钢锭夹杂物形成机理及控制措施研究

Heilongjiang Metallurgy

黑龙江冶金

Vol. 36 No. 6December 2016

钢锭夹杂物形成机理及控制措施研究

杨平

(北满特殊钢有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔161041)

摘要:钢锭中的外来夹杂大部分属于非金属夹杂，少数属于金属夹杂。在钢锭中的分布没有规律，此类夹杂 物在钢中存在破坏钢锭基本组织的均匀性，连续性，在以后的加工成材时，热处理时，即在外力的作用下，就成 了钢的疲變破坏的根源。

关键词:夹杂物;非金属夹杂;金属夹杂物

The Research of Ihgot InclusionsReasons and Control Measures

Yang Ping

(Beiman Special Steel Co. , Ltd, Heilongjiang Qiqihaer 161041 China)

Abstract：In the ingot foreign inclusions mostly non metallic inclusion, a few are metallic inclusion.

Distribution in the ingot without rules, these inclusions damage uniformity of basic organization in the steel ingot, continuity, In the future when the timber processing, heat treatment, under the action of external force，a source of the fatigue damage of steel is root.

Key Words: inclusion; non metallic inclusion； metallic inclusions

1.1.3 氮化物夹杂

当钢中加入与氮亲和力较大的元素时形成 AlN，TiN，ZrN和VN等氮化物。在出钢和浇铸过 程中钢液与空气接触，氮化物的数量显著增加9

1.2形态的控制

夹杂物的类型、含量、尺寸大小、形态和分布 等对于钢的性能都有不同程度的影响，而且随着 钢的使用条件而异#各种夹杂物在压力加工前后 的形态变化见下图#

轧制前

球状不变形杂乱 .尖晶石等DI析性夹杂

簇状ai2o3夹杂 晶体包在塑性基体上的复相夹杂塑性硅酸盐和

硫化物夹杂相夹杂^^

某钢铁企业炼钢厂连续多月异型钢锭锻造后 发生探伤不合，取试片做低倍发现明显的非金属 夹杂物，通过高倍扫描电镜发现夹杂物成分主要 为AL、0、Mg、Ca、K、Na等。炼钢厂成立了钢锭夹 杂攻关组，攻关期间作者参与了解决钢锭夹杂进 行的一系列攻关试验，经过漫长的攻关过程，最终 夹杂缺陷得到了控制。

1钢中夹杂物的分类

1.1按化学成分主要分为三大类 1.1.1氧化物系夹杂

简单氧化物有 FeO, Fe2 03，MnO，Si02，Al2 03， MgO和Cu20等。在冶炼过程中，当用硅铁或铝进 行脱氧时，&02和A1203夹杂比较常见。1.1.2硫化物系夹杂

主要是FeS，MnS和CaS等。由于低熔点的 FeS易形成热脆，所以|般均要求钢中要含有一定 量的锰，使硫与锰形成熔点较高的MnS而消除 FeS的危害。

收稿日期=2016-10-08

::乂25

黑龙江冶金

第36卷

2钢中夹杂物来源

钢中的非金属夹杂物来源于两个方面:一是

4 冶炼工艺的改进

4.1电炉针对锻后钢锭出现的夹杂物，冶炼过程

较以往工艺规定进行了改进：(1) (2)

余钢水>2 t注余。

此时增碳），然后再加入合金，Si块按每炉30 kg加 入，Mn、Cr合金按100%回收率计算下限控制，白 随冶炼过程产生，即在出钢时加入铁合金的脱氧 产物和浇注过程中钢水和空气的二次氧化产物， 称内生夹杂;二是冶炼和浇铸过程中，带入钢液中 的炉渣和耐火材料以及钢液被大气氧化所形成的 氧化物，称外来夹杂物。2.1

内生夹杂

每炉装生铁>10 t，出钢量保证浇注完

出钢过程包中先加入碳粉1〜2袋（可

内生夹杂主要是脱氧时的脱氧产物，例如在 冶炼过程进行合金化时加入到钢液中的各种铁合

金元素（比如Cr、Si、Mn等），有一定的量被氧化， 形成MnO、FeO等。作为脱氧剂加入的AI生成脱 氧产物A1203 ;钢液温度下降时，硫、氧、氮等杂质 元素溶解度下降而以非金属夹杂形式出现的生 成物。2.2

外来夹杂

钢在冶炼和浇注过程中悬浮在钢液表面的炉 渣、或由炼钢炉、出钢槽和钢包等内壁剥落的耐火 材，或其他夹杂物在钢液凝固前未及时清除而留 于钢中。这类夹杂物一般的特征是外形不规则， 尺寸比较大，分布也没有规律。

3 炼钢厂钢镑:锻造后夹杂物的低倍 及扫描电镜

3.1 42CrM〇4低倍夹杂

结合上述理论并通过对出现探伤不合钢种的 低倍试片酸侵后发现明显的夹杂物，做高倍及对 夹杂物进行电镜扫描确定主要成分为AL、0、Mg、

Ca、K、Na等。经过一系列的研究排查确认成分为

AL、0、Mg、Ca等类夹杂物是脱氧产物及耐火材料

的剥落在钢液精炼脱氧过程中没能完全上浮。成 分为K、Na等类夹杂物是浇注系统的辅料在浇注 过程卷入到钢液中。

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灰加入200 kg/炉，电渣渣饼50 kg/炉。

(3) 电炉出钢C含量确定：中碳钢出钢0. 12% ;低碳钢出钢碳>0.08%。

(4) 电炉出严禁下渣，如下渣后必须进行倒

处理。

4.2精炼炉

(1)

钢水到LF工位按0. 070%喂入铝收率按100%计算；出钢C <0.08%时，C每降低 0. 01%，到LF位喂铝量增加0. 01%。

(2)

