船板钢镁处理工艺技术开发与应用

发布时间：2020-04-09 11:41

【摘要】：钢液镁处理具有良好的夹杂物控制功能,开发适合于工业应用的钢液镁处理技术对于钢材洁净度和力学性能的控制具有重要意义。本课题结合课题依托钢铁厂宽厚板质量提升的需求,以船板钢为目标钢种,在含镁钢液体系热力学计算与分析的基础上,通过钢液镁处理高温热态模拟实验和工业化试验,开发出了基于LD-LF(RH)-CC流程的钢液镁处理关键技术并应用于工业批量生产,取得了显著的钢水洁净度和夹杂物控制效果,为钢液镁处理技术的应用领域拓展打下了良好基础。为指导镁处理工艺技术开发,首先开展了含镁钢液体系热力学计算与分析,结果表明,Mg的脱氧能力极强,当钢液中溶解镁含量为0.001%时,溶解氧含量可以降至0.0002%左右。对于Fe-Mg-Al-O钢液体系,存在MgO、MgO·Al2O3和Al2O3三个稳定区域,控制钢液中合适的溶解镁含量,可实现非金属夹杂物的变质行为,这为镁处理工艺技术的开发奠定了理论基础。在热力学计算的基础上,开展了钢液单独铝脱氧、单独镁脱氧和铝脱氧后镁处理热态模拟实验。铝脱氧后镁处理可有效将钢中A1203夹杂变质为Mg-Al-O夹杂;与单独铝脱氧相比,单独镁脱氧和铝脱氧后镁处理钢中夹杂物数量显著增加,粒度显著降低,且分布更加集中于小尺寸夹杂物;非金属夹杂物原位观察结果表明,钢液中Al2O3夹杂易于聚合生成大尺寸簇状夹杂,而MgO和Mg-Al-O夹杂无明显聚合行为,促使夹杂物以细小弥散化状态分布。以FH40为目标钢种的真空感应炉模拟实验结果表明,经过镁处理,Al2O3夹杂可有效变质为Mg-Al-O夹杂,呈细小弥散化特点分布,且随着镁处理强度的增加,变质更加完全。在镁处理热态模拟实验的基础上,进一步开展了船板钢镁处理工业化试验。金属镁以Mg-Al-Fe合金铁包芯线形式喂入钢水,喂线过程平稳,未出现钢水喷溅和大翻等现象,可实现钢水化学成分的稳定控制并符合钢种标准要求;与钙处理工艺相比,镁处理连铸坯全氧含量显著降低,洁净度显著提高;钢中Al2O3夹杂充分变质为镁铝尖晶石夹杂,粒度显著降低。综合热态模拟实验、真空感应炉半工业化实验和工业试验研究成果,针对BOF-LF(RH)-CC冶炼工艺,集成了包括镁合金制备、镁合金加入与钢水成分协调控制在内的钢液镁处理关键技术并应用于船板钢工业化批量生产。结果表明,冶炼过程平稳、钢水成分控制稳定、夹杂物呈细小弥散化分布,洁净度控制达到历史最佳水平,成品钢板探伤合格率和弯曲测试合格率均为100%,屈服强度、拉伸强度、延伸率和冲击功等力学性能均有不同程度改善。
【图文】：

国内关于船板钢的生产主要集中在鞍钢、济钢、新钢、宝钢、南钢、重钢、首钢、逡逑邯钢、沙钢等钢铁企业，这些钢铁企业船板用钢的产量占据了我国船板钢总产量的逡逑５０％￣６０％，图１．１是我国２０００？２０１５年度船板钢产量情况。造船业对船板的需求量影响逡逑较大，受全球航运市场运力过剩的影响，船企订单量持续下降，从２０１１年开始，船舶行逡逑业开工、完工船舶逐渐减少，船板需求量有所下降；虽然如此，除了邋２０１３年，我国船板逡逑钢产量从２０１１年到２０１５年均维持在１０００万吨以上。逡逑目前，我国船用钢材的国产化率已经超过９５％，船板钢生产技术和质量控制水平的逡逑提高大大促进了我国船舶制造业的发展。但从目前我国船板钢综合性能来看，，仍不能完逡逑全满足造船业巨型化、多样化、高技术化、工期缩短化及成本低廉化的要求，特别是高逡逑技术含量、高附加值的高级别船板还需要进口［ｗ］，例如满足－６０°Ｃ低温要求的Ｆ级高强逡逑３逡逑

（２）邋Ｆｅ－Ａｌ－Ｍｇ－０邋钢液体系逡逑在Ａｌ２0３－ＭｇＯ二元相图中，存在ＡＩ２Ｏ３、ＭｇＯＡｌ２0３和ＭｇＯ三相［５１１。李太全等［５２］逡逑计算了邋１８７３Ｋ条件下Ｘ１２０管线钢钢液体系中各相的稳定区域，如图１．５（ａ）所示，当Ｘ１２０逡逑管线钢中溶解铝为０．０２５％时，溶解镁含量０．０００４６％＜Ｍ＇［Ｍｇ］＜０．００３３％钢中会稳定生成逡逑ＭｇＯ．Ａｈ0３。李双江等［３３］计算了邋４０９Ｌ不绣钢冶炼过程中ＡＩ２Ｏ３、ＭｇＯ．Ａｌ２0３和ＭｇＯ的逡逑稳定生产区域，如图１．５（ｂ）所示，当钢液中铝质量分数为０．０４％，邋ｗ［Ｍｇ贷１．３Ｘ１０－８时，钢逡逑液中可生成ＭｇＯＡｌ２0３夹杂物；ｗ［Ｍｇ仨９．７ｘ１０－７时，ＭｇＯ＿Ａｌ２0３开始转变成为ＭｇＯ。逡逑沈龙飞［５４］和龚伟［５５］等人通过热力学计算分别研究了冷镦钢和轴承钢中铝脱氧后镁逡逑在钢中的行为，并对镁铝合金复合脱氧的可行性进行了理论探讨，结果均显示在炼钢温逡逑度下，在钢水溶解铝含量范围内，微量镁就可以稳定生成镁铝尖晶石夹杂物。逡逑Ｉｔｏｈ邋Ｈ等［５６】运用吉布斯自由能最低原理估算了邋Ｍｇ－Ａｌ－０钢液体系中脱氧产物的热逡逑力学优势区域，如图１．６（ａ）所示，并通过实验进行了验证，由于其在计算过程中采用了逡逑钢液中元素间的相互作用系数，有效降低了二者间的偏差。ＦｕｊｉｉＫ等１５７］通过化学平衡直逡逑接测定了镁铝尖晶石ＭｇＯＡｌ２0３的活度
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U671.3;TF76

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本文编号：2620707