郭輝，張垚

（河鋼唐鋼長材部，河北唐山063000）

敬業(yè)鋼廠板坯夾雜物的研究

郭輝，張垚

（河鋼唐鋼長材部，河北唐山063000）

將現(xiàn)場取樣用化學分析、金相分析等方法，對敬業(yè)鋼廠的連鑄板坯夾雜物進行了初步的研究。研究結果表明：鋼水經(jīng)過吹氬喂絲處理后，夾雜物數(shù)量明顯下降；在鋼包吹氬處理后到中間包的過程中，鋼水中夾雜物去除效果不理想，且在此過程中有吸氮和二次氧化發(fā)生，影響了鋼水的潔凈度，對鋼水的保護有待于進一步改善。

非金屬夾雜二次氧化脫氧

非金屬夾雜物是鋼中的氧化物、硫化物和高熔點氮化物等非金屬化合物的總稱，作為獨立相存在且不受熱處理影響的非金屬夾雜物能破壞鋼基體的連續(xù)性，使鋼在軋制過程中容易形成裂紋。此外，非金屬夾雜物不僅能提高鋼的脆性轉變溫度，使鋼材有變脆的傾向，而且還會造成應力集中，降低鋼材強度。

1 鋼中夾雜物來源

1）外來夾雜物。冶金耐材、鋼渣等在鋼水中混合熔融形成的大顆粒易上浮的夾雜。

2）內(nèi)生夾雜物。在冶煉、澆注和凝固過程中反應來不及排除而殘留在鋼中的O、S、N等的反應生成物。內(nèi)生夾雜依據(jù)形成的時間階段又分為：一次夾雜（又稱原生夾雜，是鋼液脫氧反應時生成的脫氧產(chǎn)物）；二次夾雜（鋼水在轉序流程溫度下降造成平衡移動而產(chǎn)生的夾雜）；三次夾雜（又稱再生夾雜，是鋼水澆注時在凝固過程中產(chǎn)生的夾雜）；四次夾雜（已經(jīng)凝固的鋼坯溫度繼續(xù)下降時由于固態(tài)相變時溶解度變化而析出的夾雜）。

2 鋼中夾雜物評定方法

夾雜物評定方法有低倍、硫印、電解、金相和掃描電鏡等。

1）低倍檢驗是用試劑對鋼樣進行化學侵蝕，利用鋼中缺陷和基體侵蝕程度的差異來顯示鑄坯中可能存在的凝固枝晶、縮孔疏松、裂紋、夾雜、偏析以及白點等缺陷。

2）硫印實驗是用來直接檢驗硫并間接檢驗其他元素在鋼中偏析或分布的一種方法。低倍、硫印檢測都是對鋼中宏觀尺度夾雜物或其他缺陷的分布與程度進行定性的評價。

3）大樣電解是萃取與分析鋼中大于50μm非金屬氧化物的一種常用方法。

4）金相法是統(tǒng)計分析評定鋼中小于50μm非金屬氧化物的一種方法。

3 鋼水氮氧變化分析

鋼中夾雜物的含量常用鋼中的全氧（T[O]）來表示。鋼中的總氧越高表明鋼中的夾雜物越多。脫氧后，鋼中溶解的氧含量低使其迅速吸氮，因此，檢測氮的變化，就是間接的檢測鋼水吸氧二次氧化程度，鋼水氮含量增加越多，二次氧化越嚴重。

根據(jù)生產(chǎn)安排，本次試驗選取試生產(chǎn)的S235JR船板鋼，其化學成分如表1所示。本次試驗進行了1個澆次連續(xù)3爐的取樣，即氬后鋼包，中間包澆注前、中、后期用鋼水取樣器取樣。對所取小圓樣用線切割機制取氮氧樣（5mm×5mm×40mm）和金相樣（10mm×10mm×15mm）。試樣的成分和氮氧分析結果見下頁表2。

表1 S235JR主要成分表%

3.1 中間包T[O]，T[N]的變化

圖1為中間包鋼水中w（T[O]）、w（T[N]）隨澆鑄時間變化的變化，試驗過程w（T[O]）平均為171× 10－6，夾雜偏高，總體上試驗澆次全程w（T[O]）波動較大，尤其是全程w（T[O]）峰值出現(xiàn)在鋼包回轉臺在1號爐次澆注完成回轉換2號爐次澆注時，由于鋼

