增刊1 陈天明等：齿轮钢氧含量及夹杂物控制技术研究 ·167 Ca0SiO2-AL,03-Mg0非金属夹杂物平衡时的钢液 2[Ca]+(Si02)=2(Ca0)+[Si], 中铝含量大于0.020%.当00=10%时，在低熔点 △G°=-694422+75.06T.J小mol-1 (4) 区域1'，与Ca0-Si02-Al,03-Mg0非金属夹杂物平 由式(4)可以得出钢液中的等ac线，如图2 衡时的钢液中铝含量为0.0010%左右，而在低熔点 所示.由图2可见，随着非金属夹杂物成分由低熔 区域2'，与Ca0-Si02-Al,03-Mg0非金属夹杂物平 点区域1'变到低熔点区域2'，钢液ac1增加.当 衡时的钢液中铝含量在0.020%左右.可见，当钢液 10o=5%,Ca0-Si02-Al203-Mg0非金属夹杂物成 分别与成分处于这两个区域的非金属夹杂物平衡 分处于区域2时，钢液中ac为10×10-~50× 时，与区域2平衡的钢液铝含量明显高于与区域1· 10-8,由表1知f=0.0718,则平衡时钢液中钙的 平衡的钢液铝含量. 质量分数的波动范围为1.4×10-6~7.0×10-6.当 1.2.2等ac线 0wso=10%,Ca0-Si02-Al203-Mg0非金属夹杂物 钢液中[Ca]与非金属夹杂物中SiO2的反应 成分处于区域2时，钢液中a[c>5×10‘,则平衡 如下： 时钢液中钙的质量分数>0.7×10-6 i() 6/10 si(0 “g,10- [C]=0.2%S]=0.27% 一59% 1C]0.2%1Si0.27% 0.9 A0.1 1Mm-.77晚1Cr-1.05% 0.9 0.1 lMn=0,771C=1.05% F鬥=0.015g[间=0.003% 1P1=0.0159%1S1=(0.(039% 0.8 0.2 Al.=0.0%[f=0.2% 0.8 0.2 1.0.06毫1M0.2绿 0.7 0.3 03 S0,的质量分数 0.6 0.49 0.4G 05 0.5 0.5 1’ 0.4 150 0.6 0.4 06 0.3 0.7 0.3 0.7 0.2 . 0.2 0.8 0.1 0.9 .1 , 0.9 (a)0.90.80.70.60.50.40.30.20.1Al) Ca00.9080.70.60.50.40.30.20.1A103 CO的质量分数 C0的质量分数 图2钢液与Ca0Si02一A山203-Mg0非金属夹杂物平衡时的等a[c]线 Fig.2 Iso-ctivity lines of a when the liquid steel balances with the Ca0-6i0AOMgo system non-metallic inclusions 1.2.3等ao线 金属夹杂物中Mg0含量增加. 钢液中氧与钢液中硅的反应如下： 由上可见，随着非金属夹杂物成分由区域1变 [Si]+2[0]=(Si02), 到区域2'，钢中氧含量大大降低.因此，将非金属夹 △G°=-581900+221.8T,J小mol1(5) 杂物成分控制在区域2'，且渣中M0含量越低，更 由式(5)可以得出钢液中的等氧线，见图3.从 容易生产超低氧钢.此外，钢包渣氧化性对精炼过 图3可以看出，当wMeo=5%时，若Ca0-Si02一l,03- 程的脱氧影响较为显著.日本钢管公司在生产低氧 Mg0非金属夹杂物成分处于低熔点区域1'时，平衡 钢时，将RH处理前的渣中(FeO+MnO)含量降至 时钢液中氧含量超过0.004%，而当Ca0-Si02- 1.0%以下，处理后T[0]的质量分数基本都≤10× A山，0，一Mg0非金属夹杂物成分处于低熔点区域2· 10-6；爱知钢厂在生产轴承钢时得到了相同的结论， 时，平衡时钢液中氧含量仅在0.0002%~0.0006% 甚至要求将渣中(Fe,0+MnO)含量降低至0.5% 之间：当wMo=10%时，若Ca0-Si02一Al203-Mg0 以下 非金属夹杂物成分处于低熔点区域1'时，平衡时钢 因此，20CMoH钢液中具有较高塑性的非金属 液中氧含量超过0.002%，而当Ca0-Si02-Al,03- 夹杂物成分为：Si020%~10%、A,0322%~55%、 Mg0非金属夹杂物成分处于低熔点区域2'时，平衡 Ca042%~60%、Mg05%~10%,与之平衡的钢液 时钢液中氧含量仅在0.0005%左右.同时可以看 中铝的质量分数为0.020%左右，钙的质量分数> 出，随着钢液氧含量增加，Ca0-SiO2-Al,03-Mg0非 0.7×10-6,氧的质量分数为0.0005%左右.增刊 1 陈天明等: 齿轮钢氧含量及夹杂物控制技术研究 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 非金属夹杂物平衡时的钢液 中铝含量大于 0. 