钢中镁铝尖晶石夹杂物研究现状及发展

　　MgAl2O4夹杂物具有稳定的面心立方结构，熔点较高(2 135 ℃)、硬度大(HV:2 100～2 400kg/mm2 )、轧制时不易变形，属D类点状不变形夹杂物。MgAl2O4夹杂物尺寸大多数为2.0～6. 0μm，形状有球形、立方体形和不规则形。这类夹杂物会造成钢铁产品的表面缺陷，降低钢材的抗腐蚀性能，K. Mizuno和H. Todoroki等人在不锈钢表面缺陷处发现了大量的MgO·Al2O3夹杂物[1～2]。其次这类夹杂物还容易沉积在浸人式水口内部，造成水口堵塞[3]。所以必须对钢中MgAl2O4夹杂物进行研究，减小其危害性。

　　1钢中MgAl2O4夹杂物产生背景

　　钢中MgAl2O4夹杂物是伴随着MgO-C砖、含Mg0精炼渣以及真空操作在精炼过程中的应用而产生的。MgO-C砖在常压下具有良好的稳定性和耐侵蚀性，但在真空条件下MgO-C砖中的Mg0和C就能相互反应产生Mg并进入钢液，生成MgAl2O4夹杂物。为了减少精炼渣对钢包内衬的侵蚀，通常在精炼渣中加人一定量的Mg0，这就增加了MgAl2O4夹杂物产生的途径。R-凯斯林[4]研究表明非金属夹杂物中Mg0组分可能是炉子耐火材料和炉渣或者罐渣反应的产物，也可能是钢液本身反应的产物。董履仁和刘新华[5]在专著里进一步指出非金属夹杂物中MgO来自碱性炉渣时，夹杂物中同时会含有CaO且Mg0质量分数不超过5%，如果Mg0来自耐火材料则Mg0质量分数远高于5%，有时会高于35%。由于真空精炼(VOD)设备最初应用在不锈钢生产上，因而MgAl2O4夹杂物在不锈钢中引起人们的广泛关注。目前有关钢中MgAl2O4夹杂物的研究，大部分都是针对不锈钢的，后来MgAl2O4认夹杂物频繁造成轴承钢的质量问题，于是于春梅等人[6]针对轴承钢中的MgAl2O4夹杂物的产生和控制进行了研究。对于普通的合金钢，由于对夹杂物要求的不是很严格，所以MgAl2O4夹杂物的问题并不突出，但随着人们对钢材质量要求的提高，以及长时间的真空精炼和高碱度的精炼渣被广泛采用，钢的洁净度得到了大幅度提高，以气瓶钢30 CrMo为例，钢中的总氧质量分数能控制在10×10-6左右[7]，在这种条件下MgAl2O4夹杂物逐渐成为合金钢中夹杂物控制的突出问题，引起了冶金研究者的关注，成为近期洁净钢研究领域内的一个热点。

　　2钢中MgAl2O4夹杂物研究进展

　　2.1 MgAl2O4夹杂物产生机理研究

　　由于MgAl2O4夹杂物对钢材质量的危害较大，许多研究者对这类夹杂物的产生机理进行了研究，可将前人的研究成果归纳为4种模型:(1)碳还原模型[8～9]。即耐火材料内部C首先还原Mg0生成CO与Mg蒸气，然后它们分别向钢液中扩散与钢液中Al2 03夹杂反应生成尖晶石夹杂物。(2)直接反应模型[10～11]。即钢液中A1203夹杂物与耐火材料或卷入的精炼渣接触直接发生反应。(3)铝置换模型[12]。即耐火材料被侵蚀后Mg0进人钢渣中，钢液中的溶解铝置换钢渣中的MgO，进而形成尖晶石夹杂物。(4)晶体化模型[13～14]。在连铸过程钢液温度降低时，在低熔点四元复合氧化物夹杂内部会结晶析出镁铝尖晶石夹杂物相。从MgAl2O4夹杂物产生的机理可以看出，耐火材料和精炼渣是MgAl2O4夹杂物产生的主要源头，而且在钢液凝固过程中还会继续产生MgAl2O4夹杂物。但还必须指出Mg脱硫铁水预处理、碱性转炉冶炼以及合金中的杂质元素也都可能会成为MgAl2O4夹杂物产生的源头。