论文部分内容阅读
超纯铁素体不锈钢因其极低的碳、氮含量(w[C+N]≤150×10-6),并添加钛、铌等稳定化元素,而获得优越的耐蚀性、加工性和焊接性;其作为节镍经济型不锈钢,被广泛运用于轻工、家用器械、建筑装饰和汽车制造等领域。酒泉钢铁公司通过高炉-铁水预处理-AOD-VOD-LF-CC工艺生产超纯铁素体不锈钢,在生产过程中有时会出现连铸结晶器浸入式水口结瘤现象,同时,所生产的板材产品也时有表面线鳞缺陷问题。因此,本文以酒钢超纯铁素体不锈钢实际生产工艺为背景,针对上述所遇到的冶金工艺和产品质量问题进行深入研究。通过对连铸水口结瘤物和钢材表面线鳞缺陷进行解剖和扫描电镜观察,查明了夹杂物是导致水口结瘤和表面缺陷的主要原因。结合工厂试验、实验室实验和热力学计算,分析了铝、钙、钛含量对钢中夹杂物形成的影响机理,提出了精炼过程中铝含量和钙含量的冶金控制工艺。进一步通过渣钢实验和炉渣共存理论,研究了炉渣中CaF2含量对钢成分和夹杂物形成的影响,明确了精炼渣成分的冶金控制范围。根据工厂试验和实验室研究结果,提出了钢中夹杂物控制冶金关键工艺,并成功应用于实际生产,取得了明显效果。本文获得了以下研究结果:(1)连铸浸入式水口结瘤物主要分为四层:耐材层,初始冷钢层,堵塞物层以及最终冷钢层;初始冷钢层和最终冷钢层中大范围分布着以氧化铝为主要成分的聚集型夹杂物;堵塞物层中存在大量堆积型的(MgO-Al2O3)富-CaO-TiOx类高熔点夹杂物。在钢材表面线鳞缺陷周围存在着长度为几十甚至数百微米的链状Mg-Al-Ca-Ti-O类夹杂物。冶炼过程钢液内形成的这些夹杂物导致了连铸水口堵塞和钢材表面线鳞缺陷。(2)实验室研究表明:钢中铝、钛含量对夹杂物的形成有很大影响。将铝、钛含量控制于Al-Ti-O平衡相图中液态氧化物区时,其夹杂物主要为球型铝钛复合夹杂物,液态夹杂物占比高,夹杂物数量较少,钢水洁净度明显优于钢成分位于Al-Ti-O相图其他区域的试样。结合热力学计算,得到了不锈钢中铝、钛含量的控制范围:0.0627[%Ti]+0.0024≤[%A1]≤0.1488[%Ti]+0.0028。(3)结合工厂试验发现:钙含量对不锈钢中夹杂物的形成有较大影响。当钢中钙含量较低时,试样中以(MgO-Al2O3)富-CaO类高熔点夹杂物为主,夹杂物成分大都位于镁铝尖晶石相区;当钢中钙含量过高时,钛合金化后,试样中存在较多的(CaO-TiOx)富-MgO-Al2O3类高熔点夹杂物,夹杂物的成分大都位于钙钛矿相区。结合工厂试验结果和热力学计算,得到了铝脱氧后不锈钢钙处理工艺的合理钙含量应为:[ppm Ca]=6.621n[ppm Al]-20.32。(4)渣钢平衡实验结果表明:精炼渣中CaF2含量对不锈钢中钛含量稳定性和夹杂物形成有较大影响。当炉渣碱度(CaO/SiO2)不变,MgO含量在5%左右,随着CaF2/Al2O3质量比由0提高至0.47,钢中钛收得率由3.9%增加至6.7%;同时,钢液中镁含量也由12 ppm增加至23 ppm,夹杂物的平均氧化镁含量由11%提高至30%。炉渣共存理论模型计算表明:炉渣中CaF2的增加会使得平衡钢液中钛的活度和镁的活度升高,这有利于提高钢液中钛含量的稳定性。综合考虑得到了 LF炉精炼渣成分的控制范围:CaO 48%～55%,SiO2 8%～14%,Al2O3 15%～25%,MgO 5%～10%,CaF2 5%～10%,TiO2≤5%。(5)与超纯铁素体不锈钢实际生产工艺相结合,明确了冶炼过程中铝、钙、钛含量和精炼渣成分对钢中夹杂物形成的影响机理。提出了改进工艺,并在实际生产中得到了成功应用。连铸浸入式水口堵塞和钢材表面线鳞缺陷的发生率得到显著降低。连铸连浇炉数由2016年的1炉,提高到2019年的4炉;同时,钢材表面线鳞缺陷比例也相应的从18%降低到0.9%。