弹簧钢精炼渣系优化及其去除夹杂物的机理研究

摘要

60Si2Mn弹簧钢是我国使用最广泛的弹簧钢种，减少钢液中的夹杂物或对夹杂物进行变性处理，使夹杂物变成对钢材危害较小的可塑性夹杂物，是提高弹簧钢疲劳性能的重要途径。本文利用FactSage7.0软件对60Si2Mn钢与CaO-Al2O3-SiO2-MgO渣之间的平衡反应热力学进行计算，对精炼渣成分和钢液中[O]、[Al]、[Ca]、[Mg]平衡关系进行分析，同时对钢液中可能析出的夹杂物进行热力学计算，并通过渣-钢平衡实验进行验证。结果表明:
　　将CaO-SiO2-Al2O3-MgO中的w(SiO2)控制在30％以下，w(CaO)/w(Al2O3)比控制在1.2～2.0之间，可以将溶解氧含量控制在10ppm以下;钢样中等圆直径小于10μm的夹杂物控制在87％以上，而小于4μm的夹杂物在50％以上;钢液中Al2O3夹杂会变性成3Al2O3-2SiO2，但难以进一步转变成低熔点夹杂物CaO-Al2O3-2SiO2，主要原因是精炼渣中还原出来的[Ca]不足以使Al2O3完全变性，须采用向钢液喂钙线等手段来提高钢液中[Ca]含量，另外，热力学计算表明[Ca]含量的控制与钢液中[O]、[Al]含量有关。
　　另外，为了更深入研究和揭示熔渣吸收夹杂物的机理，本研究还对熔渣的理化性能及界面特性进行了实验分析，同时采用卧底法研究了熔渣与弹簧钢之间的润湿效应。熔渣中w(CaO)/w(Al2O3)的升高和w(SiO2)/％的降低对熔渣粘度的降低均起着促进作用，但当熔渣中w(SiO2)/％降低到一定程度时，效果不甚明显。比较渣-钢界面张力与钢中T.[O]的关系发现，渣-钢界面张力越大，钢液中的T.[O]越小。

目录

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摘要

第1章 文献综述

1．1 弹簧钢的生产现状

1．1．1 国内外弹簧钢的发展现状

1．1．2 弹簧钢的生产质量要求

1．1．3 弹簧钢的发展趋势

1．2 精炼渣对弹簧钢中夹杂物的影响

1．2．1 弹簧钢中夹杂物的来源

1．2．2 弹簧钢中夹杂物的研究现状

1．3 精炼渣理化性能及渣-钢界面特性研究现状

1．3．1 精炼渣理化特性的研究现状

1．3．2 渣-钢界面性质的研究现状

1．4 选题背景及研究内容

1．4．1 选题背景

1．4．2 研究内容

第2章 60Si2Mn精炼过程中渣-钢液-夹杂物平衡的热力学计算

2．1 四元渣系中MgO的含量

2．2 热力学计算条件

2．3 60Si2Mn弹簧钢精炼过程渣-钢平衡的热力学计算

2．3．1 等氧线

2．3．2 等铝线

2．3．3 等钙线

2．3．4 等镁线

2．4 60Si2Mn弹簧钢精炼过程夹杂物平衡的热力学分析

2．4．1 MnS夹杂物析出热力学分析

2．4．2 60Si2Mn弹簧钢精炼过程低熔点夹杂物析出分析

2．5 本章小结

第3章 精炼渣对60Si2Mn弹簧钢中氧含量和夹杂物的影响研究

3．1 60Si2Mn弹簧钢的脱氧实验设计

3．1．1 实验原料

3．1．2 精炼渣系的设计

3．1．3 钢液中溶解氧的测定

3．2 精炼渣与钢中氧含量的分析

3．2．1 精炼渣与氧含量的关系

3．2．2 终渣氧化性与[O]关系分析

3．3 钢中夹杂物分析

3．3．1 夹杂物数量和尺寸统计分析

3．3．2 夹杂物形貌及成分分析

3．4 本章小结

第4章 精炼渣理化性能优化及界面特性研究

4．1 精炼渣理化性能及界面特性研究方法

4．1．1 高温熔体物性检测

4．1．2 渣-钢润湿性能检测

4．2 精炼渣物理化学性能研究及分析

4．2．1 w(CaO)／w(Al2O3)对精炼渣理化性能的影响

4．2．2 w(SiO2)／％对精炼渣理化性能的影响

4．3 渣-钢界面张力及界面特性研究

4．3．2 w(SiO2)／％对优化精炼渣界面特性的影响

4．3．3 渣-钢界面张力的计算

4．4 精炼渣吸收夹杂物的机理分析

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目