基本介紹
- 中文名：矽鎮靜鋼和鋁鎮靜鋼
- 屬性：金屬材料
基本信息,矽鎮靜鋼,矽鋁鎮靜鋼,
基本信息
根據脫氧程度不同，模鑄時分為：①沸騰鋼；②半鎮靜鋼；③鎮靜鋼。
而連鑄時，基本為鎮靜鋼，根據鋼種和產品質量，脫氧分為3種模式：
①矽鎮靜鋼（用Si+Mn脫氧）；
②矽鋁鎮靜鋼（Si+Mn+少量Al脫氧）；
③鋁鎮靜鋼（用過剩Al>0.01%）。
而連鑄時，基本為鎮靜鋼，根據鋼種和產品質量，脫氧分為3種模式：
①矽鎮靜鋼（用Si+Mn脫氧）；
②矽鋁鎮靜鋼（Si+Mn+少量Al脫氧）；
③鋁鎮靜鋼（用過剩Al>0.01%）。
矽鎮靜鋼
用Si+Mn脫氧，形成的脫氧產物有：①純SiO2(固體)；②MnO·SiO2（液體）；③MnO·FeO（固溶體）。
對於矽鎮靜鋼，控制Mn/Si，使其天生液態的MnO·SiO2，鋼水可澆性好，但與Si、Mn相平衡的[O]D較高（（40～60）×10-6），在結晶器內鋼水凝固時易天生皮下針孔或氣泡，影響鑄坯質量。
採用Si+Mn脫氧後，使鋼水可澆性好（不堵水口），又不使鑄坯產生針孔或皮下氣泡，要控制鋼水中溶解氧[O]D在（10～20）×10-6。
對於含碳較高的矽鎮靜鋼（如高碳硬線鋼、彈簧鋼），為避免Al2O3夾雜的有害作用，一般不加鋁脫氧，而是用低鋁的鐵合金脫氧，鋼水中的酸溶鋁[Al]s極低（<0.002%），則鋼中溶解氧[O]D較高。為降低鋼中[O]D，在LF精煉採用白渣操縱+氬氣攪拌，鋼渣精煉擴散脫氧，既能把鋼水中[O]D降到<20×10-6,也能有效地脫硫（[S]<0.01%）。
矽鎮靜鋼（C0.29%,Mn0.8%～1.2%,Si0.15%～0.40%）,LF精煉後鋼水中[O]D與水口堵塞和針孔的關係可知：
鋼水中[O]D控制在（10～20）×10-6，既可防止水口堵塞，鑄坯又無皮下氣孔天生。但鋼水中[O]D<10×10-6，水口堵塞的可能性增加，因此應控制好：
（1）合適的Mn/Si
① Mn/Si低時形成SiO2夾雜，增加了水口堵塞的可能性；
② Mn/Si高（>2.5）時天生典型的MnO·SiO2（MnO54.1%,SiO245.9%），夾雜物輕易上浮。
（2）鐵合金中鋁含量。假如鐵合金中帶進的鋁使鋼水中[Al]s>0.003%,就會形成固態Al2O3。
（3）控制LF白渣精煉時間，減少MnO·Al2O3天生。
矽鋁鎮靜鋼
僅用Si+Mn脫氧，鑄坯易形成皮下針孔，除採用LF白渣精煉降低鋼中[O]D外，還可用Si+Mn+少量鋁脫氧。但假如既要保持連鑄的可澆性又要防止鑄坯產生皮下針孔，套用Si+Mn+少量鋁脫氧，形成的脫氧產物可能有：①薔薇輝石（2MnO·2Al2O3·5SiO2）；②錳鋁榴石（3MnO·Al2O3·3SiO2）；③純（Al2O3>25%）。
要把夾雜物成分控制在相圖中錳鋁榴石的陰影區，這樣就可達到：①夾雜物熔點低（1400℃），球形易上浮；②熱軋時夾雜物可塑性好（800～1300℃）；③錳鋁榴石夾雜物中Al2O3接近20%左右，變形性最好；④無單獨Al2O3的析出，鋼水可澆性好，不堵水口；⑤脫氧良好，不天生氣孔。
理論計算指出，在鋼中Si=0.2%，Mn=0.4%，溫度為1550℃條件下，若鋼中酸溶鋁[Al]s≤0.005%，則鋼中[O]<20×10-6,天生錳鋁榴石而無Al2O3析出，鋼水可澆性好，鑄坯又不產生皮下氣孔。這對連鑄生產是非常重要的。對於高碳硬線鋼，用Si+Mn脫氧控制好鋼中的[Al]s來得到易變形的錳鋁榴石而防止脆性Al2O3夾雜析出，這對於防止拉拔脆斷是非常重要的。
鋁鎮靜鋼
對於中低碳細晶粒鋼，要求鋼中酸溶鋁[Al]s≥0.01%；對於低碳鋁鎮靜鋼，為改善薄板深沖性能，要求鋼中[Al]s=0.02%～0.05，為此要求用過剩鋁脫氧。這樣，需要解決兩個題目。
（1）加鋁方法
如何把鋁加到鋼水中達到目標值，且鋁的回收率儘可能高。
（2）如何避免Al2O3夾雜的有害作用
對於加鋁方法，將一部法加鋁改為兩部法加鋁：
①出鋼時加鋁量脫除鋼水中超出C—O平衡的過剩氧量：
②精煉加鋁量為脫除C相平衡的氧+目標鋁含量（餵鋁線）。
鋼水中與酸溶鋁[Al]s相平衡的[O]D很低，為（2～6）×10-6，脫氧產物全部為Al2O3，其害處是：①Al2O3熔點高（2050℃），鋼水中呈固態；②可澆性差，堵水口；③Al2O3可塑性差，不變形，影響鋼材性能，尤其是深沖薄板的表面缺陷。
