超低碳钢钢中夹杂物的研究

第 42卷 第 1期 2 0 0 7年 1月 钢 铁 Iron and Stee1 Vol_42，NO．1 January 2007 超低碳钢钢 中夹杂物的研究 唐复平， 常桂华， 栗 红， 陈本文 (鞍钢新轧钢股份有限公司，辽宁 鞍山 114001) 摘 要 ：为控制超低碳钢中的簇状夹杂物，对超低碳钢中的夹杂物和与全氧含量的关系进行了研究。钢中的夹杂 物主要是 A1。O。夹杂和 A1。O。一TiN复合夹杂，独立夹杂物尺寸大部分小于 10 m。铸坯中 w(TO)小于 0．0030 时，钢中仍存在簇状 A1。0。夹杂；A1。03簇状夹杂物与铸坯 中全氧含量没有直接关系，所以钢中的全氧含量不能完 全代表钢中夹杂物的水平。钢中的簇状 A1。03夹杂物与 RH脱碳结束活度氧有关，要控制超低碳钢中簇状 A1z0。 夹杂物必须稳定生产工艺，减少 RH加铝升温，使 RH脱碳结束活度氧保持在一定范围。 关键词 ：超低碳钢；簇状夹杂物；全氧含量 中图分类号：TF777 文献标识码：A 文章编号：0449—749X(2007)01—0020—04 Inclusions in Ultra-Low Carbon Steel TANG Fu—ping， CHANG Gui—hua， LI Hong， CHEN Ben—wen (Angang New Steel Co ，Ltd．，Anshan 114001，Liaoning，China) Abstract：Inclusions and total oxygen content in ultra-low carbon(ULC)steel were studied for the control of cluster inclusions in ULC stee1．A12 O3 and A12 03一TiN are main inclusions in the stee1．The size of most individual inclu— sions is less than 10 m．W hen the total oxygen in slab is less than 0．0030 ，there still exist cluster A12 O3 inclu— sions in the stee1．The content of cluster A12 O3 inclusions is not in proportion with the total oxygen directly，there— fore the content of inclusions in slab is not stood for by total oxygen in the steel totally．The cluster A12 03 inclusions are related with oxygen activity after RH decarburization．In order to control cluster A12 O3 inclusions in ULC steel， it is necessary to control steelmaking process，including control of oxygen activity after RH decarburization and re— striction of RH—OB with A1 addition for heating． Key words：ULC steel；cluster inclusion；total oxygen content 钢中夹杂物对钢的加工性能、耐疲劳强度和表 面质量等影响很大。对于汽车板不同级别用钢对钢 中氧化物夹杂粒度和氧含量有严格的要求，必须限 制在一定范围内，如超深冲板要求钢中夹杂物尺寸 小于 100 m，w(TO)小于 0．0020 -1]。随着冶炼、 精炼工艺的不断完善，钢中的夹杂物得到了有效的 控制，铸坯中的 (TO)小于 0．0030 ，但冷轧板表 面仍存在一定量因夹杂引起的废品。冶金工作者一 直想寻找出全氧含量与冷轧板表面缺陷的关系，以 便对产品进行分级。本文就铸坯全氧含量与簇状 Al。O。夹杂物的关系进行 了研究 。 1 研 究方法 对每个浇次的第 2罐钢的第 2块铸坯进行取 样。沿铸坯宽度 1／4处取 20 mm 1条试样，从铸坯 上表面(内弧表面)、上 1／4(距 内弧表 面)、中心、下 1／4(距外弧表面)、下表面(外弧表面)取样做金相检 验；沿拉坯方向取全氧分析样。离开 RH钢水罐取 样位置在钢液面下 300 mm 处 ；中间包 钢水 取样位 置在浸入水 口上方距 钢液面 400 mm处 ，钢水取样 采用特制取样器。 