船板钢镁处理工艺技术开发与应用

摘要

钢液镁处理具有良好的夹杂物控制功能，开发适合于工业应用的钢液镁处理技术对于钢材洁净度和力学性能的控制具有重要意义。本课题结合课题依托钢铁厂宽厚板质量提升的需求，以船板钢为目标钢种，在含镁钢液体系热力学计算与分析的基础上，通过钢液镁处理高温热态模拟实验和工业化试验，开发出了基于LD-LF(RH)-CC流程的钢液镁处理关键技术并应用于工业批量生产，取得了显著的钢水洁净度和夹杂物控制效果，为钢液镁处理技术的应用领域拓展打下了良好基础。 为指导镁处理工艺技术开发，首先开展了含镁钢液体系热力学计算与分析，结果表明，Mg的脱氧能力极强，当钢液中溶解镁含量为0.001％时，溶解氧含量可以降至0.0002％左右。对于Fe-Mg-Al-O钢液体系，存在MgO、MgO·Al2O3和Al2O3三个稳定区域，控制钢液中合适的溶解镁含量，可实现非金属夹杂物的变质行为，这为镁处理工艺技术的开发奠定了理论基础。 在热力学计算的基础上，开展了钢液单独铝脱氧、单独镁脱氧和铝脱氧后镁处理热态模拟实验。铝脱氧后镁处理可有效将钢中Al2O3夹杂变质为Mg-Al-O夹杂;与单独铝脱氧相比，单独镁脱氧和铝脱氧后镁处理钢中夹杂物数量显著增加，粒度显著降低，且分布更加集中于小尺寸夹杂物;非金属夹杂物原位观察结果表明，钢液中Al2O3夹杂易于聚合生成大尺寸簇状夹杂，而MgO和Mg-Al-O夹杂无明显聚合行为，促使夹杂物以细小弥散化状态分布。以FH40为目标钢种的真空感应炉模拟实验结果表明，经过镁处理，Al2O3夹杂可有效变质为Mg-Al-O夹杂，呈细小弥散化特点分布，且随着镁处理强度的增加，变质更加完全。 在镁处理热态模拟实验的基础上，进一步开展了船板钢镁处理工业化试验。金属镁以Mg-Al-Fe合金铁包芯线形式喂入钢水，喂线过程平稳，未出现钢水喷溅和大翻等现象，可实现钢水化学成分的稳定控制并符合钢种标准要求;与钙处理工艺相比，镁处理连铸坯全氧含量显著降低，洁净度显著提高;钢中Al2O3夹杂充分变质为镁铝尖晶石夹杂，粒度显著降低。 综合热态模拟实验、真空感应炉半工业化实验和工业试验研究成果，针对BOF-LF(RH)-CC冶炼工艺，集成了包括镁合金制备、镁合金加入与钢水成分协调控制在内的钢液镁处理关键技术并应用于船板钢工业化批量生产。结果表明，冶炼过程平稳、钢水成分控制稳定、夹杂物呈细小弥散化分布，洁净度控制达到历史最佳水平，成品钢板探伤合格率和弯曲测试合格率均为100％，屈服强度、拉伸强度、延伸率和冲击功等力学性能均有不同程度改善。

目录

声明

摘要

1．1船板钢

1．1．1国外船板钢的发展

1．1．2国内船板钢的发展

1．1．3船板钢生产工艺

1．2钢中非金属夹杂物

1．2．1非金属夹杂物的来源

1．2．2非金属夹杂物的危害

1．3钢液镁处理研究现状

1．3．1镁的物理化学性质

1．3．2含镁钢液体系热力学研究现状

1．3．3镁对钢中夹杂物控制的研究现状

1．4课题的研究背景

1．5课题的主要研究内容

第2章钢液镁处理热力学研究

2．1计算原则及方法

2．2结果分析与讨论

2．2．1 Fe-Mg／Al／Ti／Si-O钢液体系

2．2．2 Fe-Mg-Al／Ti-O钢液体系

2．2．3 Fe-Mg-Ti-Al-O和Fe-Mg-Al-O-S钢液体系

2．3本章小结

第3章钢液镁处理模拟实验研究

3．1坩埚模拟实验

3．1．1实验方案

3．1．2实验结果与讨论

3．2真空感应炉模拟实验

3．2．1实验方案

3．2．2结果分析与讨论

3．3本章小结

第4章钢液镁处理工业试验研究

4．1镁的加入工艺

4．2工业试验方案

4．3结果分析与讨论

4．3．1钢水成分与洁净度控制效果

4．3．2非金属夹杂物控制效果

4．4本章小结

第5章钢液镁处理工艺技术集成与应用

5．1镁处理工艺技术集成

5．2镁处理集成工艺技术应用

5．2．1钢水成分与洁净度

5．2．2夹杂物控制效果

5．2．3成品板材力学性能

5．3本章小结

第6章结论

参考文献

致谢

攻读博士期间发表论文及获奖情况

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