高铝trip钢的夹杂物特点及控制技术

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1、攀钢技术·31·高铝TRIP钢的夹杂物特点及控制技术李志强，曾建华，吴国荣，陈永（攀钢集团研究院有限公司）摘要：运用热力学软件计算了钢液中Al与氧及氮的反应情况，绘制出了钢液中的Al-O平衡图及Al-N平衡图。通过对铸坯样及水口堵塞物进行检测，得出了夹杂物在高铝钢钢液、铸坯及水口堵塞物中的形成及存在形态特点。热力学计算结果与实际检测的结果吻合。通过分析钢中夹杂物的特点及其对铸坯及轧材质量的影响，提出了生产高铝TRIP钢炼钢过程中夹杂物的控制方法。关键词：高铝钢；TRIP钢；夹杂物0引言高铝TRIP钢铝含量在0.5%~1.8%之间，是普通铝镇静钢的

2、10~40倍，因此钢中非金属夹杂物的类型、大小及形态都与铝含量仅为0.04%~0.05%的普通铝镇静钢有所不同。在炼钢及连铸过程中，夹杂物的形成、上浮以及去除都因高铝含量而不同于普通含铝钢。笔者通过理论计算及实际检测，分析了高铝TRIP钢中的夹杂物种类及特点，提出了炼钢过程中的夹杂物控制方法。1理论计算1.1Al-O平衡计算为确定Al-O平衡，Itoh，H、Ban-ya[1]等人推出了一系列公式，基于该公式对1550℃时覆盖铝含量在2%以下的钢进行了计算。计算结果如图1[2]所示。0.010.11104010.10.50.05a[O](×10-6

3、)T=1550℃高铝钢普通铝镇静钢a[O]0.2[Al]/%图1钢液中的Al-O平衡图可见，随着铝含量的增加，钢中的氧活度逐渐下降。当铝含量超过普通铝镇静钢时，钢中氧活度持续下降。由于钢液中氧活度极低，脱硫效果明显，钢液中可能会出现CaS夹杂。铝被氧化生成的Al2O3还将与耐火材料及渣中的MgO结合，形成Al2O3-MgO尖晶石[3]。Al2O3-MgO尖晶石和CaS夹杂容易导致连铸过程中的水口堵塞。1.2Al-N平衡计算由于钢中铝含量高，钢液中的残余氮和转炉炼钢、精炼及连铸过程中的增氮容易与Al反应生成AlN。大量的研究者测量了AlN在钢液中的

4、溶解度。AlN形成的临界热力学平衡条件如式（1）[1]：（a[Al]×a[N]）eq=88.365·exp（-1.768×104/T）（1）式中，a为活度系数，T为温度。N和Al的活度系数可由JSPS[4]推出的公式（2）及（3）计算得出：·32·2011年第34卷第3期log(f[Al])=(80.5/T)·[Al]+0.015·[N]（2）log(f[N])=0.01·[Al]（3）在1500、1550℃时，Al-N平衡的计算结果如图2所示。高Al普通N含量区AlN形成区无AlN区[N]/%[Al]/%图2钢液中的Al-N平衡图2中方框区为高

5、铝普通氮含量区，可见，当氮含量在正常情况下的30×10－6~70×10－6时，铝含量达到0.5以上就可能与氮反应生成AlN，随着温度的下降，钢液中AlN的形成能力将更强。在相同氮含量的情况下，高铝TRIP钢中Al与N反应生成AlN要比普通铝镇静钢容易得多。2实际检测2.1氧氮检测通过取样检测，T[O]及T[N]在铸坯厚度方向上的分布情况，如表1所示。表1高铝钢铸坯样的总氧和总氮1#样2#样到上表面的距离/mmT[O]×10－6T[N]×10－61.1209332.13510331.2707332.21505331.31804332.3200631

6、1.4220630由表1可见，在厚度方向上，T[N]含量从铸坯顶部到底部均在33×10－6左右，这相当于相同炼钢过程的普通铝镇静钢T[N]含量较低的情况。铸坯的T[O]含量为4×10－6~10×10－6，铸坯下半部分T[O]含量较上半部分低，这是由于氧化物夹杂在弧形结晶器中上浮所导致的。普通铝镇静钢的T[O]含量在10×10－6~15×10-6，可见，与普通铝镇静钢相比，高铝钢中的T[O]含量更低。2.2熔融状态夹杂物检测攀钢技术·33·通过将铸坯样熔化让夹杂物上浮进行检测，发现表1中的2.1#样夹杂物中约一半为MgOAl2O3，其余为AlN颗粒

7、，1.2#样中夹杂物主要是AlN颗粒，只有少量MgOAl2O3。在这些样中，发现了一些约为1μm的Al2O3颗粒，这些Al2O3颗粒远小于普通铝镇静钢中的Al2O3颗粒（平均约5μm）。在总氧更低的其它样中，Al2O3氧化物夹杂更难找到。此外，夹杂物中还有少量2～5μm的CaS。AlN颗粒为3～10μm，超过一半的AlN颗粒呈六边形片状，其余的呈现椎体、菱柱、立方体等形状。此外，能在钢中发现椎体状的铝的氮氧化合物。通常在普通铝镇静钢中，钢坯中的AlN夹杂颗粒尺寸还不到100nm[5]，而高铝钢中的AlN颗粒尺寸约为其的100倍。有时还会在熔化的高

8、铝钢中发现呈树枝状的AlN夹杂，其长度约有100μm。2.3铸坯夹杂物及水口堵塞物检测通过对铸坯样中的夹杂物进行分析，铸坯中的AlN呈现