分析内容：沿铸坯厚度方向分析夹杂物组成、形 状及尺寸；铸坯中全氧含量；钢包和中间包钢水的氧 含量 。分析手段 ：夹杂物组成采用扫描电镜分析，夹 杂物形状 、粒度采用光学显微镜在 500倍下分析 ，重 点检测大于 2 m 的夹杂物 ，每个 样品分析 面积 大 于 30 mm。；氧含量采用氧氮仪分析。 2 钢种成分 试验选取了IF钢系列 4个品种，根据其具体用 途分别为：A类钢、B类钢、C类钢、D类钢，成分如 表 1所示 。 3 结果分析 3．1 铸坯全氧含量与夹杂物面积含量的关系 铸坯全氧含量分析结果如图 1所示。从分析结 作者简介：唐复平(1958一)，男，博士，教授级高级工程师； E-ra il：zcgh8883@126．corn； 修订日期：2006—04—07 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 唐复平等：超低碳钢钢中夹杂物的研究 表 1 成品成分 Table 1 Chemical composition of product 钢种 w(C) (si) w(Mn) xv(P) (s) A 0．0040 0．020 0．130 0．008 0．0080 B 0．001 5 0．060 0．120 0．010 0．0074 C 0．0020 0．010 0．120 0．008 0．007 2 D 0．0030 0．010 0．150 0．008 0．007 2 果看，铸坯中全氧含量沿厚度方向变化不大，中心位 置全氧含量略低于其它部位全氧含量，比平均值低 0．000 2 ，距 内弧 1／4处 W(TO)比平 均 值 高 0．0002 。 图2为 4个品种铸坯的全氧含量与夹杂物面积 百分数的关系。从图2可以看出，全氧含量高，对应 的夹杂物面积百分数并不随其增高，两者没有明显 的关系。 3．2 铸坯中全氧含量与簇状夹杂物的关系 超低碳钢铸坯 中夹杂物主要类型是 AlzO。、 TiN和 Al。O。4-TiN复合夹杂，独立分布的 AlzO。 夹杂以小颗粒为主，小于 10 m 的夹杂占 90 以 上，最大粒度不超过 20 m。这些独立存在的夹杂 物颗粒粒度较小，对产品质量影响小，因此重点分析 簇状 Al。O。与全氧含量的关系。 表2为铸坯全氧含量与铸坯中簇状夹杂物的对 ＼^ 0 图 1 全氧含量的变化 Fig．1 Change of total oxygen 003 003 002 oo2 O0l O0l 000 ＼^ 0 F- 图2 铸坯全氧含量与夹杂物含量的关系 Fig．2 Relationship between total oxygen and inclusions content in slab 表 2 铸坯全氧含量与铸坯中簇状夹杂物 Table 2 Cluster inclusions and total oxygen content in slab 应分析结果。从分析看出，目前低碳钢铸坯 中的 (TO)低于0．0030 ，一般在 0．002 5 左右，而且 大部分独立分布的氧化物夹杂尺寸小于 10 m，但 有的品种铸坯中仍有簇状 Al。O。夹杂存在，A类钢 铸坯中的簇状 Al。O。夹杂最大尺寸达 100 tLm，如图 3所示。B类、C类钢铸坯中簇状 Al。O。夹杂很少， 独立分布的夹杂最大尺寸 20 tLm。D类钢铸坯中有 大尺寸的链状 AlzO。夹杂 ，最大达 50 tLm，见 图 4。 从分析结果看，控制铸坯中的全氧含量并不能完全 控制铸坯中的簇状夹杂物。 (a)内弧表面的AlzO3； (b)距内弧 1／4的 Alz03 图 3 A类钢铸坯中夹杂物 Fig．3 Inclusions in A-type stee l slab 维普资讯 http://www.cqvip.com 钢 铁 第 42卷 图4 D类钢铸坯下表面夹杂物 ● Fig．4 Inclusions in subsurface layer of D-type steel slab 有专家研究认为钢中的全氧含量只代表尺寸小 于 10 m的那部分氧化物夹杂的数量[2]。虽然全 氧含量是评价钢质量的重要指标，但它并非全部内 容。实际上对成 品质 量影响较 大的是夹杂 物的种 类、尺寸、形貌和分布等。这一点从国内外不同钢厂 对不 同产品目标值(对夹杂物的尺寸有严格 的要求) 的要求中也能看出。所以用总氧评价钢质量只在钢 相对干净的条件下才有意义。 另外各个厂家对同一品种全氧含量要求相差很 大，从铸坯中w(TO)数据看，目前尚没有一个统一 的钢洁净度 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。