高碳硬线钢82B中Al2O3-SiO2-MgO-CaO-MnO系夹杂物塑性化控制

D01:10.13374/i.issnl001053x.2010.06.018 第32卷第6期 北京科技大学学报 Vol32 No 6 2010年6月 Journal ofUniversity of Science and Techno pgy Beijing Jun 2010 高碳硬线钢82B中AQ-SiO-MO-CaO-MnO系 夹杂物塑性化控制 柴国强王福明)付军1引李长荣) 1)北京科技大学治金与生态工程学院。北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 3)新余钢铁股份有限公司，新余3380014)北京科技大学生态与循环治金教有部重点实验室，北京100083 摘要分析了高碳硬线钢82在治炼过程中复合夹杂物钢液-渣及耐火材料局部动态平衡反应过程及M口S和A脱氧 条件下夹杂物成分变化规律.利用热力学计算软件Fac Sagej进一步计算分析了硬线钢获得良好变形能力的A!Q-S,- M)CO-MO五元系夹杂物所需要的条件：钢液中【A1的质量分数控制在(25~100)×10一时，相应地钢液中溶解[Q的质 量分数可以控制在(5~20)×10.在低熔点区域内，【Sj的质量分数可以控制在Q1%~1%:[M円的质量分数控制在 0%~1%. 关键词高碳钢：线林：夹杂物：变形能力：热力学计算：活度 分类号TF7036 Defom ability control ofAlO-SiO -M8O-CaO-Mno system inclusions n high carbon hard w ire82 B steel CHAIGuo qiang WANG Fum ing.4 FU Jun).LI Chang rong) 1)SchoolofMemlgcal and Ecobgical Engneering Universit of Science and Technopgy Be ijng Beijing 100083 Chna 2)ShoolofMaterals Science and Engmeerng Universit of Scence and Technopgy Beijng Beijirg 100083 China 3)Xiyu Iran SteelGroup Co Ld,Xinyu 338001 China 4)Key Lab of heMnistr of Educa tin ofChina for Ecobgic&RecycleMetlurgy University of Science ad Technopgy Beijng Beijing 100083 Chna ABSTRACT Local dynamic equilibrim reaction process pr the reactons invoving comp lex inc usions molten steel slag and re fractory materals in seem a ng ofh gh carbon hard wire 82B steelmeltwas sudied and he compositpnal varation of the inc usions usngMn Si and Al deoxilation was discussed The fom ation condition of plastic ncluspns pr he A]O-S0M)-CaOMrO sys tem was cakulated and analyzed by he hemodynamic sofware Facsage The results reveal that the mass fractons of A and[O inmolen steel are contolled at 25X106 p100X 10-6 and 5X 106 p20X10-respectivey In the pw meltng point one he m ass fraction ofSi is contolled ato 1%1 and thatofMn ata 2%to1%. KEY WORDS high carbon seel wires incus ions depmability hemodynam ic cakculatian activity 用于桥梁缆线、机械装置等的高碳硬线钢要 夹杂物山.通过控制夹杂物的成分以形成低熔点 求具有优良的拉拔性能和拉拔后的抗疲劳性能. 的塑性夹杂物是减少硬质夹杂物危害的重要途 高碳钢盘条中的硬质非金属夹杂物对冷拉过程中 径2.高碳硬线钢在钢包精炼过程中，通过渣- 的断丝或硬线制品的抗疲劳性能有重要的影响， 钢精炼控制炉渣成分来影响和控制钢液中A!Ca 这就要求高碳硬线钢中应尽可能减少硬质非金属 和O的含量，进而实现对夹杂物成分的控制.在以 收稿日期：2009-10-12 基金项目：国家自然科学基金资助项目(NQ50874007片北京市教有委员会共建项目专项资助 作者简介：柴国强(1983-)，男，项士研究生：王福明(196-)，男，教授，博士生导师，Em时wang iming@meum

