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  • CFB锅炉水冷壁格栅防磨片导流条耐磨耐高温合金钢金属夹杂物分析

    作者:admin发表时间:2022-04-01

      本期从循环流化床锅炉水冷壁防磨技术说起,应用水冷壁格栅导流板技术需求,然后重点分析的高质量新材料精密铸造,分析钢中金属夹杂物以提炼生成精品,最终为克制锅炉磨损提供强有力的产品基础支撑。

      钢中存在非金属夹杂物是不可避免的,钢中夹杂物包括内生夹杂物、外来夹杂物两大类。

      内生夹杂物是指钢在在冶炼、浇注和凝固过程中,钢液脱氧生成的反应产物或钢凝固过程中产生的化合物,遍布在金属中并以一种有联系的可预测的方式分布着。内生夹杂物主要来自炼钢脱氧后在浇注和凝固过程中所形成的夹杂物颗粒,这些颗粒没有来得及上浮到钢液的自由表面而滞留在钢中。内生夹杂物一般为简单氧化物、复杂氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等。在钢中有时单独存在,有时两种或多种复合存在,内生夹杂物是不可避免的。

      外来夹杂物是由原材料、炉渣、耐火材料等引起的,由于出钢时钢液混渣,炉衬、中间包等耐火材料的侵蚀、冲刷剥离等形成。其特点是外形不规则、尺寸比较大,其分布是不均匀和不可预测的,这类夹杂物通过正确的操作是可以避免的。

      人员采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪等设备根据非金属夹杂物的光学和形态特征鉴定钢中非金属夹杂物的种类,并参照有关标准评定夹杂物的级别,结合夹杂物成分能谱定性、定量分析结果,准确确定夹杂物(尤其是内生复合型夹杂物、沉淀相、外来大型夹杂物)的组成及来源,为炼钢连铸改进生产工艺、减少有害夹杂物的数量、提高钢的纯净度、生产出高品质的钢材提供科学依据。

      微合金化钢中加入与氮亲和力大的元素钛、铌、钒、硼等元素后,当工艺控制不当时可生成尺寸较大的氮化物或碳氮化物,对钢的性能不利。钢中常见的氮化物为氮化钛,其形态为方形或多边形,呈橘红色,性脆,在压力加工过程中不变形,多呈分散分布;常见的碳化物为碳化铌和碳化钒,多呈小块状或颗粒状,呈浅棕色,在压力加工过程中沿纵向呈链状分布。

      钢中外来夹杂物主要包括来自各种耐火材料、中包覆盖剂、结晶器保护渣等的夹杂物。

      钢的微合金化是在钢中加入微量的铌、钒、钛等碳化物和氮化物形成元素,通过碳化物、氮化物的溶解和析出,来达到细化晶粒和析出强化的效果。钛与氮的亲和力比较强,二者结合析出细小的氮化钛颗粒,在高温下可起到阻止奥氏体晶粒长大、细化晶粒的作用,但如果工艺控制不当,形成微米级大尺寸的带有棱角的氮化钛不但起不到有效的晶粒细化作用,反而会破坏钢基体的连续性,受力时易产生应力集中成为裂纹源,对钢产品的疲劳性能危害极大。所以生产微合金化钢的工艺控制非常重要。

      钢中外来夹杂物具有偶发性、随机性,分布无规律,一般尺寸较大且较硬,其危害性更大。结晶器中保护渣主要作用是保温、防钢液二次氧化、吸附夹杂物等。引发保护渣卷渣原因多与中包水口破损(水口渣线部位主要成分为氧化锆或内衬所含氧化锆)未及时更换造成浇注过程产生“钢流翻”有关;也可能与结晶器电搅拌参数不佳、拉速异常波动等因素有关。另外,保护渣中碳含量较高,有时卷渣中的高碳含量会向其周围扩散而致使周围产生明显增碳现象,造成组织异常、硬度异常,后续加工或使用过程易开裂扩展。块状镁铝尖晶石多来源于各种耐火材料,有棱有角、硬度很高,受力后极易产生应力集中而造成开裂。

      无论是内生夹杂物还是外生夹杂物,其影响钢材性能的因素包括:成分、类型、尺寸、数量、形状、分布、加工变形能力以及在基体中的空间分布和夹杂物之间的距离等,且随钢的使用条件而异。

      铝酸钙等球状不变形夹杂物在轧钢时金属基体围绕夹杂物变形,夹杂物两侧形成空腔;高氧化铝的铝酸盐和氧化铝簇等脆性夹杂物轧制时沿变形方向破碎成串状小颗粒;塑性的硫化物和硅酸盐夹杂物轧钢后成为条带状,使垂直于轧制方向的力学性能如强度、韧性等都显著降低,造成了钢材的各向异性,对于钢板、管材等横向受力较大的材料危害很大。

      串状的脆性颗粒夹杂物对钢的表面粗糙度、塑性、韧性及钢的冷加工性能十分有害。条带状的塑性夹杂物,可使钢及焊接钢构件形成层状撕裂。球状夹杂物对钢的横向性能损害不大,但形成的空腔引起应力集中,损害钢的疲劳强度。表面或皮下存在大型夹杂物会在淬火过程中因局部应力集中而开裂;晶界夹杂物偏聚会引起钢材的热脆性;塑性和脆性夹杂物偏聚均能导致钢材在腐蚀介质中引发点蚀和应力腐蚀开裂;夹杂物是引发钢材产生氢鼓泡和氢脆的发源地。

      非金属夹杂物的性质、形态、分布、尺寸及含量不同,对钢性能的影响也不同。所以提高钢材质量,生产出洁净钢,或控制非金属夹杂物性质和形态,是冶炼和铸造过程中的一个艰巨任务。钢中存在的内生和外来夹杂物对钢的性能均有不利影响,其破坏了钢基体的均匀性、连续性,易造成应力集中,促进裂纹的产生,并在一定条件下加速裂纹扩展,降低使用寿命。钢中存在少量非金属夹杂物是不可避免的,新钢种的研制、新工艺的实施也可能造成新的非金属夹杂物的产生。而对于金相分析工作者来说,如何利用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪等精密仪器设备准确分析判断钢中非金属夹杂物类型、成分、来源等具有重要指导意义,可为炼钢连铸改进工艺提高钢材质量提供科学依据。

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