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超纯铁素体不锈钢硅铝复合脱氧机理及夹杂物研究

李伟坚  
【摘要】:超纯铁素体不锈钢是现代铁素体不锈钢的发展方向,一般要求C+N150×10-6的极低间隙元素含量,且须加入钛、铌、铜、铝、钒等微量元素,以改善其性能。超纯铁素体不锈钢是较为理想的节约资源型环保材料,它不含对人体产生过敏的金属元素镍,其耐蚀性、焊接性能、韧性等显著高于普通铁素体不锈钢。 本研究基于冶金热力学基本原理,计算分析了439不锈钢中硅、铝含量与脱氧产物组成的关系,以及不同含Ti夹杂物的优势区图。同时,对现场439和443NT不锈钢铸坯样进行了夹杂物分析,结果表明,夹杂物以Al2O3-MgO-TiO2系复合夹杂物为主,且大部分处于Al2O3-MgO-TiO2相图的高熔点区。 基于热力学分析的基础上,在实验室条件下,模拟超纯铁素体不锈钢生产中AOD工位条件进行脱氧和喂线实验,考查了不同硅铝配比脱氧剂结合喂线工艺对钢液中氧含量和夹杂物的影响,最后分析了实验钢种的力学性能。 全氧含量的分析表明,从四组439不锈钢脱氧实验的对比中来看,在使用3#(Si/Al=0.71)脱氧剂脱氧时氧含量是最低,达到了0.0040%,其余脱氧效果依次为1#(Si/Al=1.78)、2#(Si/Al=2.59)和4#(FeSi75)。从四组443NT不锈钢脱氧实验的对比中来看,使用3#(Si/Al=0.71)脱氧剂脱氧时氧含量是最低为0.0047%,其余按脱氧效果排序依次为1#(Si/Al=1.78)、2#(Si/Al=2.59)和4#(FeSi75)。 从实验的精炼过程来看,439不锈钢和443NT不锈钢中夹杂物的平均尺寸、总个数、总面积是呈逐渐减小趋势的。从八炉终点试样的结果来看,终点试样的平均直径均小于2μm并且尺寸都相差不大,夹杂物直径小于2μm的比例都在使用3#(Si/Al=0.71)脱氧剂脱氧时是最大的。各组终点试样中夹杂物形貌基本都呈球形,成分大部分处于Al2O3-CaO-SiO2和Al2O3-CaO-SiO2-TiO2相图中相对熔点较低的区域,说明硅铝复合脱氧和喂钙线处理结合对夹杂物控制取得了积极的效果。 本研究测定了439和443NT两种不锈钢的抗拉强度、屈服强度和延伸率,发现除第二组数据由于试样的问题其数值比较低外,均符合ASTM标准,其中在使用3#(Si/Al=0.71)脱氧剂脱氧时的抗拉强度和屈服强度较好。 综合考虑氧含量以及夹杂物的形貌和成分,我们建议在超纯铁素体不锈钢生产中可以进行硅铝复合脱氧加钙处理的工艺技术尝试。


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