孫振宇 ，李葉忠 ，趙晨光 ，李澤林 ，王成青 ，高立超 ，翟利平

（1.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山114021；2.鞍鋼股份有限公司科技質量部，遼寧 鞍山114021）

SWRCH22A為碳素冷鐓鋼，主要用于生產(chǎn)自攻螺釘、緊固螺栓等標準緊固件及自行車零部件。在冷鐓鋼加工過程中，所承受的變形速度高，標準件變形量大（60%～70%），要求冷鐓鋼盤條必須具有良好的性能。冷鐓鋼盤條邊緣的大顆粒夾雜物對冷頂鍛裂紋的產(chǎn)生有直接影響，主要表現(xiàn)在夾雜物受到冷鐓壓力脫落后形成裂紋源。因此，為了保證冷鐓鋼的加工性能，要求鋼材具有較高的純凈度，尤其是鋼中大于50 μm的大型夾雜物含量要低。

冷鐓鋼連鑄坯穩(wěn)態(tài)澆注時的鑄坯質量基本能保證要求，其夾雜物尺寸在50 μm以下，為圓形或近似圓形。而非穩(wěn)態(tài)時期，由于鋼水二次氧化和卷渣，鋼水中大型夾雜物含量增加，鋼水純凈度變差，鑄坯質量惡化。根據(jù)IF鋼中夾雜物與T[O]關系研究結果[1]得知：T[O]與大型夾雜物沒有對應關系，T[O]難以表征大型夾雜物數(shù)量。為此，采用金相分析方法研究了小方坯冷鐓鋼SWRCH22A非穩(wěn)態(tài)鑄坯的頭坯、尾坯以及過渡坯中的夾雜物分布情況。

1 研究方法

1.1 生產(chǎn)工藝及澆鑄參數(shù)

SWRCH22A碳素冷鐓鋼生產(chǎn)工藝為鐵水預處理脫硫→轉爐冶煉→LF精煉、鈣處理→180 mm×180 mm小方坯連鑄。LF鈣處理后軟吹10 min左右。澆鑄過程鋼包鋼水約100 t，中間包鋼水約25 t，中間包鋼水過熱度約25℃，連鑄拉速2.0 m/min。全程保護澆鑄，即大包和中間包之間采用大包套管，大包水口和大包套管之間采用氬封，中間包與結晶器之間采用浸入式水口，中間包水口與浸入式水口之間采用密封墊，結晶器采用保護渣。

1.2 取樣方法

分別取SWRCH22A頭坯1～16 m，每隔1 m取一塊樣；交換鋼包交接坯（過渡坯）1～17 m，每隔1 m取一塊樣；尾坯1～10 m，每隔1 m取一塊樣。測中間包鋼水溫度及化學成分，結果見表1。圖1為取樣示意圖。

表1 中間包鋼水溫度及化學成分

圖1 取樣示意圖

按照圖1所示,沿每個鑄坯的厚度方向，在內(nèi)弧表面和距離內(nèi)弧表面的1/4處取30 mm×20 mm×20 mm的金相試樣各6個。在顯微鏡下觀察夾雜物顆粒，并對典型夾雜進行拍照，采用掃描電鏡對典型夾雜分析成分。研究鑄坯夾雜物成分、形態(tài)、尺寸分布情況。

2 檢測結果

2.1 夾雜物尺寸分布情況

鑄坯夾雜物尺寸分布情況見表2。由表2可見，尾坯中10～20 μm的小尺寸夾雜物較多，頭坯與過渡坯夾雜物尺寸分布類似，尺寸較大。

表2 夾雜物尺寸分布情況 個/mm2

2.2 頭坯夾雜物情況

觀察發(fā)現(xiàn),頭坯夾雜物的形態(tài)有團蔟狀、近似圓形、塊狀3種類型，其中1～6 m的頭坯內(nèi)均存在團蔟狀、近似圓形的夾雜物，尺寸較大，最大可達500 μm；7～16 m的頭坯內(nèi)夾雜物近似圓形，夾雜物尺寸在100 μm以下。頭坯中夾雜物尺寸隨取樣位置的變化見圖2，典型夾雜物形貌見圖3。能譜分析結果顯示，夾雜物主要成分為Al2O3。

