水中的夹杂物类型为CaO-SiO2-Al2O3-MgO,跟炉渣成分基本一致;随着LF精炼过程的进行,夹杂物的类型变化为CaO-Al2O3-Mg0-SiO2,与铝脱氧和钙处理工艺有关;连铸中包浇铸末期的夹杂物有两层组成,外层为CaO-Al2O3-SiO2,内部为A2O3-MgO。
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