第 32卷 第 6期 2010年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.6 Jun.2010 高碳硬线钢 82B中 Al2O3 --SiO2 --MgO--CaO--MnO系 夹杂物塑性化控制 柴国强 1, 4) 王福明 1, 4 ) 付 军 1, 3) 李长荣 2 ) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 2) 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083 3) 新余钢铁股份有限公司, 新余 338001 4) 北京科技大学生态与循环冶金教育部重点实验室, 北京 100083 摘 要 分析了高碳硬线钢 82B在冶炼过程中复合夹杂物-钢液-渣及耐火材料局部动态平衡反应过程及 Mn、Si和 Al脱氧 条件下夹杂物成分变化规律.利用热力学计算软件 FactSage进一步计算分析了硬线钢获得良好变形能力的 Al2O3 -SiO2 - MgO--CaO--MnO五元系夹杂物所需要的条件:钢液中 [ Al] 的质量分数控制在 ( 25 ～ 100) ×10 -6时, 相应地钢液中溶解[ O]的质 量分数可以控制在 ( 5 ～ 20) ×10 -6.在低熔点区域内, [ Si]的质量分数可以控制在 0.1% ～ 1.5%;[ Mn]的质量分数控制在 0.2% ～ 1%. 关键词 高碳钢;线材;夹杂物;变形能力;热力学计算;活度 分类号 TF703.6 DeformabilitycontrolofAl2O3 -SiO2 -MgO-CaO-MnOsystem inclusionsinhigh carbonhardwire82Bsteel CHAIGuo-qiang1, 4) , WANGFu-ming1, 4) , FUJun3) , LIChang-rong2) 1) SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China 2) SchoolofMaterialsScienceandEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China 3) XinyuIron＆SteelGroupCo.Ltd., Xinyu338001, China 4) KeyLaboftheMinistryofEducationofChinaforEcologic＆ RecycleMetallurgy, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China ABSTRACT Localdynamicequilibriumreactionprocessforthereactionsinvolvingcomplexinclusions, moltensteel, slagandre￾fractorymaterialsinsteelmakingofhighcarbonhardwire82Bsteelmeltwasstudiedandthecompositionalvariationoftheinclusions usingMn, SiandAldeoxidationwasdiscussed.TheformationconditionofplasticinclusionsfortheAl2O3-SiO2 -MgO-CaO-MnOsys￾temwascalculatedandanalyzedbythethermodynamicsoftwareFactSage.Theresultsrevealthatthemassfractionsof[ Al] and[ O] inmoltensteelarecontrolledat25 ×10 -6 to100 ×10 -6 and5 ×10 -6 to20 ×10 -6 , respectively.Inthelow-meltingpointzone, the massfractionofSiiscontrolledat0.1% to1.5% andthatofMnat0.2% to1%. KEYWORDS highcarbonsteel;wires;inclusions;deformability;thermodynamiccalculation;activity 收稿日期:2009--10--12 基金项目:国家自然科学基金资助项目 ( No.50874007 );北京市教育委员会共建项目专项资助 作者简介:柴国强 ( 1983— ), 男 , 硕士研究生;王福明 ( 1963— ), 男, 教授, 博士生导师, E-mail:wangfuming@metall.ustb.edu.cn 用于桥梁缆线 、机械装置等的高碳硬线钢要 求具有优良的拉拔性能和拉拔后的抗疲劳性能. 高碳钢盘条中的硬质非金属夹杂物对冷拉过程中 的断丝或硬线制品的抗疲劳性能有重要的影响, 这就要求高碳硬线钢中应尽可能减少硬质非金属 夹杂物 [ 1] .通过控制夹杂物的成分以形成低熔点 的塑性夹杂物是减少硬质夹杂物危害的重要途 径 [ 2--4] .高碳硬线钢在钢包精炼过程中, 通过渣 -- 钢精炼控制炉渣成分来影响和控制钢液中 Al、Ca 和 O的含量, 进而实现对夹杂物成分的控制.在以 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.06.018