2.3 過渡坯夾雜物情況

過渡坯夾雜物有近似圓形、塊狀、長條形3種，其中1～3 m的過渡坯內(nèi)均存在近似圓形、塊狀的夾雜物，近似圓形的夾雜物尺寸小，在20 μm以下，而塊狀夾雜物尺寸大，最大可達100 μm；4～17 m過渡坯中夾雜物形狀變?yōu)閳A形、長條形，尺寸在20 μm以下，過渡坯中夾雜物尺寸隨取樣位置的變化見圖4，夾雜物典型形貌見圖5。能譜分析表明，夾雜物主要成分為Al2O3和鈣鋁酸鹽。

圖2 頭坯中夾雜物尺寸隨取樣位置的變化

圖3 頭坯中典型夾雜物形貌

圖4 過渡坯中夾雜物尺寸隨取樣位置的變化

圖5 過渡坯中夾雜物典型形貌

2.4 尾坯夾雜物情況

尾坯中夾雜物尺寸隨取樣位置的變化見圖6，夾雜物典型形貌見圖7。由圖6看出，1～10 m的尾坯中夾雜物尺寸較小，由圖7看出，夾雜物只有近似圓形一種，與正常鑄坯沒有差別。能譜分析結果顯示，夾雜物主要成分為Al2O3和鈣鋁酸鹽。

3 夾雜物結果分析

圖6 尾坯中夾雜物尺寸隨取樣位置的變化

圖7 尾坯夾雜物典型形貌

小方坯冷鐓鋼SWRCH22A屬于鋁脫氧鋼種，高熔點的Al2O3以及鋼液中的Al還原爐渣或耐材中的MgO生成MgO·Al2O3。鈣處理時鈣對高熔點的Al2O3和MgO·Al2O3進行變質處理，形成液態(tài)低熔點的鈣鋁酸鹽。熱力學上，鈣可以很容易地將MgO·Al2O3變性為液態(tài)鈣鋁酸鹽，但夾雜物變性受夾雜物尺寸和反應時間的限制，部分夾雜物變性不完全或不能變性。

頭坯1～6 m存在的大量蔟狀夾雜物主要為爐渣和耐材成分，7 m以后為變性不完全的MgO·Al2O3和不變性的Al2O3，分析其來源主要應為首罐開澆過程中,中間包沖刷脫落的耐材、LF爐冶煉過程的脫氧產(chǎn)物未充分變形及去除、開澆過程產(chǎn)生了大量的二次氧化產(chǎn)物所致；過渡坯中夾雜物為變性不完全的 MgO·Al2O3和不變性的Al2O3，分析其來源主要應為LF爐脫氧產(chǎn)物未充分去除、更換鋼水罐開澆時產(chǎn)生的二次氧化產(chǎn)物；尾坯中的夾雜物主要為已變性的液態(tài)鈣鋁酸鹽，對冷鐓性能有利。

4 夾雜物控制方法

根據(jù)以上的檢驗及分析得知，小方坯冷鐓鋼SWRCH22A非穩(wěn)態(tài)鑄坯夾雜物的分布及形態(tài)比較復雜。為了更好的控制夾雜物，進一步提高鑄坯的純凈度，提出以下控制方法。

（1）提高中間包耐火材料的質量及中間包整備質量，提高中間包的耐沖刷性和潔凈度。

（2）優(yōu)化LF爐脫氧合金（鋁線段）加入時機和加入量，保證LF爐冶煉前期一次性調(diào)鋁成功率，優(yōu)化冷鐓鋼精煉工藝操作，保證LF爐冶煉周期充足，增加LF爐冶煉結束后的弱吹氬工藝，進一步為夾雜物去除提供時間。

（3）優(yōu)化連鑄換罐操作，縮短換罐時間，盡量減少鋼水二次污染。

（4）優(yōu)化切割程序，對鑄坯分級標注管理，對后續(xù)性能造成影響的鑄坯報廢或降級處理。

5 結論

（1）分析認為，小方坯冷鐓鋼SWRCH22A非穩(wěn)態(tài)鑄坯不同位置的夾雜物尺寸隨著澆注長度的增加而減小。應采取提高中間包耐材質量、優(yōu)化冷鐓鋼精煉工藝操作、縮短連鑄換罐時間等措施以提高小方坯冷鐓鋼SWRCH22A鑄坯的純凈度。

（2）建議將小方坯冷鐓鋼SWRCH22A頭坯1～6 m進行報廢處理，頭坯7～16 m以及中間過渡坯降級處理，而尾坯可以正常使用。