净化剂对轴承钢中全氧及夹杂物的影响

摘要

轴承钢是特殊钢中最具代表性的钢种之一，它被广泛应用于机械制造、铁路运输、汽车制造和国防工业等领域，其质量很大程度上决定了机械产品的精度、性能、寿命与运行的可靠性。由于对钢中全氧质量分数要求较高，轴承钢一般采用Al脱氧，但Al脱氧会生成大量Al2O3夹杂物，该夹杂物硬脆且易在钢中聚合形成簇状夹杂物，一旦不能上浮完全残留钢中该类型夹杂物在轧制过程中会破碎成链状严重恶化轴承钢的性能。
　　本研究依据渣洗工艺和气泡冶金的原理，在实验室条件下通过向钢液中加入预熔12CaO·7Al2O3净化剂和CaCO3质起泡剂并观察其效果。通过相关的实验及分析得到以下结论：⑴现场电渣重熔生产G20CrNi2Mo轴承钢全氧质量分数为20×10-6;金相结果显示，铸锭样中夹杂物平均尺寸控制在1.99μm;电镜结果显示铸锭中夹杂物以Al2O3和含少量MgO的镁铝尖晶石为主，此外，发现少量单独MnS夹杂物以及MnS复合镁铝尖晶石夹杂物。⑵实验加入预熔12CaO·7Al2O3净化剂对钢液中的全氧、夹杂物数量、面积以及尺寸分布都起到了改善作用。小颗粒净化剂能够起到更好地净化作用，但净化剂粒度过小会滞留钢中成为大颗粒夹杂物;增加净化剂加入量能够提高净化效果。⑶计算表明CaCO3在钢液中的开始分解温度远低于现场精炼温度，向钢液中加入起泡剂生成CO2气泡在原理上是可行的;计算表明，CaCO3分解生成的CO2气泡尺寸与CaCO3粉末的尺寸存在着线性关系，可以通过控制加入钢液中CaCO3粉末的尺寸来控制生成气泡的尺寸。⑷向钢液中加入起泡剂能够起到去除夹杂物的作用，加入起泡剂后钢中夹杂物平均尺寸从1.6μm左右降到1.3μm左右，夹杂物面积分数从0.03％以上降至0.025％左右;但起泡剂粒度过小时其分解后的CaO颗粒会滞留钢中成为大型夹杂物。⑸电镜分析表明无论是净化剂还是起泡剂的加入都不会对钢中夹杂物的成分和类型产生影响，净化剂和起泡剂去除夹杂物的方式主要是物理吸附。⑹实验用MgO坩埚对钢液中的夹杂物产生了影响，使钢液中出现了镁铝尖晶石夹杂物和MgO夹杂物，精炼渣会加速MgO坩埚对夹杂物的影响，所有加精炼渣的炉次终点样中夹杂物都以球形MgO夹杂物为主。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 轴承钢发展概述

1．2．1 提高轴承钢的质量

1．2．2 新型轴承钢开发

1．3 国内外轴承钢生产工艺

1．3．1 轴承钢生产的三种工艺流程

1．3．2 国外轴承钢生产工艺

1．3．3 国内轴承钢生产工艺

1．4 轴承钢中的非金属夹杂物及其危害

1．4．1 非金属夹杂物的来源

1．4．2 非金属夹杂物的分类

1．4．3 非金属夹杂物对轴承钢疲劳寿命的影响

1．5 轴承钢中非金属夹杂物的控制

1．5．1 精炼渣处理

1．5．2 气体搅拌

1．5．3 过滤器

1．5．4 夹杂物变性处理

1．6 渣洗

1．6．1 脱氧

1．6．2 脱硫

1．6．3 夹杂物去除

1．7 气泡冶金

1．7．1 中间包气幕挡墙

1．7．2 加压减压法

1．7．3 气泡去除钢液中夹杂物的机理

1．8 G20CrNi2Mo轴承钢简介

1．9 课题的研究意义和内容

第2章 抚钢电渣重熔轴承钢夹杂物控制水平

2．1 轴承钢成分及生产工艺

2．2 轴承钢中夹杂物金相分析

2．3 轴承钢中夹杂物电镜分析

2．4 本章小结

第3章 净化剂对轴承钢中全氧和夹杂物的影响

3．1 实验目的和内容

3．2 实验设备

3．3 实验方案和步骤

3．3．1 实验炉次安排

3．3．2 实验材料

3．3．3 实验步骤

3．3．4 试样处理

3．4 精炼终点钢中成分及顶渣成分变化

3．4．1 精炼终点钢中Al、S元素质量分数

3．4．2 精炼终点顶渣成分

3．5 净化剂对轴承钢中全氧和夹杂物的影响

3．5．1 精炼过程全氧质量分数的变化情况

3．5．2 试样中夹杂物的金相统计结果

3．5．3 精炼过程及终点试样中夹杂物的形貌和成分分析

3．6 净化剂净化效果及粒度和用量对净化效果的影响

3．6．1 净化剂净化效果

3．6．2 净化剂净化机理分析

3．6．3 净化剂粒度对净化效果的影响

3．6．4 净化剂用量对净化效果的影响

3．7 本章小结

第4章 起泡剂对轴承钢中全氧及夹杂物的影响

4．1 实验目的

4．2 CaCO3分解热力学计算

4．2．1 CaCO3的分解温度

4．2．2 CO2气泡尺寸与CaCO3粉末粒度的关系

4．3 实验方案

4．4 起泡剂对轴承钢中全氧和夹杂物的影响

4．4．1 精炼过程全氧质量分数的变化情况

4．4．2 试样中夹杂物的金相统计结果

4．4．3 精炼过程及终点试样中夹杂物的形貌和成分分析

4．5 起泡剂的净化效果

4．5．1 起泡剂净化效果

4．5．2 起泡剂净化机理分析

4．6 MgO坩埚对实验的影响

4．6．1 MgO坩埚对精炼渣成分的影响

4．6．2 MgO坩埚对钢液中夹杂物的影响

4．7 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

作者简介

论文包含图、表、公式及文献