第6期 柴国强等：高碳硬线钢82B中A!O-SD,-MO-CO-MO系夹杂物塑性化控制 731° 往文献【15-6]中，绝大多数是分别计算C) 系夹杂物析出进行热力学计算与分析，讨论了高 S0-A1O、S0-A1O-M0和C0-S0- 碳硬线钢中获得具有良好变形能力的夹杂物的热 A!Q-MO三元或四元系夹杂物组成与钢液成分 力学条件. 之间的关系以控制夹杂物的成分，但这与国内多 1热力学分析夹杂物形成条件 家工厂生产的高碳盘条中五元系CO-MO-MO SO-A!O夹杂物有一定的差别.本文在实际调 某钢厂生产高碳钢盘条的工艺流程为：铁水脱 查高碳盘条中夹杂物成分的基础上分析了形成五 疏→转炉治炼→M口S和A哈金终脱氧→F精 元系夹杂物的热力学条件，并利用热力学软件 炼→连铸连轧.在炼钢过程中主要的脱氧反应和相 FacSag?y对钢液-夹杂物-渣（耐火材料）达到 应的平衡常数如表1所示，其脱氧产物为AQ、 的局部平衡中A!Q-CO-S0-M)-MO五元 SO和MQ 表1化学反应和平衡常数山 Table Chemical reac tions and equilibrim constant 反应式 平衡常数 序号 1A+39=(AO)夹黎 5g=K明u吗 (1) 【9+19=(S0)夹来 8=K8需 (2) IMg+【g=(MO, Mo=K An3o (3) 2(MO)附火村料或造+1S月=(S)夹杂或造+21M等 K= 「8阳 1520-1696 T (4) 【M得+[9=(MO)夹黎 K= g司 =4700+428 (5) 2(A1O)附火材料+31Sj=3(S0)夹杂或益十4A 。= 0 1620000-196 (6 1A】+319=(A503)夹条 K= Abog 453000-11.62 T (7) (M8O+(ALO)=(Mg AI Q) MLO4 1860+011 (8) Mo Aba 由于高碳硬线钢采用一定的铝脱氧，因此在随 碳硬线钢经线切割、抛光后在扫描电镜下观察，随机 后的炉外精炼过程中必须采用高碱度、高还原性炉 选取100个夹杂物进行能谱分析，结果见表2可以 渣精炼.当高碱度、高还原性炉渣形成后，由于 看出，将近一半的夹杂物为AQ-COS0- 渣钢间的氧势很低，渣中的CQM)会被还原， Mg)MO五元系夹杂物，其他为四元系夹杂物. 部分CaM进入钢液中，生成CQM)I 表2高碳硬线钢中各类夹杂物所占的比例 在精炼、连铸过程中炉渣、耐火材料会与钢液发 Tabe2 Popon in of nclusicns in the high caban hard wire steel 生反应，从而使得夹杂物中C0QMg)和A)Q含量 各类夹杂物 增高，相关的反应和平衡常数见表1中式(4)至 夹杂物类型 所占的比例% 式(8)©.夹杂物成分的改变引起夹杂物熔点的变 Al9-C:O-S -M8O-MrO 482 化，而夹杂物的熔点与其变形能力有很大的关系：在 Al03-C0-S0-M0 207 轧制温度下，随着夹杂物熔点的降低，其变形能力越 A】9-C0-M80-M0 138 来越好，夹杂物的熔点低于1500℃时，其变形能力 Ay9-C0-S02-M0 10.3 比同温度下钢的变形能力好.当夹杂物中CQ AlO -SO -M8O-MrO 7.0 M图)和AQ的含量达到一定程度时，就会形成非 塑性夹杂物. 图1为高碳硬线盘条82B中典型的夹杂物形貌 2高碳硬线钢中夹杂物调查分析 和相应的成分.利用SEM-EDS对夹杂物成分进行 分析，由图1可以发现夹杂物形成后成分不均匀，夹 本文利用扫描电子显微镜对国内某钢厂生产的 杂物和钢液之间没有完全达到热力学平衡，或者可 高碳硬线钢中的夹杂物成分进行了调查分析，将高 能是由于冷却过程中夹杂物的相变所致

第 6期 柴国强等:高碳硬线钢 82B中 Al2O3 --SiO2 --MgO-CaO--MnO系夹杂物塑性化控制 往文献 [ 1, 5--6] 中, 绝大多数是分别计算 CaO-- SiO2 --Al2O3 、 SiO2 --Al2O3 -- MnO和 CaO--SiO2 -- Al2O3 --MnO三元或四元系夹杂物组成与钢液成分 之间的关系以控制夹杂物的成分, 但这与国内多 家工厂生产的高碳盘条中五元系 CaO--MgO--MnO-- SiO2 --Al2O3 夹杂物有一定的差别.本文在实际调 查高碳盘条中夹杂物成分的基础上分析了形成五 元系夹杂物的热力学条件, 并利用热力学软件 FactSage [ 7--9] 对钢液 --夹杂物--渣 (耐火材料 ) 达到 的局部平衡中 Al2O3 --CaO--SiO2 --MgO--MnO五元 系夹杂物析出进行热力学计算与分析, 讨论了高 碳硬线钢中获得具有良好变形能力的夹杂物的热 力学条件 . 1 热力学分析夹杂物形成条件 某钢厂生产高碳钢盘条的工艺流程为 :铁水脱 硫※转炉冶炼 ※Mn、Si和 Al合金终脱氧 ※LF精 炼※连铸连轧 .