增刊1 陈天明等：齿轮钢氧含量及夹杂物控制技术研究 ·171· 由于在转炉出钢过程采用了加铝脱氧和加渣料 夹杂物全部转变，只要有足够外表层转变为较低熔 造渣工艺，LF精炼前钢水[A!]的质量分数高于 点的CaO-Mg0-Al,O,组成即可满足需要 0.04%,炉渣碱度Ca0/Si02在4.5以上，炉渣T.Fe 的质量分数在2.5%以下.对LF精炼前钢水试样中 夹杂物的分析检验发现，钢水中残留的铝脱氧产物 主要为条块状A山，0，已基本没有簇群状A山203夹杂 物.由图11(a)可以看到，LF精炼前已有少数 Mg AL,03夹杂物开始向Mg0-A,03系夹杂物转变，但 Mg0的质量分数很低，平均仅3.7%左右. 图11(b)为LF精炼15min时提取的钢水试样 6 um 中观察到的夹杂物组成分布，可以看到，此时除仍有 少量未开始转变的Al203夹杂物和个别Ca0-Al20 SEM Ca 系夹杂物之外，绝大多数夹杂物转变为Mg0一A山，03 图12Ca0一Mg0-Al203系夹杂物的能谱面扫描照片 系夹杂物，Mg0-Al,O3系夹杂物成分多位于Mg0含 Fig.12 Power spectrum surface scanning picture of the CaO-MgO- 量稍低于尖品石Mg0·A山，03成分附近(Mg017%, Al2O;system inclusion A山0379.7%). 通过以上分析可知，对齿轮钢中夹杂物的控制 LF精炼开始后，钢中A山O3系夹杂物发生向 关键可以归结为：(1)通过渣一钢间反应对钢液 Mg0一A山03系夹杂物转变，主要是因为在强脱氧和 [Ca]、[Mg]、[O]含量进行控制：(2)通过控制 高碱度、高还原性炉渣条件下，[A1]与钢包衬中（或 [Ca]、[Mg]、[O]等对夹杂物的组成进行控制（转 渣中)Mg0发生式(6)的反应，钢液中[Mg]再进而 与钢液中A山，03夹杂物发生式(7)所示反应，生成 变).其中通过渣-钢反应控制钢液[Ca]、[Mg]、 Mg0-A山，03系夹杂物 [0]进行得较快，而钢中夹杂物的转变则需要较多 时间，钙处理可以加快夹杂物转变. 2[Al]+3(Mg0)=3[Mg]+Al203(6) 图13为RH真空处理结束时，钢液试样中观 Mg1+(Al,0,)=(Me0;l,0,)+子[ 察到的夹杂物的平均组成与钢液T[0]含量的关 (7) 系.可以看到，随T[0]含量降低，夹杂物A山，03含 由图11可以看到，随着LF和RH精炼进一步 量减少，Ca0含量增加.如当T[0]的质量分数由 进行，夹杂物由Mg0-AL,03系向Ca0-Mg0-A山03 14.1×10-6降低至11×10-6以下，夹杂物的 系夹杂物转变，且变化较缓慢.这主要是因为随精 Al203/Ca0由2.1降低至1.05左右，夹杂物的熔 炼进行，发生式(3)所示反应，渣中部分Ca0被钢液 点因此会随之有显著降低.另外，随钢水T[0]含 [Al]还原，钢液中的[Ca]与MgO-A山O3系夹杂物 量降低，夹杂物CaS含量增加，当T[0]在10× 10-6~11×10-6左右时，夹杂物CaS平均质量分 发生式(8)所示反应，生成Ca0-Mg0-Al,03系夹 数可以达到9%~11%. 杂物： x[Ca]+[yMg0·zAO3]= 80r Ca [xCa0.(y-x)MgozAl,O;]+x [Mg (8) 60 四4l03 图12为在LF精炼15min时提取的钢水试样中 女 Mg() 观察到的CaO一Mg0一AL,O,系夹杂物的能谱面扫描 照片，在LF精炼l5min和精炼结束提取的钢水试 样中可以观察到许多此类夹杂物.可以看到，夹杂 20 物外层的主要组成为Ca0和AL,0,几乎不含Mg0, 「厂 而内部组成则主要为Mg0和A山203，几乎不含Ca0, 10.8 11.0 11.7 4 T10y10" 这表明Mg0-Al,03系夹杂物向Ca0-MgO-Al,03系 图13RH结束钢中夹杂物平均组成与T[0]的关系 夹杂物的转变是由外向内逐步进行的.从改善钢材 Fig.13 Relation between the average composition of inclusions and 抗疲劳破坏性能出发，不必要求整个MgO一A山，O3系 the content of T[O]in the steel after RH vacuum treatment增刊 1 陈天明等: 齿轮钢氧含量及夹杂物控制技术研究 由于在转炉出钢过程采用了加铝脱氧和加渣料 造渣工艺，LF 精炼前钢水［Al］的质量分数高于 0. 04% ，炉渣碱度 CaO/SiO2 在 4. 5 以上，炉渣 T. Fe 的质量分数在2. 