編號主要成分/%氮氧分析/（× 10－6）w（C）w（Si）w（Mn）w（P）w（S）w（T[O]）w（T[N]）包樣中包澆注前期樣1 0.16 0.28 0.92 0.028 0.017 202.45 20.68 2 0.12 0.26 0.72 0.015 0.018 210.28 16.45 3 0.12 0.27 0.79 0.017 0.020 207.31 24.88 1-1 0.15 0.24 0.83 0.026 0.017 150.69 41.51 2-1 0.14 0.24 0.76 0.019 0.018 149.96 41.95 3-1 0.15 0.23 0.76 0.016 0.015 166.12 43.21中包澆注中期樣1-2 0.15 0.25 0.86 0.027 0.018 177.46 43.05 2-2 0.14 0.24 0.73 0.017 0.017 280.74 40.23 3-2 0.12 0.23 0.78 0.016 0.017 157.8 38.74中包澆注后期樣1-3 0.16 0.26 0.89 0.018 0.023 181.97 42.81 2-3 0.13 0.24 0.74 0.016 0.018 155.26 48.58 3-3 0.12 0.23 0.79 0.017 0.019 114.27 47.77

圖1 中間包w（T[O]）、w（T[N]）的變化

表2試樣的成分和氮氧分析結果包下渣和中間包液面降低卷渣造成2號爐次澆注中期w（T[O]）大幅度增加，中間包全程w（T[N]）平均為43×10－6，中間包鋼水T[N]含量波動不大，說明鋼水二次氧化不明顯，保護澆注效果較好。

3.2 鋼包吹Ar后到中間包T[O]、T[N]的變化

由圖2可以看出，轉爐出鋼吹Ar后到達中間包過程，w（T[O]）都有明顯的下降，最少的3號也由207×10－6降低到166×10－6，減少了至少40×10－6，降幅達20%，夾雜明顯減少，說明吹Ar去夾雜效果明顯。w（T[N]）各爐顯著上升，最多的2號由16×10－6增加到42×10－6，增加了26×10－6，說明出鋼后鋼包吹Ar到中間包回轉臺的過程中鋼水吸氣二次氧化嚴重。

4 非金屬夾雜物的金相鑒定

4.1 非金屬夾雜形態(tài)與分布

金相法鑒定夾雜物主要依據(jù)的是它的光學特性，形態(tài)分布和化學性質(zhì)等。很多夾雜物都有特定的外形，這種特定的外形和分布方式與夾雜物的類型、來源有關。

夾雜物的光學特性是指它對光的反射能力，自身的透明度及色彩，是否具有光學各向異性及對光的干涉效應等，這是利用光學顯微鏡鑒定夾雜物的重要手段，見表3。

表3 常見夾雜物的光學特征

4.2 金相試樣制備方法

將線切割機制備的金相樣（10mm×10mm×15 mm）依次用200號、400號、500號、600號、700號、800號的金相干砂紙進行磨制。試樣與砂紙平面平行單方向研磨。換下一號砂紙時必須要同時改變研磨方向90°（或旋轉試樣90°磨制）。磨完800號砂紙時，清水沖洗，吹風機吹干，經(jīng)尼龍拋光機拋光后，清水沖洗試樣，酒精滴洗拋光面，再用吹風機吹干。

光學顯微鏡（100×）下觀察拋光面無水漬、劃痕和拋光坑，則金相試樣合格（見下頁圖3）。如果拋光面劃痕明顯，則還需重復拋光過程，注意防止過拋（過拋后，夾雜物會沿拋光方向拖尾。）

4.3 夾雜物形貌的金相觀測

試樣在金相顯微鏡下的典型夾雜物型貌如下頁圖4。

綜合試樣金相照片可以看出，試樣中幾乎都是球形的夾雜物，數(shù)量不一，分布不均。結合顯微鏡下標定尺寸看出大部分為小于10μm的分散小夾雜，大顆粒夾雜較少。

圖3 磨制拋光好的金相試樣

圖4 金相顯微鏡下的夾雜物的型貌（500×）

通過對試樣的整體觀察，統(tǒng)計結果：夾雜物多為球形，三角形較少。一種是實心黑色球形，一種是中心小亮點的褐色球形；一種是外層光環(huán)包圍中心小亮點的褐色球形。夾雜物的顏色基本上都是黑色或褐色，多為分布不均的小顆粒，大顆粒夾雜物很少。