在炼钢过程中主要的脱氧反应和相 应的平衡常数如表 1 所示, 其脱氧产物为 Al2 O3 、 SiO2 和 MnO. 表 1 化学反应和平衡常数[ 4] Table1 Chemicalreactionsandequilibriumconstant 反应式 平衡常数 序号 2[ Al] +3[ O] ( Al2O3 )夹杂 aAl2O3 =K1a2 Ala3 O ( 1) [ Si] +2[ O] ( SiO2 )夹杂 aSiO2 =K2aSia2 O ( 2) [ Mn] +[ O] ( MnO) aMnO=K3 aMnaO ( 3) 2( MgO)耐火材料或渣 +[ Si] ( SiO2 )夹杂或渣 +2[ Mg] lgK4 =lg aSiO2 a2 Mg a2 MgOaSi = 15 200 T -16.96 ( 4) [ Mg] +[ O] ( MgO)夹杂 lgK5 =lg aMgO aMgaO = 4 700 T +4.28 ( 5) 2( Al2O3 )耐火材料 +3[ Si] 3( SiO2 )夹杂或渣 +4[ Al] lgK6 =lg a3 SiO2 a4 Al a2 Al2O3a3 Si = 1 620 000 T -1.96 ( 6) 2[ Al] +3[ O] ( Al2O3 )夹杂 lgK7 =lg aAl2O3 a2 Ala3 O = 453 000 T -11.62 ( 7) (MgO) +( Al2O3 ) (MgAl2 O4 ) lgK8 =lg aMgAl2O4 aMgOaAl2O3 = 1 860 T +0.11 ( 8) 由于高碳硬线钢采用一定的铝脱氧, 因此在随 后的炉外精炼过程中必须采用高碱度、高还原性炉 渣精炼 .当高碱度 、高还原性炉渣形成后, 由于 渣 --钢间的氧势很低, 渣中的 CaO、MgO会被还原, 部分 Ca、Mg进入钢液中, 生成 CaO、MgO [ 1] . 在精炼 、连铸过程中炉渣、耐火材料会与钢液发 生反应, 从而使得夹杂物中 CaO、MgO和 Al2 O3 含量 增高, 相关的反应和平衡常数见表 1 中式 ( 4) 至 式 ( 8) [ 10] .夹杂物成分的改变引起夹杂物熔点的变 化, 而夹杂物的熔点与其变形能力有很大的关系:在 轧制温度下, 随着夹杂物熔点的降低, 其变形能力越 来越好, 夹杂物的熔点低于 1 500 ℃时, 其变形能力 比同温度下钢的变形能力好 [ 11] .当夹杂物中 CaO、 MgO和 Al2 O3 的含量达到一定程度时, 就会形成非 塑性夹杂物 . 2 高碳硬线钢中夹杂物调查分析 本文利用扫描电子显微镜对国内某钢厂生产的 高碳硬线钢中的夹杂物成分进行了调查分析 .将高 碳硬线钢经线切割 、抛光后在扫描电镜下观察, 随机 选取 100个夹杂物进行能谱分析, 结果见表 2.可以 看出, 将近一半的 夹杂物为 Al2 O3 --CaO--SiO2 -- MgO--MnO五元系夹杂物, 其他为四元系夹杂物. 表 2 高碳硬线钢中各类夹杂物所占的比例 Table2 Proportionofinclusionsinthehighcarbonhardwiresteel 夹杂物类型 各类夹杂物 所占的比例 /% Al2 O3 -CaO--SiO2 --MgO--MnO 48.2 Al2O3 --CaO-SiO2 -MgO 20.7 Al2 O3 -CaO--MgO--MnO 13.8 Al2 O3 -CaO--SiO2 --MnO 10.3 Al2O3 --SiO2 --MgO--MnO 7.0 图 1为高碳硬线盘条 82B中典型的夹杂物形貌 和相应的成分 .利用 SEM--EDS对夹杂物成分进行 分析, 由图 1可以发现夹杂物形成后成分不均匀, 夹 杂物和钢液之间没有完全达到热力学平衡, 或者可 能是由于冷却过程中夹杂物的相变所致 . · 731·

。732 北京科技大学学报 第32卷 a) 71 b 500 600 400 Fe 《) 500 80 0 器100 200 57A10,-20- 100 23a0-710 0 E/keV 45L0,-7Mg0 E/keV 62AL,0,-21Mg0 11Ca0-2Si0.-4Mn0 53A1.0-11M0- 24C0-8si0,-3Mn0 2.5m 25m 图1高碳硬线钢中典型夹杂物形貌及成分.（两A!O3-M)COS0系夹杂物：(bA!O-MO-CO-S0-MO系夹杂物 Fig I Typicalmopholcgies ad composition of nclusions in the high carlon had wire stel (a AlO-MCa-SO sste (b AlO-M CaOSD MnO system (CQM8)Ag和SO)之间达到了局部平衡. 3硬线钢中夹杂物成分热力学优化及控制 在该局部平衡里，由夹杂物生成的热力学条件可知， [A1、[Si、[M9.[9、[M9和(AO)、(SQ) 本文假设夹杂物钢液渣之间达到了热力学 (MO、(CO、(MO之间的相互反应影响夹杂 平衡，夹杂物的成分与渣的成分趋于一致，夹杂物的 物的成分.因此通过热力学软件Fac Sage优化上述 成分可以用钢液与夹杂物间的热力学平衡预测.因 各组元的浓度，以控制夹杂物的成分.在给定组元 而通过控制精炼渣成分、炉衬耐火材料和一定的脱 成分、温度、压力和某一组元的活度，选择可能生成 氧条件，可以控制夹杂物的成分.