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本文利用氧化物冶金的技术思想研究钢中的夹杂物,通过不同合金组合复合脱氧,以获得有利于发挥氧化物冶金技术优势的夹杂物类型和分布。论文系统地讨论了1873K下脱氧后钢中Ti-O、Mg-O、Ti-Al-O体系、Mg-Al-O体系、Ti-Mg-O体系以及Ti-Mg-Al-O体系氧化物在钢液凝固过程中竞相析出规律。在实验室的感应炉内进行了不同合金组合脱氧的高温熔炼实验,利用扫描电镜、能谱分析和图像分析软件等手段,对不同合金脱氧的试样中夹杂物的形貌、组成和尺寸分布进行了分析。
根据热力学计算,在1873K时Fe-Ti-Al-O体系中,当钢液中a[Ti]/a[Al]比大于10时,钢中才能生成钛的氧化物,并且只有当钢液中a[Ti]＞0.69时,钢中才产生Ti2O3夹杂物,当钢液中a[Ti]/a[Al]比大于6.3时,钢中开始形成铝钛的复合氧化物。在1873K时Fe-Mg-Al-O体系中,当钢中存在溶解Mg时,钢中几乎不会存在单独的Al2O3夹杂,当a[Ti]为0.02时,a[Mg]在3.67×10-5～4.64×10-4范围内,产生的夹杂物为MgO·Al2O3,当a[Mg]＞4.64×10-4时,钢中就可能会产生单个的氧化镁夹杂物;Fe-Ti-Mg-O体系中,在镁含量极低的情况下,也很容易生成镁钛的复合夹杂物,镁含量高一点就可以生成MgO夹杂物。在1873K时Fe-Ti-Mg-Al-O体系中,[％Mg]=0.0003,当[％Ti]＞0.1时,有Ti2O3形成。当[％Ti]＜0.1、[％Al]＞0.08时,可形成MgAl2O4复合夹杂物,其生成范围随着钛含量的减少而增加。要形成MgTi2O4复合夹杂物就必须把铝含量控制在0.08％以下,并且要适当的调节钛的含量。经Al-Mn-Si-Ti-Mg复合脱氧剂脱氧的钢中非金属夹杂物主要为Mg2TiO4-MgTi2O4-MgAl2O4复合尖晶石夹杂,随着钢中铝含量的增加,复合尖晶石类夹杂物由Mg-Ti-O系转变为Mg-Al-O系。
实验结果表明:钢中存在的Mn与S可产生大量链状的MnS,钢中单位面积内夹杂物剧增,单个的MnS一般都是在氧化物的表面析出;Al对Ti-Mg合金复合脱氧钢的夹杂物组成有很大的影响,铝的增加,急剧地增加了钢中夹杂物的数目(当铝含量由0.023％增加到0.072％,单位面积内夹杂物由2318个/mm2增加到4924个/mm2),铝的加入增加了MnS和镁铝尖晶石,以及MnTi2O4的数量;Mg含量对Al-Ti-Mg合金脱氧钢的影响主要表现在,镁含量的增加有效地改变了Al-Ti-Mg合金脱氧钢中夹杂物的分布与形貌,使夹杂物均匀的分布于钢中,钢中含铝夹杂物明显减少,取而代之的是单个的MgO和Mg-Ti-O复合氧化物夹杂;当Mg含量较高时(例如:[％Ti]=0.138,[％Mg]=0.0041),钢中产生的氧化物主要为MgO和Ti-Mg-O复合氧化物,产生的硫化物有MnS和MgS,夹杂物主要粒度分布区间从小于0.5μm转变为0.5～1.0μm,并且夹杂物在1.0～2.0μm区间内也占有很大比例,为31.7％,夹杂物尺寸大于3.0μm的为0.7％,合理的Ti、Mg含量比可以有效的抑制夹杂物的长大,且夹杂物均匀地分布于钢中。