金相結果表明，球形的硅酸鹽夾雜物占據(jù)了絕大部分（至少90%以上），經(jīng)喂絲鈣處理沒有完全變形的三角形氧化鋁夾雜物只有很少的部分。

4.4 夾雜物的晶粒度演變分析

鋼中夾雜物晶粒度評級測量實質(zhì)就是確定夾雜物所占的體積百分數(shù)，本試驗測定選用20×20的網(wǎng)格（共400點），在500×顯微鏡下觀察，檢查視場數(shù)為100個。夾雜物大小按0~2.5μm、2.5~7.5μm、7.5~12.5μm、＞12.5μm四級分別統(tǒng)計，各類夾雜物純凈度的總和即鋼中夾雜物總的純凈度d。統(tǒng)計結果見表4。

式中：P為所有視場累計落在夾雜物上的總點數(shù)，K為檢查視場數(shù)（本實驗中為100）

表4 試樣晶粒度（體積或面積分數(shù)）統(tǒng)計結果%

由表4數(shù)據(jù)繪制夾雜物面積分數(shù)演變圖如圖5所示?？梢钥闯觯傮w上在出鋼吹氬后，中包澆注過程中，夾雜物面積百分數(shù)還是呈下降的趨勢，尤其是鋼水中夾雜物在吹氬后有明顯的下降，這和T[O]分析結果是一致的，因為這兩項都是夾雜物數(shù)量的相關參數(shù)。但夾雜物在中間包上浮的過程中，由于小夾雜物的聚集作用，在澆注后期夾雜物的大小平均比中期的大，這樣就使得相同夾雜物個數(shù)時，面積分數(shù)就會大些。

從吹氬后到中間包的過程，理論上由于夾雜物上浮作用，其數(shù)量會減??；但是該過程還伴隨著鋼水吸氣出現(xiàn)的二次氧化，以及鋼包耐材的熔融侵蝕，理論上鋼水中夾雜物個數(shù)又會有所增加。但是綜合兩個作用的強弱大小，就整個中包澆注過程來說，夾雜物的個數(shù)是減小的。

4.5 夾雜物綜合評定

金相分析結果顯示，鋼中主要是球形的硅酸鹽氧化物夾雜。面積分數(shù)統(tǒng)計小于12μm的夾雜占95%以上，這部分夾雜是凝固過程中產(chǎn)生的，鋼中氧含量高低直接決定其數(shù)量多少，這說明轉爐終點鋼水氧含量控制還需降低。鐵水預處理脫硫效果好，硫化物夾雜很少。大于12μm的夾雜只有不足5%，形態(tài)上雖然多為球形，但仍然有少量的不規(guī)則多邊形，說明喂絲工藝處理夾雜變性還需完善。

5 結論

對敬業(yè)鋼廠板坯夾雜物做了初步分析，根據(jù)實驗結果和理論分析，得出了以下主要結論：

1）從形態(tài)上看，非金屬夾雜物絕大部分為球形，極少量為三角形。

2）從大小上看，95%以上為小于12μm的夾雜物，大型夾雜物很少。

3）從類型上看，夾雜物以球形硅酸鹽為主，硫化物夾雜物很少。

4）從來源上看，夾雜物主要來源于內(nèi)生的一次夾雜和二次夾雜。

5）鋼包吹氬后夾雜至少減少20%。在保證生產(chǎn)節(jié)奏和氬后溫度的基礎上，可以采用小氣量延長吹氬時間能利于去除更多的大顆粒夾雜物。

6）鋼包吹氬后到中包的過程中鋼水吸氣二次氧化嚴重，最多的爐次氮質(zhì)量分數(shù)增加了26×10－6，此過程的鋼水保護有待改善。中包澆注過程鋼水二次氧化不明顯，保護澆注效果較好。（編輯：苗運平）

Study on Inclusions in Slab of Jingye SteelW orks

GUO Hui,ZHANG Yao
（HBISGroup Tangsteel Long Products Department,Tangshan Hebei063000）

Samplings of non-metallic inclusion from Jingye Steel works have been analyzed by means of chemical analysis and metallographic examination.The results of experiment shows:The Ar blowing and wire feeding cause the decreasing of inclusion effectively.The effect of removing inclusion between the process of ladle Ar blowing and tundish casting is not good.The occurrence of absorbing[N]and second oxidization during this process degrade the cleanness of the steel.The protection of steel should be further improved.

non-metallic inclusion,second oxidization,deoxidization

TG249.7

A

1672-1152（2017）02-0019-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.02.08

2017-02-15

郭輝（1983—），男，河北唐山人，大學本科，畢業(yè)于河北理工大學冶金工程專業(yè)，現(xiàn)就職于河鋼唐鋼長材部。