假设钢液(F 的物质和合适的数据库，就可以计算出与该组元活 0.82%C-0.2%S0.85%Mn-0.015%P-001% 度对应的炉渣成分.各元素的相互作用系数见 S脱氧产物(AQ、S0和MO-渣和耐火材料 表31四 表31873K时钢液中元素的相互作用系数 Table 3 Interact ion parameters d of elements n molen skeel at1873 K 元素 Al 0 Mn Si Al 0110 0091 -6958 0.033 0030 0006 0043 0142 -0340 -0012 0.051 0046 0.078 0 -3.848 -0436 -0.200 -0021 0070 -0133 -0.131 Mn 一 -0070 -0.083 0 0.004 -0048 0 P 0130 0130 0 0.062 0028 0.120 s 0035 0110 -0.270 -0026 0.290 -0029 0.063 S 0058 0180 -0230 0002 0.110 0056 0.107 图2分别为1873K下AyQ-COS0- 0.01~005而S9的活度应当控制在较低的范围 M8)HMnO系中A)Q、CaQ SO和MO等活度图. 内（小于0.005）；由于MO组元可以降低夹杂物的 图中黑体粗线是该系夹杂物1500℃时的液相线，经 熔点、扩大低熔点区域，因此适当提高MO的活度 过相图计算，该系低熔点区域面积最大.通过分 有助于将夹杂物成分控制于低熔点区域 析比较图2可以得知：夹杂物的碱度W0,/ 本文利用热力学计算软件对A)Q-CO Ws跑，)=R对夹杂物中AIO的活度有很大的影响， SO-M)MO各组元活度进行计算，得出活度数 夹杂物的碱度R越大，A)Q的活度越小，在夹杂物 据库后，再通过下面的式(9)~(12)计算出等 低熔点区域内AQ的活度在001~0.04变化：为 [A1、[O、[Sj和[M9线，见图3. 了提高夹杂物的碱度，可以将CO的活度控制在 23(AQ)夹泰+[Sj=S9泰+4/3[A1(9)

北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 1 高碳硬线钢中典型夹杂物形貌及成分 .( a) Al2O3 --MgO-CaO--SiO2系夹杂物;( b) Al2O3 --MgO--CaO-SiO2 -MnO系夹杂物 Fig.1 Typicalmorphologiesandcompositionofinclusionsinthehighcarbonhardwiresteel:(a) Al2O3-MgO-CaO-SiO2system;( b) Al2O3-MgO￾CaO-SiO2 -MnOsystem 3 硬线钢中夹杂物成分热力学优化及控制 本文假设夹杂物 --钢液 --渣之间达到了热力学 平衡, 夹杂物的成分与渣的成分趋于一致, 夹杂物的 成分可以用钢液与夹杂物间的热力学平衡预测.因 而通过控制精炼渣成分、炉衬耐火材料和一定的脱 氧条件, 可以控制夹杂物的成分 .假设钢液 ( Fe-- 0.82%C--0.2%Si-- 0.85%Mn--0.015%P--0.01% S) --脱氧产物 ( Al2 O3 、SiO2 和 MnO) --渣和耐火材料 ( CaO、MgO、Al2 O3 和 SiO2 ) 之间达到了局部平衡. 在该局部平衡里, 由夹杂物生成的热力学条件可知, [ Al] 、[ Si] 、[ Mn] 、[ O] 、[ Mg]和 ( Al2O3 ) 、( SiO2 ) 、 ( MnO) 、( CaO) 、( MgO)之间的相互反应影响夹杂 物的成分 .因此通过热力学软件 FactSage优化上述 各组元的浓度, 以控制夹杂物的成分 .在给定组元 成分 、温度 、压力和某一组元的活度, 选择可能生成 的物质和合适的数据库, 就可以计算出与该组元活 度对应的炉渣成分.各元素的相互作用系数见 表 3 [ 12] . 表 3 1 873K时钢液中元素的相互作用系数 ej i Table3 Interactionparametersej iofelementsinmoltensteelat1 873K 元素 Al C O Mn P S Si Al 0.110 0.091 -6.958 — 0.033 0.030 0.006 C 0.043 0.142 -0.340 -0.012 0.051 0.046 0.078 O -3.848 -0.436 -0.200 -0.021 0.070 -0.133 -0.131 Mn — -0.070 -0.083 0 0.004 -0.048 0 P — 0.130 0.130 0 0.062 0.028 0.120 S 0.035 0.110 -0.270 -0.026 0.290 -0.029 0.063 Si 0.058 0.180 -0.230 0.002 0.110 0.056 0.107 图 2 分别为 1 873 K下 Al2 O3 --CaO--SiO2 -- MgO--MnO系中 Al2 O3 、CaO、SiO2 和 MnO等活度图, 图中黑体粗线是该系夹杂物 1500℃时的液相线, 经 过相图计算, 该系低熔点区域面积最大 [ 13] .