钛稳定超纯铁素体不锈钢硅铝复合脱氧及夹杂物演变实验研究

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超纯铁素体不锈钢具有优良的耐氯化物应力腐蚀、耐局部腐蚀和抗高温氧化性能,它不含或少含镍,价格成本低廉且稳定,成本和性能的双重优势为其应用打开了广阔的前景。由于在超纯铁素体不锈钢冶炼过程中加入各种合金导致铝、钛、氧、氮四种元素相互作用关系的复杂性,另外铝、钛和耐火材料及渣中的氧化镁也有相互作用,这样就导致了不锈钢中夹杂物成分和组成的复杂和控制难度的增加。根据超纯铁素体不锈钢的生产工艺,采用硅钼高温管式电阻炉在1873K下模拟了B445J1M钛稳定超纯铁素体不锈钢的精炼过程,实验采用不同wSi/wAl质量比(wSi/wAl=0、1、2.5、3.5、5)的硅铝合金进行脱氧,其后进行钛合金化和钙处理实验,结合热力学分析,获得了含钛超纯铁素体不锈钢硅铝复合脱氧及合金化各环节典型夹杂物组成、形貌及尺寸分布等信息,旨在为生产中改进脱氧工艺,提高夹杂物控制水平,改善超纯铁素体不锈钢成品质量提供参考数据。研究结果表明:由于Fe-Si-Al合金较纯Al在钢中停留时间长且合金中Al具有较高的比表面积,所以采用硅铝合金脱氧效果与纯铝相似,采用硅铝复合脱氧可节约一定铝加入量。硅铝复合脱氧后钢中氧含量主要取决于钢中铝含量。采用纯铝脱氧后,钢中典型夹杂物为MgO·Al2O3,即钢中加入Al会与钢中溶解Mg发生反应生成镁铝尖晶石类夹杂;采用Fe-Si-Al合金脱氧后,钢中典型夹杂物为MgO·Al2O3、Al2O3-SiO2、MgO·Al2O3-SiO2。钛合金化后,钢中典型夹杂物为Al2O3-TiOx(TiN)、 MgO·Al2O3-TiOx(TiN)、MgO·Al2O3-SiO2-TiN(TiOx)、TiN。钢中加入钛元素后,钛的氮、氧化物部分会以前期生成的脱氧夹杂物为核心析出,生成核壳结构的复合夹杂物。钙处理后,钙会与前期夹杂物中铝酸盐进行反应,最终会形成Ca-Mg-Al-Ti-O-N复合型夹杂物。钙处理后生成熔点低变形性较好的铝酸钙类夹杂物,同时也利于夹杂物上浮去除,通过钙处理后夹杂物数量和尺寸上均有减少。对比低铝低钛组和高铝高钛组实验结果可以发现:铝含量的增加(0.01%0.04%)对脱氧后夹杂物类型影响不大;随着钛含量的增大(0.05%0.12%),钢中TiN数量和尺寸均有所增大,且TiN为壳结构的夹杂物也增多。上述结论归纳了钛稳定超纯铁素体不锈钢在精炼各阶段中典型夹杂物的演变规律。本文同时针对钛稳定铁素体不锈钢中镁铝尖晶石类、含钛类夹杂物形成及钙对夹杂物变性处理进行了相关热力学理论上的分析计算,与实验结果吻合较好。为钛稳定超纯铁素体不锈钢中典型夹杂物形成提供参考。
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