高等级管线钢夹杂物形成机制与控制

发布时间：2020-04-19 23:16

【摘要】：现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢,是高技术含量和高附加值的产品。管线工程的发展趋势是大管径、高压富气输送、高冷和腐蚀的服役环境、海底管线的厚壁化。因此现代管线钢应当具有高强度、高韧性和抗脆断、低焊接碳素量和良好焊接性、以及抗HIC和抗H2S腐蚀。对冶炼工艺技术具有较苛刻的要求,技术难点主要集中于:(1)杂质元素含量控制;(2)夹杂物控制;(3)窄成分控制。钢中夹杂物控制的重点在B类夹杂,B类夹杂物的控制重心为钙处理工艺,因此钙处理工艺是现代管线钢质量控制的重中之重。本课题在对现场工艺和产品质量充分调研的基础上,结合实验室热态模拟实验,对高等级管线钢夹杂物形成机制与控制进行了较为细致的研究。现场条件下,当夹杂物中CaO和A1203摩尔比比为2:1,钢中硫含量为0.002%时,夹杂物中即可发现硫。热力学计算表明,对钢中的酸溶铝或全铝含量要求[%Al]s=0.02～0.05,[%Al]T=0.03～0.06,全钙含量[%Ca]T0.0023～0.0037 就可以生成液态 12CaO·7Al2O3 脱氧产物;[%Ca]T0.0064～0.0101就可以生成液态3CaO·Al2O3脱氧产物。硫化钙有两种产生方式,一种为钙硫直接反应得到,另一种为硫参与夹杂物边缘反应得到。动力学计算表明,若有15μmAl2O3夹杂物,喂钙线结束后底吹10min,若要使夹杂物能够向C3A方向变性,钙含量应大于0.0014%。若要使A1203夹杂物完成变性,钙含量应有0.0031%,若低于0.0031%,C12A7变性成为C3A的反应层将自动消失,Al2O3夹杂物将寻求变性成为C12A7。若钙含量高于0.0031%,则可能使夹杂物变性过度。同理,如果A1203夹杂物变性成为C12A7,钙含量应大于0.0011%时,才能使Al2O3夹杂物具有变性至C12A7的能力。同样,以15μmAl2O3夹杂物,静吹时间10min为例,若要使夹杂物完成变性,钙含量应有0.0027%,若低于0.0027%,则CA变性至C12A7反应层将消失,Al2O3夹杂物将转而变性至CA,若钙含量更低,则变性至合适种类的钙铝酸盐或无法对Al2O3夹杂物变性。若钙含量高于0.0027%低于0.0031%,我们认为Al2O3夹杂物变性为介于C12A7和C3A之间的钙铝酸盐。钙含量为0.0031%时,夹杂物变性为C3A,高于0.0031%,则可能使夹杂物变性过度。高碱度精炼渣冶金性能研究表明:在精炼渣碱度6到14范围内随碱度升高,精炼渣脱氧、脱硫能力逐渐增强。当精炼渣碱度碱度达到8以后,脱氧能力增加相对变缓;碱度越高,夹杂物尺寸越小、数量越少。夹杂物种类无明显变化,主要以球状氧化铝、镁铝尖晶石和MgO-Al2O3-MnO-TiO2复合夹杂物为主。钙处理变性研究表明,Al2O3夹杂物变性为CA时,钢液中硫含量在20～50ppm时,夹杂物中很难有硫化钙产生。当Al2O3夹杂物变性过度时,钢液中很少的硫含量,也会造成CaS的产生。
【图文】：

表面张力,铁熔体

逦第２章文献综述逡逑如图２．１所示，通常表面张力是根据测定上浮至金属熔体表面的渣滴与熔体之间的逡逑平衡张力来表示。式（２－１７）为表面张力的计算式。表２．４％给出了氧化物与铁熔体之逡逑间的表面张力值。逡逑ａＭＳ邋＝邋Ｖｇｍ＋0ｓ－２0ｍ－＾ｓ－Ｃ０ＳＰ逦（２－１８）逡逑°ＭＳ逦Ｘ２逡逑图２＿１渔－金间的表面张力逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｕｒｆａｃｅ邋ｔｅｎｓｉｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｓｌａｇ邋ａｎｄ邋ｍｅｔａｌ逡逑１——渔滴；２——金属逡逑表２．４氧化物与铁熔体间的表面张力逡逑Ｔａｂｌｅ邋２．４邋Ｓｕｒｆａｃｅ邋ｔｅｎｓｉｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｏｘｉｄｅ邋ａｎｄ邋ｌｉｑｕｉｄ邋ｉｒｏｎ逡逑逦Ｎｏ．逦氧化物／铁熔体逦表面张力，Ｊ－ｎｒ２逡逑１逦Ａｈ0３／Ｆｅ逦（含有邋０．０００５％０）逦２．３逡逑２逦Ａｌ２0３／Ｆｅ逦（含有邋０．０１％０）逦１．９逡逑３逦Ｓｉ０２／Ｆｅ逦（含有邋０．００７％０）逦１．５逡逑逦４逦娃酸盐邋／Ｆｅ邋（含有邋０．００７％０）逦０８５逦逡逑从表２．４可以看出，Ａｈ0３与铁液之间的表面张力最大，，Ｓｉ0２次之，娃酸盐与铁液逡逑之间的表面张力最低，这就很好地解释了其分离速度的顺序与之完全相同的现象，证明逡逑了表面张力对夹杂物的分离、上浮有很大的影响。逡逑２．３管线钢中夹杂物对钢性能的影响逡逑钢中的非金属夹杂物主要是指钢中的氧化物、硫化物、硅酸盐、铝酸盐和氮化物等。逡逑这些化合物通常不具有金属的性质，掺杂在钢的组织中，虽然为数很少，但对钢性能的逡逑影响不可忽视。有研究表明

夹杂物,钙处理,变形能力

（ａ）ＭｎＯ＾ＡｌｉＣＶＳｉＯ，逦Ｃｂ）ＣａＯ－Ａｌ；（＞３－Ｓｊ0ｓ逦焌“邮？逡逑图２．３邋Ｍｎ０－Ａｌ２０３＿Ｓｉ０２系和Ｃａ０－Ａｈ０３－Ｓｉ０２系夹杂物成分范围与变形能力之间的关系逡逑Ｆｉｇ．邋２．３邋Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｓｃｏｐｅ邋ａｎｄ邋ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ａｂｉｌｉｔｙ邋ｏｆ邋ＭｎＯ－Ａｈ0３－Ｓｉ0２邋ｓｙｓｔｅｍ邋ａｎｄ逡逑ＣａＯ－Ａｈ0３－Ｓｉ0２邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ逡逑对Ｃａ０－Ａｌ２０３－Ｓｉ０２三元复合夹杂来说，夹杂物成分范围与变形能力之间的关系见逡逑图２．３。图中区域①为不变形夹杂物区；区域②中的夹杂物为全部或部分晶体化区域；逡逑区域②中的夹杂物可以被分为两个熔融液相区，其中的一个具有很高的粘度；区域③中逡逑的夹杂物依条件的不同具有不同的变形能力。因而，在钙斜长石（ＣａＯＡｌ２ＣＶ２Ｓｉ０２）的逡逑周围，与鳞石英和假硅灰石（ＣａＯＳｉ０２）相邻的低熔点区具有良好的变形能力。逡逑－１６－逡逑
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF703

【参考文献】