钢金属杂物的研讨

0引言20G钢又叫高压锅炉钢，是锅炉钢的一种，具有中空截面、周边没有焊缝，可大量用作输送流体的管道［1-2］。高压锅炉钢管属于无缝钢管，其生产工艺与无缝钢管一样，但由于20G高压锅炉钢管经常处于高温高压的环境条件下，高温烟气和水蒸气会对锅炉钢管侵蚀和氧化，因此对生产钢管所用的钢坯质量要求十分严格［3-8］。钢管不仅要具有较高的持久强度，还要有较好的抗氧化腐蚀性能和组织稳定性［9-10］。某钢铁公司20G钢在生产初期，存在裂纹缺陷，严重影响了20G钢的质量，使轧制合格率和成材率降低。为了解决20G钢裂纹问题，对钢中非金属夹杂物的类型、数量及分布等进行了研究。

1生产及试验条件

1．1化学成分20G钢管化学成分要求如表1所示。

1．2生产流程某钢铁公司20G钢生产工艺流程为:铁水预处理转炉精炼炉中间包连铸机。其工艺参数如下。1)转炉:120t顶底复合吹炼转炉。2)精炼炉:130tLF钢包精炼炉。3)中间包:25t，结构见图1;液面高度:830mm。4)结晶器:长度1000mm，组合式结晶器。5)连铸机:半径9000mm;12机12流小方坯连铸机。2试验结果分析

2．1铸坯中显微夹杂物的形貌、组成与粒径分布通过金相和扫描电镜分析，铸坯中检测出三类显微夹杂，主要分为:CaS-SiO2-Al2O3复合夹杂、MnS夹杂、Al2O3夹杂，其中CaS-SiO2-Al2O3复合夹杂最多，其次是MnS夹杂，Al2O3夹杂最少。铸坯中显微夹杂物含硫较高，CaS-SiO2-Al2O3复合夹杂硫含量为3%～15%，MnS夹杂中硫含量约为25%。其典型的夹杂物形貌及能谱分析结果如图2、图3所示。利用体积率统计法统计试验炉次铸坯上显微夹杂物体积百分率。显微夹杂物按粒度分为0～5、5～10、10～15、15～20μm四级。20G钢正常坯和连浇坯中显微夹杂物在铸坯厚度上沿内弧到外弧的体积率分布如图4、5所示。由于粒径15～20μm夹杂很少，所以图中没有绘制粒径15～20μm的夹杂物体积率分布。在距内弧1/3处显微夹杂物数量最高，连浇坯中显微夹杂物数量沿内弧到外弧波动较大，正常坯中显微夹杂物分布较平均。铸坯中显微夹杂物粒径较小，小于10μm的夹杂物占95%，其中0～5μm约占60%，5～10μm约占35%;10～15μm较少，约占5%。正常坯中显微夹杂物平均总体积率0．149%，铸坯洁净度较高，而连浇坯中为0.184%，是正常坯的1．23倍。2．2铸坯中大型夹杂物的形貌、组成与粒径分布采用大样电解法分析铸坯中大于50μm的大型夹杂物，检测到两类夹杂:主要为CaS-SiO2-Al2O3-MgO复合夹杂和SiO2夹杂。其中CaS-SiO2-Al2O3-MgO复合夹杂组成为:SO315%～20%、SiO2小于40%、CaO小于15%、MgO小于7%、Al2O35%～17%;SiO2夹杂中SiO2大于70%。其典型形貌及能谱分析结果如图6、7和表2、3所示。铸坯中大型夹杂物数量变化为:1流连浇坯中大型夹杂物含量为3．31mg/kg，而1流正常坯中大型夹杂物含量为1.81mg/kg，比连浇坯低45.3%;在6流正常坯中大型夹杂物含量为1.45mg/kg，比1流连浇坯低56.3%，比1流正常坯低20%。由以上数据分析可知，连浇坯中大型夹杂物含量偏高，正常坯中大型夹杂物含量低，洁净度较高。其夹杂物主要来源于结晶器保护渣，其次是钢包渣和中间包渣。铸坯中大型夹杂物粒径分析如图8所示。在1流正常坯中粒径大于300μm的大颗粒夹杂含量为1．473mg/kg，占81．25%;粒径80～140μm夹杂物含量为0．057mg/kg，只占3．13%。6流正常坯中粒径大于300μm夹杂含量为0．839mg/kg，比1流中少43．04%;粒径80～140μm夹杂物含量为0．382mg/kg，比1流增加0．325mg/kg。由此看来，1流正常坯中大型夹杂物含量明显高于6流正常坯。因此，应对中间包流场进行进一步优化，以尽量去除大颗粒夹杂，提高铸坯的洁净度。

3结论

1)正常铸坯中显微夹杂物平均总体积率0.149%，连浇坯中显微夹杂物平均总体积率为0.184%，正常坯中显微夹杂物平均含量为38．5个/mm2，连浇坯中含量为58．5个/mm2，是正常坯的1．5倍。2)铸坯中显微夹杂粒度分布为:铸坯中显微夹杂物粒径较小，以小于10μm的夹杂物占95%，其中0～5μm约占60%，5～10μm约占35%，10～15μm较少，约占5%。在距内弧1/3处显微夹杂物数量最高，连浇坯中显微夹杂物数量沿内弧到外弧波动较大，正常坯中显微夹杂物分布较平均。3)铸坯中的显微夹杂主要是CaS-SiO2-Al2O3复合夹杂、MnS夹杂、Al2O3夹杂。其显微夹杂主要是由于脱氧产物和中包液面二次氧化产物所致，另外结晶器液面也是导致钢液污染的一个原因，而钢包液面对显微夹杂影响不大。4)铸坯中主要的大型非金属夹杂物为CaS-SiO2-Al2O3-MgO复合夹杂和SiO2夹杂两类，大型夹杂粒径大于300μm约占大型非金属夹杂物的70%，正常坯中大型夹杂物平均含量为1．81mg/kg，连浇坯中含量为3．31mg/kg，是正常坯的1．8倍。其夹杂物主要是由于结晶器保护渣卷渣所致，另外中包覆盖剂和钢包渣卷入也是钢水污染的一个原因。5)提高非稳态浇注时操作的稳定性，加强脱氧，减少夹杂并促进其上浮，可进一步提高钢坯质量。