020% ． 当 wMgO = 10% 时，在低熔点 区域 1'，与 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 非金属夹杂物平 衡时的钢液中铝含量为 0. 001 0% 左右，而在低熔点 区域 2'，与 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 非金属夹杂物平 衡时的钢液中铝含量在 0. 020% 左右． 可见，当钢液 分别与成分处于这两个区域的非金属夹杂物平衡 时，与区域 2'平衡的钢液铝含量明显高于与区域 1' 平衡的钢液铝含量． 1. 2. 2 等 a［Ca］线 钢液中［Ca］与非金属夹杂物中 SiO2 的反应 如下: 2［Ca］+ ( SiO2 ) = 2( CaO) +［Si］， ΔG— = － 694 422 + 75. 06T，J·mol － 1 ( 4) 由式( 4) 可以得出钢液中的等 a［Ca］线，如图 2 所示． 由图 2 可见，随着非金属夹杂物成分由低熔 点区域 1'变到低熔点区域 2'，钢液 a［Ca］ 增加． 当 wMgO = 5% ，CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 非金属夹杂物成 分处于区域 2'时，钢液中 a［Ca］为 10 × 10 － 8 ～ 50 × 10 － 8 ，由表 1 知 fCa = 0. 071 8，则平衡时钢液中钙的 质量分数的波动范围为 1. 4 × 10 － 6 ～ 7. 0 × 10 － 6 ． 当 wMgO = 10% ，CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 非金属夹杂物 成分处于区域 2'时，钢液中 a［Ca］ ＞ 5 × 10 － 8 ，则平衡 时钢液中钙的质量分数 ＞ 0. 7 × 10 － 6 ． 图 2 钢液与 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 非金属夹杂物平衡时的等 a［Ca］线 Fig． 2 Iso-activity lines of a［Ca］ when the liquid steel balances with the CaO-SiO2 -Al2O3 -MgO system non-metallic inclusions 1. 2. 3 等 a［O］线 钢液中氧与钢液中硅的反应如下: ［Si］+ 2［O］= ( SiO2 ) ， ΔG— = － 581 900 + 221. 8T，J·mol － 1 ( 5) 由式( 5) 可以得出钢液中的等氧线，见图 3． 从 图3 可以看出，当 wMgO = 5% 时，若 CaO--SiO2--Al2O3-- MgO 非金属夹杂物成分处于低熔点区域 1'时，平衡 时钢液 中 氧 含 量 超 过 0. 004% ，而 当 CaO--SiO2 -- Al2O3 --MgO 非金属夹杂物成分处于低熔点区域 2' 时，平衡时钢液中氧含量仅在 0. 000 2% ～ 0. 000 6% 之间; 当 wMgO = 10% 时，若 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 非金属夹杂物成分处于低熔点区域 1'时，平衡时钢 液中氧含量超过 0. 002% ，而当 CaO--SiO2 --Al2O3 -- MgO 非金属夹杂物成分处于低熔点区域 2'时，平衡 时钢液中氧含量仅在 0. 000 5% 左右． 同时可以看 出，随着钢液氧含量增加，CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 非 金属夹杂物中 MgO 含量增加． 由上可见，随着非金属夹杂物成分由区域 1'变 到区域 2'，钢中氧含量大大降低． 因此，将非金属夹 杂物成分控制在区域 2'，且渣中 MgO 含量越低，更 容易生产超低氧钢． 此外，钢包渣氧化性对精炼过 程的脱氧影响较为显著． 日本钢管公司在生产低氧 钢时，将 RH 处理前的渣中( FeO + MnO) 含量降至 1. 0% 以下，处理后 T［O］的质量分数基本都≤10 × 10 － 6 ; 爱知钢厂在生产轴承钢时得到了相同的结论， 甚至要求将渣中( Fet O + MnO) 含量降低至 0. 5% 以下． 因此，20CrMoH 钢液中具有较高塑性的非金属 夹杂物成分为: SiO2 0% ～ 10% 、Al2O3 22% ～ 55% 、 CaO 42% ～ 60% 、MgO 5% ～ 10% ，与之平衡的钢液 中铝的质量分数为 0. 020% 左右，钙的质量分数 ＞ 0. 7 × 10 － 6 ，氧的质量分数为 0. 000 5% 左右． ·167·