發(fā)布時間：2020-04-09 11:41

【摘要】：鋼液鎂處理具有良好的夾雜物控制功能,開發(fā)適合于工業(yè)應用的鋼液鎂處理技術對于鋼材潔凈度和力學性能的控制具有重要意義。本課題結(jié)合課題依托鋼鐵廠寬厚板質(zhì)量提升的需求,以船板鋼為目標鋼種,在含鎂鋼液體系熱力學計算與分析的基礎上,通過鋼液鎂處理高溫熱態(tài)模擬實驗和工業(yè)化試驗,開發(fā)出了基于LD-LF(RH)-CC流程的鋼液鎂處理關鍵技術并應用于工業(yè)批量生產(chǎn),取得了顯著的鋼水潔凈度和夾雜物控制效果,為鋼液鎂處理技術的應用領域拓展打下了良好基礎。為指導鎂處理工藝技術開發(fā),首先開展了含鎂鋼液體系熱力學計算與分析,結(jié)果表明,Mg的脫氧能力極強,當鋼液中溶解鎂含量為0.001%時,溶解氧含量可以降至0.0002%左右。對于Fe-Mg-Al-O鋼液體系,存在MgO、MgO·Al2O3和Al2O3三個穩(wěn)定區(qū)域,控制鋼液中合適的溶解鎂含量,可實現(xiàn)非金屬夾雜物的變質(zhì)行為,這為鎂處理工藝技術的開發(fā)奠定了理論基礎。在熱力學計算的基礎上,開展了鋼液單獨鋁脫氧、單獨鎂脫氧和鋁脫氧后鎂處理熱態(tài)模擬實驗。鋁脫氧后鎂處理可有效將鋼中A1203夾雜變質(zhì)為Mg-Al-O夾雜;與單獨鋁脫氧相比,單獨鎂脫氧和鋁脫氧后鎂處理鋼中夾雜物數(shù)量顯著增加,粒度顯著降低,且分布更加集中于小尺寸夾雜物;非金屬夾雜物原位觀察結(jié)果表明,鋼液中Al2O3夾雜易于聚合生成大尺寸簇狀夾雜,而MgO和Mg-Al-O夾雜無明顯聚合行為,促使夾雜物以細小彌散化狀態(tài)分布。以FH40為目標鋼種的真空感應爐模擬實驗結(jié)果表明,經(jīng)過鎂處理,Al2O3夾雜可有效變質(zhì)為Mg-Al-O夾雜,呈細小彌散化特點分布,且隨著鎂處理強度的增加,變質(zhì)更加完全。在鎂處理熱態(tài)模擬實驗的基礎上,進一步開展了船板鋼鎂處理工業(yè)化試驗。金屬鎂以Mg-Al-Fe合金鐵包芯線形式喂入鋼水,喂線過程平穩(wěn),未出現(xiàn)鋼水噴濺和大翻等現(xiàn)象,可實現(xiàn)鋼水化學成分的穩(wěn)定控制并符合鋼種標準要求;與鈣處理工藝相比,鎂處理連鑄坯全氧含量顯著降低,潔凈度顯著提高;鋼中Al2O3夾雜充分變質(zhì)為鎂鋁尖晶石夾雜,粒度顯著降低。綜合熱態(tài)模擬實驗、真空感應爐半工業(yè)化實驗和工業(yè)試驗研究成果,針對BOF-LF(RH)-CC冶煉工藝,集成了包括鎂合金制備、鎂合金加入與鋼水成分協(xié)調(diào)控制在內(nèi)的鋼液鎂處理關鍵技術并應用于船板鋼工業(yè)化批量生產(chǎn)。結(jié)果表明,冶煉過程平穩(wěn)、鋼水成分控制穩(wěn)定、夾雜物呈細小彌散化分布,潔凈度控制達到歷史最佳水平,成品鋼板探傷合格率和彎曲測試合格率均為100%,屈服強度、拉伸強度、延伸率和沖擊功等力學性能均有不同程度改善。
【圖文】：