5% 以下． 对 LF 精炼前钢水试样中 夹杂物的分析检验发现，钢水中残留的铝脱氧产物 主要为条块状 Al2O3，已基本没有簇群状 Al2O3 夹杂 物． 由图 11 ( a ) 可以看到，LF 精炼前已有少数 Al2O3 夹杂物开始向 MgO--Al2O3 系夹杂物转变，但 MgO 的质量分数很低，平均仅 3. 7% 左右． 图 11( b) 为 LF 精炼 15 min 时提取的钢水试样 中观察到的夹杂物组成分布，可以看到，此时除仍有 少量未开始转变的 Al2O3 夹杂物和个别 CaO--Al2O3 系夹杂物之外，绝大多数夹杂物转变为 MgO--Al2O3 系夹杂物，MgO--Al2O3 系夹杂物成分多位于 MgO 含 量稍低于尖晶石 MgO·Al2O3 成分附近( MgO 17% ， Al2O3 79. 7% ) ． LF 精炼开始后，钢中 Al2O3 系夹杂物发生向 MgO--Al2O3 系夹杂物转变，主要是因为在强脱氧和 高碱度、高还原性炉渣条件下，［Al］与钢包衬中( 或 渣中) MgO 发生式( 6) 的反应，钢液中［Mg］再进而 与钢液中 Al2O3 夹杂物发生式( 7) 所示反应，生成 MgO--Al2O3 系夹杂物． 2［Al］+ 3( MgO) = 3［Mg］ + Al2O3 ( 6) ［Mg］+ n 3 ( Al2O3 ) = ( MgO·n － 1 3 Al2O3 ) + 2 3 ［Al］ ( 7) 由图 11 可以看到，随着 LF 和 RH 精炼进一步 进行，夹杂物由 MgO--Al2O3 系向 CaO--MgO--Al2O3 系夹杂物转变，且变化较缓慢． 这主要是因为随精 炼进行，发生式( 3) 所示反应，渣中部分 CaO 被钢液 ［Al］还原，钢液中的［Ca］与 MgO--Al2O3 系夹杂物 发生式( 8) 所示反应，生成 CaO--MgO--Al2O3 系夹 杂物: x［Ca］+［yMgO·zAl2O3］= ［xCaO·( y － x) MgO·zAl2O3］+ x［Mg］ ( 8) 图12 为在 LF 精炼15 min 时提取的钢水试样中 观察到的 CaO--MgO--Al2O3 系夹杂物的能谱面扫描 照片，在 LF 精炼 15 min 和精炼结束提取的钢水试 样中可以观察到许多此类夹杂物． 可以看到，夹杂 物外层的主要组成为 CaO 和 Al2O3，几乎不含 MgO， 而内部组成则主要为 MgO 和 Al2O3，几乎不含 CaO， 这表明 MgO--Al2O3 系夹杂物向 CaO--MgO--Al2O3 系 夹杂物的转变是由外向内逐步进行的． 从改善钢材 抗疲劳破坏性能出发，不必要求整个 MgO--Al2O3 系 夹杂物全部转变，只要有足够外表层转变为较低熔 点的 CaO--MgO--Al2O3 组成即可满足需要． 图 12 CaO--MgO--Al2O3 系夹杂物的能谱面扫描照片 Fig． 12 Power spectrum surface scanning picture of the CaO-MgO￾Al2O3 system inclusion 通过以上分析可知，对齿轮钢中夹杂物的控制 关键可以归结为: ( 1) 通过渣--钢 间 反 应 对 钢 液 ［Ca］、［Mg］、［O］含 量 进 行 控 制; ( 2 ) 通 过 控 制 ［Ca］、［Mg］、［O］等对夹杂物的组成进行控制( 转 变) ． 其中通过渣--钢反应控制钢液［Ca］、［Mg］、 ［O］进行得较快，而钢中夹杂物的转变则需要较多 时间，钙处理可以加快夹杂物转变． 图 13 RH 结束钢中夹杂物平均组成与 T［O］的关系 Fig． 13 Relation between the average composition of inclusions and the content of T［O］in the steel after RH vacuum treatment 图 13 为 RH 真空处理结束时，钢液试样中观 察到的夹杂物的平均组成与钢液 T［O］含量的关 系． 可以看到，随 T［O］含量降低，夹杂物 Al2O3 含 量减少，CaO 含量增加． 如当 T［O］的质量分数由 14. 1 × 10 － 6 降 低 至 11 × 10 － 6 以 下，夹 杂 物 的 Al2O3 /CaO 由 2. 1 降低至 1. 05 左右，夹杂物的熔 点因此会随之有显著降低． 另外，随钢水 T［O］含 量降低，夹杂物 CaS 含量增加，当 T［O］在 10 × 10 － 6 ～ 11 × 10 － 6 左右时，夹杂物 CaS 平均质量分 数可以达到 9% ～ 11% ． ·171·