敬业钢厂板坯夹杂物的研究

郭辉，张垚

（河钢唐钢长材部，河北唐山063000）

敬业钢厂板坯夹杂物的研究

郭辉，张垚

（河钢唐钢长材部，河北唐山063000）

将现场取样用化学分析、金相分析等方法，对敬业钢厂的连铸板坯夹杂物进行了初步的研究。研究结果表明：钢水经过吹氩喂丝处理后，夹杂物数量明显下降；在钢包吹氩处理后到中间包的过程中，钢水中夹杂物去除效果不理想，且在此过程中有吸氮和二次氧化发生，影响了钢水的洁净度，对钢水的保护有待于进一步改善。

非金属夹杂二次氧化脱氧

非金属夹杂物是钢中的氧化物、硫化物和高熔点氮化物等非金属化合物的总称，作为独立相存在且不受热处理影响的非金属夹杂物能破坏钢基体的连续性，使钢在轧制过程中容易形成裂纹。此外，非金属夹杂物不仅能提高钢的脆性转变温度，使钢材有变脆的倾向，而且还会造成应力集中，降低钢材强度。

1 钢中夹杂物来源

1）外来夹杂物。冶金耐材、钢渣等在钢水中混合熔融形成的大颗粒易上浮的夹杂。

2）内生夹杂物。在冶炼、浇注和凝固过程中反应来不及排除而残留在钢中的O、S、N等的反应生成物。内生夹杂依据形成的时间阶段又分为：一次夹杂（又称原生夹杂，是钢液脱氧反应时生成的脱氧产物）；二次夹杂（钢水在转序流程温度下降造成平衡移动而产生的夹杂）；三次夹杂（又称再生夹杂，是钢水浇注时在凝固过程中产生的夹杂）；四次夹杂（已经凝固的钢坯温度继续下降时由于固态相变时溶解度变化而析出的夹杂）。

2 钢中夹杂物评定方法

夹杂物评定方法有低倍、硫印、电解、金相和扫描电镜等。

1）低倍检验是用试剂对钢样进行化学侵蚀，利用钢中缺陷和基体侵蚀程度的差异来显示铸坯中可能存在的凝固枝晶、缩孔疏松、裂纹、夹杂、偏析以及白点等缺陷。

2）硫印实验是用来直接检验硫并间接检验其他元素在钢中偏析或分布的一种方法。低倍、硫印检测都是对钢中宏观尺度夹杂物或其他缺陷的分布与程度进行定性的评价。

3）大样电解是萃取与分析钢中大于50μm非金属氧化物的一种常用方法。

4）金相法是统计分析评定钢中小于50μm非金属氧化物的一种方法。

3 钢水氮氧变化分析

钢中夹杂物的含量常用钢中的全氧（T[O]）来表示。钢中的总氧越高表明钢中的夹杂物越多。脱氧后，钢中溶解的氧含量低使其迅速吸氮，因此，检测氮的变化，就是间接的检测钢水吸氧二次氧化程度，钢水氮含量增加越多，二次氧化越严重。

根据生产安排，本次试验选取试生产的S235JR船板钢，其化学成分如表1所示。本次试验进行了1个浇次连续3炉的取样，即氩后钢包，中间包浇注前、中、后期用钢水取样器取样。对所取小圆样用线切割机制取氮氧样（5mm×5mm×40mm）和金相样（10mm×10mm×15mm）。试样的成分和氮氧分析结果见下页表2。

表1 S235JR主要成分表%

3.1 中间包T[O]，T[N]的变化

图1为中间包钢水中w（T[O]）、w（T[N]）随浇铸时间变化的变化，试验过程w（T[O]）平均为171× 10－6，夹杂偏高，总体上试验浇次全程w（T[O]）波动较大，尤其是全程w（T[O]）峰值出现在钢包回转台在1号炉次浇注完成回转换2号炉次浇注时，由于钢

编号主要成分/%氮氧分析/（× 10－6）w（C）w（Si）w（Mn）w（P）w（S）w（T[O]）w（T[N]）包样中包浇注前期样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中包浇注中期样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中包浇注后期样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

图1 中间包w（T[O]）、w（T[N]）的变化

表2试样的成分和氮氧分析结果包下渣和中间包液面降低卷渣造成2号炉次浇注中期w（T[O]）大幅度增加，中间包全程w（T[N]）平均为43×10－6，中间包钢水T[N]含量波动不大，说明钢水二次氧化不明显，保护浇注效果较好。

3.2 钢包吹Ar后到中间包T[O]、T[N]的变化

由图2可以看出，转炉出钢吹Ar后到达中间包过程，w（T[O]）都有明显的下降，最少的3号也由207×10－6降低到166×10－6，减少了至少40×10－6，降幅达20%，夹杂明显减少，说明吹Ar去夹杂效果明显。w（T[N]）各炉显著上升，最多的2号由16×10－6增加到42×10－6，增加了26×10－6，说明出钢后钢包吹Ar到中间包回转台的过程中钢水吸气二次氧化严重。