渣子化好后方可加入A1粒、C粉脱氧

粒使用量1〜2 kg/t，精炼后期采用Si粉脱氧，精 炼渣成分按 CaO:45% 〜55% ;Si02:10% 〜15% ; 1\\^0:8%〜12%;人1203:20%〜25%调整白灰用 量。白渣时间>20 min。

(3) 低碳钢真空前喂CaSi线2. 5 m/t或线0.8 m/t(钙有规格要求的除外），促进钢中夹杂 物变性上浮。4.3钥控制

4.3.1标准中无铝规格要求，真空前铝调整至 (0.020〜0.025)% (考虑残余），如真空前取样达 到0.020%，即不用调整，真空后铝成分也不用 调整。

4.3.2标准成分有铝规格的钢种，成品成分尽量 控制在规格下限+0.005%。

(1) 下限规格〇. 010%或〇. 015%，真空前按100%回收计算将铝调整到0. 035% (考虑残余）， 真空后取样微调。

(2) 下限规格>0. 020%，真空前按100%将铝调整至〇. 045% (考虑残余）。

4.3.3 保证进入VD时的渣层厚度达到（60〜120) mm 〇

4.3.4 VD过程保证氩气压力在（0. 3〜0. 5) MPa,严禁VD过程不给氩气。

4.3.5真空放散后立即加入覆盖剂，覆盖剂要均 撒在渣面，视情况多加入覆盖剂以避免结壳，软吹

碳

线

C

回第6期杨平:钢锭夹杂物形成机理及控制措施研究

时间 >15 min。

砖，做好钢包内的造查粘度和碱度，减少侵蚀。

(6)浇注下渣造成非金属夹杂。改进措施:根 据钢包的实际情况，确定每包钢水的余钢量。

5铸健操作的改善和改进措施

(1)

滑动水口系统引流砂、安装料造成非金属

夹杂。改进措施:安装好上下滑盒后必须清理干 净附着在上下水口内的残料，上水口残钢渣、残 钢，组装好在调试前必须再次用压缩空气吹扫干 净水口内的各种料和残渣。

(2)

6控制措施的验证

通过对12个月的夹杂不合格品进行对比跟

踪，从4月份开始夹杂不合格品降低明显，并且趋

于稳定。

中注管填料造成填料非金属夹杂。改进

月份1234

生产量t11 193.9109 301.7359 438.6258 229.4008 738.8657 813.6508 950.0458 857.5157 350.8458 265.2459 620.4707 628.980

夹杂不合格品t225.262296.848236.94086.11047.83846.11956.28550.08046.79038.36041.23039.856

不合格品率％

2.003.202.501.040.550.590.630.570.640.460.430.52

措施：中注管砖和漏斗砖外必须加铁丝或铁皮扎 捆紧，中柱管填砂颗粒度保证在3 ~ 10 mm,灰分 小于8%，干燥，灌砂饱满仔密，砂必须镇紧。在浇 注前再在第一匹漏斗砖上加一匹漏斗砖,保证双 漏斗砖开浇。

(3)

差，热稳定性差，耐侵蚀性不好，钢水流过时被侵 蚀或炸裂，而随钢水进入钢锭模内，造成耐火材料 非金属夹杂。改进措施:选择优质流钢砖，即热稳 定性和耐火度高，耐侵蚀性好的流钢砖。在砌筑 前必须认真选择，有裂纹、掉牙和不规则的不能 用，并清刷干净内孔的飞边、毛刺及异物。

(4)

施:选用低碳或无碳石墨保护渣，保护渣要求C: 10.8% ~12%，无碳渣 C:3% ~5%，水分矣0.5%, 松散，铺展性好，无颗粒和成团。熔点：1 1〇〇 ~ 1 150 °C,形成液渣速度快<30 s，高吸附性能。

(5)

属夹杂。改进措施:钢包投入生产前必须保证清 洁，无明显的炉渣或粉化还原渣。选择好的钢包

流钢砖带来的非金属夹杂，流钢砖质量 5

6789101112

固体保护渣造成的非金属夹杂。改进措

经过漫长的攻关过程和试验一系列的控制措 施和验证最终确定出了钢锭夹杂物的形成原因和 预防措施。

参考文献包衬侵蚀严重造成包衬耐材和炉渣非金

[1 ]刘建华.H13模铸钢锭中夹杂物的分布解剖

[2 ]王国全.模铸下注钢锭外来夹杂及整改措施.

(上接第24页）

3 结论

通过以金属Fe作为金属相与FeAl204作为陶 瓷相制备Fe -FeAl204金属陶瓷材料的试验研究，

最高，密度最大，孔隙度最小,导热系数高。

参考文献

[1 ]徐润泽.粉末冶金结构材料学[M].长沙：中南工业大

学出版社,1998,21(2) :161 -168.

[2]闫康平.工程材料[M].北京:化学工业出版社,2001,2

(3) ：264 -268.

[3 ]李良福.硬质合金[M ].北京:清华大学出版社,1999,

16(2) ：65 -69.

Fe: FeAl2 04的质量比为固定值7 :3时，可以得出

(1)

结论：

1 000 °C ~1 200 °C内，随着温度的升高，试样内部

颗粒的结合情况愈加紧密。

(2)

善，在1 200 °C时，材料的综合性能良好，抗折强度

对显微结构的研究表明：在温度为[4 ]徐平坤，董应榜.刚玉耐火材料[M ].北京:冶金工业出

版社，1999.

[5 ] E. B. Clark and B. Roebuck. Refractory Metals and Hard

随着温度的升高，试样各项性能得到改

Materials. 1992,11(1) ：23 -33.

[6]黄培云著.粉末冶金原理（第2版）[M].北京:冶金工

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