通过分 析比较 图 2 可 以得 知:夹杂 物 的碱 度 w( CaO) / w( SiO2 ) =R对夹杂物中 Al2O3 的活度有很大的影响, 夹杂物的碱度 R越大, Al2 O3 的活度越小, 在夹杂物 低熔点区域内 Al2 O3 的活度在 0.01 ～ 0.04变化 ;为 了提高夹杂物的碱度, 可以将 CaO的活度控制在 0.01 ～ 0.05, 而 SiO2 的活度应当控制在较低的范围 内 (小于 0.005) ;由于 MnO组元可以降低夹杂物的 熔点 、扩大低熔点区域, 因此适当提高 MnO的活度 有助于将夹杂物成分控制于低熔点区域 . 本文利用 热力学计 算软件 对 Al2 O3 --CaO-- SiO2 --MgO--MnO各组元活度进行计算, 得出活度数 据库后, 再通过下面的式 ( 9) ～ ( 12) [ 4] 计算出等 [ Al] 、[ O] 、[ Si]和[ Mn]线, 见图 3. 2/3( Al2O3 ) 夹杂 +[ Si] SiO2夹杂 +4 /3[ Al] ( 9) · 732·

第6期 柴国强等：高碳硬线钢82B中A!O,-SD,-MO-CO-MO系夹杂物塑性化控制 733 ALO ALO. =109% n=10% 0.8 .2 n=10% 0.2 =109% 0.6 4 0.6 0.4 0.4 0.6 0.4 0.6 0.02 02 0.8 0.2 0.8 0.6 0.4 02 0.8 0.6 0.4 02 ALO. M=10% n=10% 0.8 02 "n=10% 0.2 地n=10% .6 0.4 0.4 0 0.2 0.6 0.4 0.2 4 图21873K下AQ-C0-S0,-M)-M0系中A)9(、Ca0(、SD,(9和M0山的活度图 Fg2 Activit diagramsofA](.Cao(b).SD.(9.Mnor d)n a AlO-COSD,-M8MrO system at 1873K A0 ALO a 等铝浓度线，10 (b) 等氧浓度线.10 =1N73k 7T=1873K 0.8 0.2 1C=0.82% 0.8 0.2 1C=0.82% Si=0.2% [S-0.2% [Mn=0.82% [Mn-0.82% 0.6 0.4 0.6 04 0.4 0.4 0.6 0.2 0.2 0.8 0.6 0.4 0.2 ALO ALO. (e) 等硅浓度线% d 等锰浓度线% T=1873K 7=1873 0.8 02 1C-0.82% 08 02 C=0.82% 1Mn=0.82% 1S=0.2% 0.6 04 0.6 0.4 06 0.4 0.2 0.6 02 03 图3A9-CO-S0-M8-MO系中A{号.O、Si9和Mm4的等值线 Fg 3 IsolnesofAl(a.O(b).Si(c andMn d n aAlO-COSD M8OMrO system

第 6期 柴国强等:高碳硬线钢 82B中 Al2O3 --SiO2 --MgO-CaO--MnO系夹杂物塑性化控制 图 2 1 873K下 Al2 O3 -CaO--SiO2 --MgO--MnO系中 Al2 O3 ( a) 、CaO(b) 、SiO2 ( c)和 MnO( d)的活度图 Fig.2 ActivitydiagramsofAl2 O3 ( a), CaO( b), SiO2 ( c), MnO( d) inaAl2O3-CaO-SiO2-MgO-MnOsystemat1 873K 图 3 Al2 O3 -CaO--SiO2 --MgO--MnO系中 Al( a) 、O( b) 、Si( c)和 Mn( d)的等值线 Fig.3 IsolinesofAl( a), O( b), Si( c) andMn( d) inaAl2O3-CaO-SiO2 -MgO-MnOsystem · 733·

。734 北京科技大学学报 第32卷 △g=219400-35.7T于m0t: [4]Kobayashi Themodynam ic fundaetals for akm ina content 2[A1+3引9=(AQ)夹 contol of ox ide nclusions n MnSi deoxidation of molten steel (10) △0=532096-170 T Jmor' ISU Int1999397):664 [5GuK J Wei」CaikK eta利Namellic nc uusinsn72A 考虑到一些元素的相互作用系数，[O在等压 steel JUniv SciTechnol Being 2003 25(1):26 条件下用下式计算： (顾克井，魏军，蔡开科，等72A钢非金属夹杂物行为.北京科 9=-4.437-2/3月A1+1.17[A1 技大学学报，200325(1)：26) (11) 【(JnL↓W angH T Xu ZB etal Conposition cantrol ofCao- SO,-A]O MnO system in tire cord steel JUni SciTechnol Bei 2(MO夹桑+[Sji=(S0)夹杂十2[M9(12) jmg200729(6):576 △2=-5700+34.8 T Jmor1 (金利玲，王海涛，许中波，等.C0-SD2-AQ-MO系低 由图3可以看出，钢液中[A的质量分数控制 熔点区域控制.