為此，採用鈣處理（餵Si-Ca線或Ca線）來改變Al2O3形態。
（1）加鋁較少，[Al]s較低，採用輕鈣處理
輕鈣處理後天生鈣長石CaO·Al2O3·2SiO2(CaO20%～25%,Al2O337%,SiO244%)或鈣黃長石2CaO·Al2O3·SiO2（CaO40%,Al2O337%,SiO222%）。希看把夾雜物成分控制在CaO-SiO2-Al2O3相圖中的陰影區。夾雜物鈣長石熔點低（1200～1400℃），在鋼液中易上浮，可澆性好，不堵水口；熱軋時夾雜物易變形不會發生拉拔脆斷現象。
（2）加鋁較多，[Al]s較高，採用重鈣處理
溶解鈣與鋼水中固相Al2O3天生不同組成的鋁酸鈣（CaO-Al2O3）夾雜，CaO和Al2O3天生五個中間相，其組成與熔點見表2。應控制鋼中鈣含量，避免天生中間相CA6、CA2、CA而天生液相的12CaO·7Al2O3，有利於夾雜物上浮，也能夠防止水口堵塞。
天生的鋁酸鈣夾雜中富集CaO，具有高的硫容量，能吸收足夠的硫，當鋼水凝固時，夾雜物中硫的溶解度降低，硫化物沉澱形成中心為鋁酸鈣CaO-Al2O3,外殼為CaS的雙相夾雜。
鋼中加進的Ca除與反應外，還能與硫反應天生CaS。CaS也會引起水口堵塞。為進步鈣處理轉變Al2O3為12CaO·7Al2O3的效率，應控制鋼水中的硫含量小於0.01%。若S=0.010%～0.015%，鈣處理後有CaS天生；S=0.030%～0.040%時，鈣處理首先天生CaS，CaS堵塞水口嚴重。
鈣處理鋁鎮靜鋼，判定鋼水中Al2O3向球化轉變的指標，文獻中有不同的說法：①Ca/Al>0.14；②Ca/T[O]=0.7～1.2。
對於鋁鎮靜鋼，鈣處理後：①解決了可澆性，不堵水口；②夾雜物易上浮往除；③消除了Al2O3不變形夾雜物對鋼性能的有害作用。
（1）加鋁方法
如何把鋁加到鋼水中達到目標值，且鋁的回收率儘可能高。
（2）如何避免Al2O3夾雜的有害作用
對於加鋁方法，將一部法加鋁改為兩部法加鋁：
①出鋼時加鋁量脫除鋼水中超出C—O平衡的過剩氧量：
②精煉加鋁量為脫除C相平衡的氧+目標鋁含量（餵鋁線）。
鋼水中與酸溶鋁[Al]s相平衡的[O]D很低，為（2～6）×10-6，脫氧產物全部為Al2O3，其害處是：①Al2O3熔點高（2050℃），鋼水中呈固態；②可澆性差，堵水口；③Al2O3可塑性差，不變形，影響鋼材性能，尤其是深沖薄板的表面缺陷。
為此，採用鈣處理（餵Si-Ca線或Ca線）來改變Al2O3形態。
（1）加鋁較少，[Al]s較低，採用輕鈣處理
輕鈣處理後天生鈣長石CaO·Al2O3·2SiO2(CaO20%～25%,Al2O337%,SiO244%)或鈣黃長石2CaO·Al2O3·SiO2（CaO40%,Al2O337%,SiO222%）。希看把夾雜物成分控制在CaO-SiO2-Al2O3相圖中的陰影區。夾雜物鈣長石熔點低（1200～1400℃），在鋼液中易上浮，可澆性好，不堵水口；熱軋時夾雜物易變形不會發生拉拔脆斷現象。
（2）加鋁較多，[Al]s較高，採用重鈣處理
溶解鈣與鋼水中固相Al2O3天生不同組成的鋁酸鈣（CaO-Al2O3）夾雜，CaO和Al2O3天生五個中間相，其組成與熔點見表2。應控制鋼中鈣含量，避免天生中間相CA6、CA2、CA而天生液相的12CaO·7Al2O3，有利於夾雜物上浮，也能夠防止水口堵塞。
天生的鋁酸鈣夾雜中富集CaO，具有高的硫容量，能吸收足夠的硫，當鋼水凝固時，夾雜物中硫的溶解度降低，硫化物沉澱形成中心為鋁酸鈣CaO-Al2O3,外殼為CaS的雙相夾雜。
鋼中加進的Ca除與反應外，還能與硫反應天生CaS。CaS也會引起水口堵塞。為進步鈣處理轉變Al2O3為12CaO·7Al2O3的效率，應控制鋼水中的硫含量小於0.01%。若S=0.010%～0.015%，鈣處理後有CaS天生；S=0.030%～0.040%時，鈣處理首先天生CaS，CaS堵塞水口嚴重。
鈣處理鋁鎮靜鋼，判定鋼水中Al2O3向球化轉變的指標，文獻中有不同的說法：①Ca/Al>0.14；②Ca/T[O]=0.7～1.2。
對於鋁鎮靜鋼，鈣處理後：①解決了可澆性，不堵水口；②夾雜物易上浮往除；③消除了Al2O3不變形夾雜物對鋼性能的有害作用。
