镁处理对于净化钢材的重要作用

研究工作表明，镁是一种重要的炼钢精炼剂。镁和氧、硫亲和力强，可以起到明显的脱硫、脱氧作用应，减轻MnS夹杂对钢材性能的影响;镁合金也有脱氧作用，使钢液中氧含量降到极低，并使夹杂物呈细小颗粒状在钢中均匀分布；镁处理后簇状Al2O3夹杂会变成小的、随机弥散的尖晶石型夹杂。曾有报道，新日铁将Mg基精炼剂加人到钢水中，将浇铸的产品轧成棒材，用作轴承钢。钢样的金相检测表明，没有游离的硫化物，仅仅存在含硫化物的MgO•Al2O3尖晶石和/或MgO夹杂物。氧化物夹杂的尺寸很小，全部小于10微米。对轧材进行旋转弯曲疲劳试验，结果表明，轧材的性能非常好。与未用镁处理的钢相比，力学性能大约改善5倍。试验还表明，经热轧然后冷轧得到薄钢板的过程中，镁处理钢在冷轧时没有产生裂纹，而一般钢在轧制时会多次出现裂纹。因此，在严格控制的条件下，将镁加人到铝镇静钢，可以生产超洁净钢。
但是，在常压下，镁的沸点是1095℃，在炼钢温度下蒸气压很高，因此金属镁要加入到钢液中非常困难，其溶解度和利用率都很低。目前应用广泛的Ni-Mg合金(镁的质量分数在20%左右)加入钢液中，反应十分剧烈，镁的收得率很低，也不稳定。
东北大学采用降低含镁合金中镁的质量分数的办法，使镁在钢中反应过程趋于平稳，以期解决镁的反应性和收得率问题。他们利用金属粉末制备了Ni-Mg-Fe系和Ni-Mg-Mo-Fe系中间合金，利用机械粉末压片机将配好的合金粉末压成片，以300M钢为研究钢种，利用实验室二硅化钼炉进行实验，将含镁合金按照镁质量分数设计目标添加到钢中。他们的实验获得以下成果：一，镁处理后钢中镁的质量分数检测表明，坩埚熔池中在加入合金压块后镁的溶解量基本处于稳定状态，各钢样中镁的质量分数相差不大，镁的收得率都超过了预设的5%，但加入更多的镁，只会变成镁蒸气从钢液中逸出，降低镁的收得率。二，加入合金压块后，坩埚熔池内硫的质量分数明显降低，镁处理保持了稳定的脱硫率，脱硫率达24%~46%。三，镁处理后钢中的全氧质量分数明显降低，说明镁的加入起到了显著的脱氧效果。四，经过镁处理后，钢中的夹杂物成分变化明显，单相的Al2O3和MnS基本消失，取而代之的是大量的MgS或者MgO为核心的夹杂物，有些外面包裹着MnS，形成复合产物;或者是以MgO•Al2O3为核心，外面包裹着低熔点MnS的复合夹杂物，夹杂物内Cr,V,Ni等的合金氧化物非常少。这说明活泼的镁将这些金属元素，也包括一部分的Al2O3中的铝，从其氧化物中还原出来了。
上述研究结果表明，东北大学该课题组所开发的含镁合金体系适用于熔炼超高强度钢的脱硫脱氧，将其中的有害夹杂物无害化，为利用镁处理生产超纯净钢以及改善钢的显微组织和机械性能提供了一条有效途径。（钢研）