北京科技大学学报，200729(6)：576) 在(25~100)×10时，钢液中的[O质量分数可 [7]Bak CW.ChanrP Facsage themochemical software and dam 以控制在(5~20)×10，在低熔点区域内，[S1的 bases CaPhad 2002 26 189 I8 E Siba A C Themodynan ic aspects of inc usin engmneerng n 质量分数可以控制在0.1%~15%，[M円的质量 see$Rare Met200625(5):412 分数控制在0.2%一1%. [9 Berinneau J Prgentp Poirer J The devebiment ofa thema 4结论 dynamnicmalel frA]O M)refractor castble comosion by sec ondarymet lluggy steel ldle skes Cerm ht 2009 35:623 为了将夹杂物成分控制于低熔点区域.A!Q [10 Pak JH Themalynamic investgation on the pmation of ncku 的活度应控制在0.01~0.04同时，为了提高夹杂 sions oonta ning MgA]O sPinel during 16Cr14N i auskenitic stain less steelmanufacuring processes Mater SiEng A 2008 物的碱度，可以将CO的活度控制在0.01~0.05 47243 而S0的活度应当控制在较低的范围内（小于 [11]Kawahara J TanabeK BamoT et al Advance ofvalve sprng 0.005).由于MO组元可以降低夹杂物的熔点、扩 steel Wire J Int 1992(11):55 大低熔点区域.因此适当提高MO的活度有助于将 [12 Huang X G Steemaking Prncples Beijing Memllurgical h 夹杂物成分控制于低熔点区域. dustry Press 1997 (黄希诂.钢铁治金原理.北京：治金工业出版社，1997 参考文献 13]ChaiGQ W ang FM LiCB Lovmeltingpointzone control of II]WangXH Wang L E Contol of the nonmem llic nclusions in heA]Q-S0,-MCOMnO system pr had wire steev/Pra had wire stee ls StelW ire Pra 2005.31(5):9 ceed ings of N at ional Specal Steel Sn elting E lectric FumaceMeet 王新华，王立峰.硬线钢中非金属夹杂物控制.金属制品， gQn8a02009 200531(5):9) (柴国强，王福明，李长荣.高碳硬线钢中A!O3-SD2一 [2 Bemad G Rilound PV Ubain G Oxice nclusion Plsticity MO-CO-MO系夹杂物低熔点区域控制∥全国特殊钢电 RevMemllCIr 1981 78(5):421 炉治炼会议论文集.青岛，2009) 【3到Ma血On the Prec pitat知of shg inc uusins during solidifica 【l4 Chen X W.Deoilat知in Steemaking Beijng Metalurgical tion of hgh-carbon steel decxidized with akm mnim and mish met ndustry Press 1991 al Scand JMeta ll 1976.15 248 (陈襄武.炼钢过程的脱氧.北京：治金工业出版社，1991)

北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 ΔG 0 9 =219 400 -35.7T, J·mol -1; 2[ Al] +3[ O] ( Al2 O3 ) 夹杂 ( 10) ΔG 0 10 =532 096 -170T, J·mol -1. 考虑到一些元素的相互作用系数, [ O]在等压 条件下用下式 [ 14]计算: lg[ O] =-4.437 -2/3 lg[ Al] +1.17[ Al] ( 11) 2( MnO) 夹杂 +[ Si] ( SiO2 )夹杂 +2[ Mn] ( 12) ΔG 0 12 =-5700 +34.8T, J·mol -1 . 由图 3可以看出, 钢液中[ Al]的质量分数控制 在 ( 25 ～ 100) ×10 -6时, 钢液中的 [ O] 质量分数可 以控制在 ( 5 ～ 20) ×10 -6 , 在低熔点区域内, [ Si]的 质量分数可以控制在 0.1% ～ 1.5%, [ Mn] 的质量 分数控制在 0.2% ～ 1%. 