4 非金属夹杂物的金相鉴定

4.1 非金属夹杂形态与分布

金相法鉴定夹杂物主要依据的是它的光学特性，形态分布和化学性质等。很多夹杂物都有特定的外形，这种特定的外形和分布方式与夹杂物的类型、来源有关。

夹杂物的光学特性是指它对光的反射能力，自身的透明度及色彩，是否具有光学各向异性及对光的干涉效应等，这是利用光学显微镜鉴定夹杂物的重要手段，见表3。

表3 常见夹杂物的光学特征

4.2 金相试样制备方法

将线切割机制备的金相样（10mm×10mm×15 mm）依次用200号、400号、500号、600号、700号、800号的金相干砂纸进行磨制。试样与砂纸平面平行单方向研磨。换下一号砂纸时必须要同时改变研磨方向90°（或旋转试样90°磨制）。磨完800号砂纸时，清水冲洗，吹风机吹干，经尼龙抛光机抛光后，清水冲洗试样，酒精滴洗抛光面，再用吹风机吹干。

光学显微镜（100×）下观察抛光面无水渍、划痕和抛光坑，则金相试样合格（见下页图3）。如果抛光面划痕明显，则还需重复抛光过程，注意防止过抛（过抛后，夹杂物会沿抛光方向拖尾。）

4.3 夹杂物形貌的金相观测

试样在金相显微镜下的典型夹杂物型貌如下页图4。

综合试样金相照片可以看出，试样中几乎都是球形的夹杂物，数量不一，分布不均。结合显微镜下标定尺寸看出大部分为小于10μm的分散小夹杂，大颗粒夹杂较少。

图3 磨制抛光好的金相试样

图4 金相显微镜下的夹杂物的型貌（500×）

通过对试样的整体观察，统计结果：夹杂物多为球形，三角形较少。一种是实心黑色球形，一种是中心小亮点的褐色球形；一种是外层光环包围中心小亮点的褐色球形。夹杂物的颜色基本上都是黑色或褐色，多为分布不均的小颗粒，大颗粒夹杂物很少。

金相结果表明，球形的硅酸盐夹杂物占据了绝大部分（至少90%以上），经喂丝钙处理没有完全变形的三角形氧化铝夹杂物只有很少的部分。

4.4 夹杂物的晶粒度演变分析

钢中夹杂物晶粒度评级测量实质就是确定夹杂物所占的体积百分数，本试验测定选用20×20的网格（共400点），在500×显微镜下观察，检查视场数为100个。夹杂物大小按0~2.5μm、2.5~7.5μm、7.5~12.5μm、＞12.5μm四级分别统计，各类夹杂物纯净度的总和即钢中夹杂物总的纯净度d。统计结果见表4。

式中：P为所有视场累计落在夹杂物上的总点数，K为检查视场数（本实验中为100）

表4 试样晶粒度（体积或面积分数）统计结果%

由表4数据绘制夹杂物面积分数演变图如图5所示。可以看出，总体上在出钢吹氩后，中包浇注过程中，夹杂物面积百分数还是呈下降的趋势，尤其是钢水中夹杂物在吹氩后有明显的下降，这和T[O]分析结果是一致的，因为这两项都是夹杂物数量的相关参数。但夹杂物在中间包上浮的过程中，由于小夹杂物的聚集作用，在浇注后期夹杂物的大小平均比中期的大，这样就使得相同夹杂物个数时，面积分数就会大些。

从吹氩后到中间包的过程，理论上由于夹杂物上浮作用，其数量会减小；但是该过程还伴随着钢水吸气出现的二次氧化，以及钢包耐材的熔融侵蚀，理论上钢水中夹杂物个数又会有所增加。但是综合两个作用的强弱大小，就整个中包浇注过程来说，夹杂物的个数是减小的。

4.5 夹杂物综合评定

金相分析结果显示，钢中主要是球形的硅酸盐氧化物夹杂。面积分数统计小于12μm的夹杂占95%以上，这部分夹杂是凝固过程中产生的，钢中氧含量高低直接决定其数量多少，这说明转炉终点钢水氧含量控制还需降低。铁水预处理脱硫效果好，硫化物夹杂很少。大于12μm的夹杂只有不足5%，形态上虽然多为球形，但仍然有少量的不规则多边形，说明喂丝工艺处理夹杂变性还需完善。

5 结论

对敬业钢厂板坯夹杂物做了初步分析，根据实验结果和理论分析，得出了以下主要结论：

1）从形态上看，非金属夹杂物绝大部分为球形，极少量为三角形。

2）从大小上看，95%以上为小于12μm的夹杂物，大型夹杂物很少。

3）从类型上看，夹杂物以球形硅酸盐为主，硫化物夹杂物很少。

4）从来源上看，夹杂物主要来源于内生的一次夹杂和二次夹杂。

5）钢包吹氩后夹杂至少减少20%。在保证生产节奏和氩后温度的基础上，可以采用小气量延长吹氩时间能利于去除更多的大颗粒夹杂物。

6）钢包吹氩后到中包的过程中钢水吸气二次氧化严重，最多的炉次氮质量分数增加了26×10－6，此过程的钢水保护有待改善。中包浇注过程钢水二次氧化不明显，保护浇注效果较好。（编辑：苗运平）

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

郭辉（1983—），男，河北唐山人，大学本科，毕业于河北理工大学冶金工程专业，现就职于河钢唐钢长材部。