國內(nèi)關于船板鋼的生產(chǎn)主要集中在鞍鋼、濟鋼、新鋼、寶鋼、南鋼、重鋼、首鋼、逡逑邯鋼、沙鋼等鋼鐵企業(yè)，這些鋼鐵企業(yè)船板用鋼的產(chǎn)量占據(jù)了我國船板鋼總產(chǎn)量的逡逑５０％￣６０％，圖１．１是我國２０００？２０１５年度船板鋼產(chǎn)量情況。造船業(yè)對船板的需求量影響逡逑較大，受全球航運市場運力過剩的影響，船企訂單量持續(xù)下降，從２０１１年開始，船舶行逡逑業(yè)開工、完工船舶逐漸減少，船板需求量有所下降；雖然如此，除了邋２０１３年，我國船板逡逑鋼產(chǎn)量從２０１１年到２０１５年均維持在１０００萬噸以上。逡逑目前，我國船用鋼材的國產(chǎn)化率已經(jīng)超過９５％，船板鋼生產(chǎn)技術和質(zhì)量控制水平的逡逑提高大大促進了我國船舶制造業(yè)的發(fā)展。但從目前我國船板鋼綜合性能來看，，仍不能完逡逑全滿足造船業(yè)巨型化、多樣化、高技術化、工期縮短化及成本低廉化的要求，特別是高逡逑技術含量、高附加值的高級別船板還需要進口［ｗ］，例如滿足－６０°Ｃ低溫要求的Ｆ級高強逡逑３逡逑

（２）邋Ｆｅ－Ａｌ－Ｍｇ－０邋鋼液體系逡逑在Ａｌ２0３－ＭｇＯ二元相圖中，存在ＡＩ２Ｏ３、ＭｇＯＡｌ２0３和ＭｇＯ三相［５１１。李太全等［５２］逡逑計算了邋１８７３Ｋ條件下Ｘ１２０管線鋼鋼液體系中各相的穩(wěn)定區(qū)域，如圖１．５（ａ）所示，當Ｘ１２０逡逑管線鋼中溶解鋁為０．０２５％時，溶解鎂含量０．０００４６％＜Ｍ＇［Ｍｇ］＜０．００３３％鋼中會穩(wěn)定生成逡逑ＭｇＯ．Ａｈ0３。李雙江等［３３］計算了邋４０９Ｌ不繡鋼冶煉過程中ＡＩ２Ｏ３、ＭｇＯ．Ａｌ２0３和ＭｇＯ的逡逑穩(wěn)定生產(chǎn)區(qū)域，如圖１．５（ｂ）所示，當鋼液中鋁質(zhì)量分數(shù)為０．０４％，邋ｗ［Ｍｇ貸１．３Ｘ１０－８時，鋼逡逑液中可生成ＭｇＯＡｌ２0３夾雜物；ｗ［Ｍｇ仨９．７ｘ１０－７時，ＭｇＯ＿Ａｌ２0３開始轉(zhuǎn)變成為ＭｇＯ。逡逑沈龍飛［５４］和龔偉［５５］等人通過熱力學計算分別研究了冷鐓鋼和軸承鋼中鋁脫氧后鎂逡逑在鋼中的行為，并對鎂鋁合金復合脫氧的可行性進行了理論探討，結(jié)果均顯示在煉鋼溫逡逑度下，在鋼水溶解鋁含量范圍內(nèi)，微量鎂就可以穩(wěn)定生成鎂鋁尖晶石夾雜物。逡逑Ｉｔｏｈ邋Ｈ等［５６】運用吉布斯自由能最低原理估算了邋Ｍｇ－Ａｌ－０鋼液體系中脫氧產(chǎn)物的熱逡逑力學優(yōu)勢區(qū)域，如圖１．６（ａ）所示，并通過實驗進行了驗證，由于其在計算過程中采用了逡逑鋼液中元素間的相互作用系數(shù)，有效降低了二者間的偏差。ＦｕｊｉｉＫ等１５７］通過化學平衡直逡逑接測定了鎂鋁尖晶石ＭｇＯＡｌ２0３的活度
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U671.3;TF76

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本文編號：2620707