4 结论 为了将夹杂物成分控制于低熔点区域, Al2 O3 的活度应控制在 0.01 ～ 0.04.同时, 为了提高夹杂 物的碱度, 可以将 CaO的活度控制在 0.01 ～ 0.05, 而 SiO2 的活度应当控制在较低的范围内 ( 小于 0.005) .由于 MnO组元可以降低夹杂物的熔点 、扩 大低熔点区域, 因此适当提高 MnO的活度有助于将 夹杂物成分控制于低熔点区域 . 参 考 文 献 [ 1] WangXH, WangLF.Controlofthenon-metallicinclusionsin hardwiresteels.SteelWireProd, 2005, 31( 5 ) :9 (王新华, 王立峰.硬线钢中非金属夹杂物控制.金属制品, 2005, 31 ( 5) :9) [ 2] BernardG, RiboundPV, UrbainG.Oxideinclusionplasticity. RevMetallCIT, 1981, 78 ( 5) :421 [ 3] MalmS.Ontheprecipitationofslaginclusionsduringsolidifica￾tionofhigh-carbonsteeldeoxidizedwithaluminiumandmishmet￾al.ScandJMetall, 1976, 15:248 [ 4] KobayashiS.Thermodynamicfundamentalsforalumina-content controlofoxideinclusionsinMn-Sideoxidationofmoltensteel. ISIJInt, 1999, 39( 7) :664 [ 5] GuKJ, WeiJ, CaiKK, etal.Non-metallicinclusionsin72A steel.JUnivSciTechnolBeijing, 2003, 25( 1 ):26 (顾克井, 魏军, 蔡开科, 等.72A钢非金属夹杂物行为.北京科 技大学学报, 2003, 25( 1) :26 ) [ 6] JinLL, WangHT, XuZB, etal.CompositioncontrolofCaO￾SiO2-Al2 O3 -MnOsystemintirecordsteel.JUnivSciTechnolBei￾jing, 2007, 29( 6) :576 (金利玲, 王海涛, 许中波, 等.CaO-SiO2 --Al2 O3 -MnO系低 熔点区域控制.北京科技大学学报, 2007, 29 ( 6) :576 ) [ 7] BaleCW, ChartrP.FactSagethermochemicalsoftwareanddata￾bases.Calphad, 2002, 26:189 [ 8] ESilvaAC.Thermodynamicaspectsofinclusionengineeringin steels.RareMet, 2006, 25( 5) :412 [ 9] BerjonneauJ, PrigentP, PoirierJ.Thedevelopmentofathermo￾dynamicmodelforAl2 O3 -MgOrefractorycastablecorrosionbysec￾ondarymetallurgysteelladleslags.CeramInt, 2009, 35:623 [ 10] ParkJH.Thermodynamicinvestigationontheformationofinclu￾sionscontainingMgAl2 O4 spinelduring16Cr-14Niaustenitic stainlesssteelmanufacturingprocesses.MaterSciEngA, 2008, 472:43 [ 11] KawaharaJ, TanabeK, BannoT, etal.Advanceofvalvespring steel.WireJInt, 1992( 11 ) :55 [ 12] HuangXG.SteelmakingPrinciples.Beijing:MetallurgicalIn￾dustryPress, 1997 (黄希诂.钢铁冶金原理.北京:冶金工业出版社, 1997) [ 13] ChaiGQ, WangFM, LiCR.Lowmeltingpointzonecontrolof theAl2 O3-SiO2-MgO-CaO-MnOsystemforhardwiresteel∥Pro￾ceedingsofNationalSpecialSteelSmeltingElectricFurnaceMeet￾ing.Qingdao, 2009 (柴国强, 王福明, 李长荣.高碳硬线钢中 Al2O3 --SiO2 - MgO--CaO-MnO系夹杂物低熔点区域控制∥全国特殊钢电 炉冶炼会议论文集.青岛, 2009) [ 14] ChenXW.DeoxidationinSteelmaking.Beijing:Metallurgical IndustryPress, 1991 (陈襄武.炼钢过程的脱氧.北京:冶金工业出版社, 1991) · 734·