为保证性能，允许的总氧量取决 于工艺条件、取样位置，特别是取决于产品用途及客 户验收标准，因此直接比较全氧含量数据是不合适 的。每个厂必须求得特定工艺过程产品临界缺陷与 钢洁净度的关系(各厂应建立自己的数据库)[2]。 3．3 RH精炼条件与铸坯 中簇状夹杂物的关系 簇状夹杂物严重影响产品质量，研究簇状夹杂 物的成因是一项重要工作。从表 3精炼工艺条件 看，脱碳结束时 叫(O)对簇状夹杂物的产生有很大 影响。据文献[3]介绍奥钢联生产的超低碳钢指标 为 RH脱碳结束 (O)控制在 0．0250 时产品质 量最佳。 表 3列出了 RH精炼条件和簇状夹杂物的关 系。A类钢在精炼过程有 OB，脱碳结束 2罐钢 (O)分别为 0．044 7 、0．0471 ，铸坯中存在尺寸 为20~100 m的簇状 Al2O。夹杂；B类钢在精炼过 程没有 OB，脱碳结束 叫(O)为 0．028 5 ，铸坯中没 有簇状 AlzO。夹杂，而且独立分布的最大夹杂物粒 度小于 15 m；C类钢精炼过程没有 oB，脱碳结束 叫(O)为 0．037 7 ，该罐钢 铸坯 中簇状 分布 的 Alz O。夹杂物很少 ，聚集长度小 ，最大为20 m；D 表 3 RH精炼工艺条件与簇状夹杂物的关系 Table 3 Relationship between refining process on RH and cluster inclusio11S 钢种 脱碳 w(O Al203簇状 夹杂物尺寸 类钢 精 炼 有 OB 的罐 次，脱 碳 结 束 叫(0)为 0．0432 ，铸坯中有簇状的 Al。O。夹杂存在，最大 尺寸达 50 m；精炼没有 OB的罐 次，脱碳结束 叫(O)为 0．035 5％，铸坯中也存在聚集分布的夹杂 物，但不是纯 Al。o。夹杂，而是 Al。O。·Ti。o。氧化 物，聚集范围大约 30 m。 研究结果表明，RH精炼过程中由于 OB处理 或其它原因造成脱碳结束时 叫(O)较高，加铝脱氧 产生大量的 Al。O。夹杂物，这部分夹杂物没有充分 的上浮时间，造成铸坯中存在聚集分布的 Al。O。簇 状夹杂物，在轧制中必然产生因夹杂引起的废品。 因此控制 RH脱碳结束时 (0)是减少簇状夹杂物 的一项必要措施。 4 结论 (1)钢中的簇状 Al。O。夹杂物与全氧含量没有 直接关系。 (2)钢 中的簇状Al。O。夹杂 物与RH脱碳结 (下转第3O页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 钢 铁 第 42卷 铁水温度低于1450℃时，镁在铁水中的溶解度随铁 水温度的提高而增加的幅度不明显，但随着铁水硫 含量降低(特别是 硼(S)40．003 9／6时)，镁在铁水中 的溶解损失急剧增加。因此在实际生产中，如果没 有非常特殊的要求，铁水脱硫目标应尽可能避免按 叫(S)40．002 控制。此外，为了降低镁的氧化、与 顶渣反应，以及直接气化于大气中的损失，应尽可能 避免采用高炉脱硅铁水，降低铁水中氧含量，减少 TPC带人渣量，喷吹采用深度插人浓相输送。 3．4 喷溅及喷枪堵塞 采用氮气作为镁粉输送载气，由于镁与氮存在 化学反应，喷枪孔非常容易结瘤，如果不及时清理就 会造成喷枪堵塞。此外，在受铁坑内进行喷吹脱硫 必须避免发生喷溅。宝钢的生产实践表明，弓I发喷 溅主要与输送气体流量及脱硫剂出料速度的稳定性 相关。采用浓相输送提高粉气比是必要的，同时必 须经常对石灰出料喉口和喷枪孔进行清理，确保脱 硫剂出料流速的稳定性也是非常重要的。在宝钢铁 水包双枪脱硫生产 中，即使镁粉 的出料速度高达 50~60 kg／min时也没有发生喷溅，但当系统产生漏 气降低了粉气比时，当脱硫剂出料流速发生大的波 动时，即使镁粉的喷吹速度只有 10 kg／min也会发 生 比较严重的喷溅。 3．5 镁脱硫渣的板结 铁水采用镁系脱硫剂脱硫，一部分喷人的镁将 与铁水和空气中的氧气生成 MgO进入渣中，特别 是当喷人超过脱硫和铁水溶解所需过量的镁粉时， 不仅明显增加镁被空气氧化的量，而且被镁过饱和 的脱硫铁水在静置等待过程中随着铁水温度降低析 出被再 次氧化 ，将 大大地增 加渣 中 MgO 的含 量。 对部分宝钢镁脱硫 铁水渣样分析，叫(MgO)为 12 ～18 ，造成铁水渣板结，给扒渣和铁水包包口 的清理带来困难 。 4 结 论 (1)宝钢一炼钢厂铁水脱硫采用双枪喷吹方法 能大幅度减少喷吹时间及温降，采用双枪后平均喷 吹时间约 4 min，平均温降约 4℃ 。 (2)铁水脱硫工艺中，铁水温度、枪位、压力对 脱硫效率都有影响，采用低温及增加喷枪插入深度 对提高铁水脱硫效率大有益处。 (3)采用金属镁铁水脱硫，随着铁水硫含量的 降低 溶 解 于 铁水 中的镁 增 加，特 别 是 当铁 水 叫(S)40．003 时，溶解于铁水中的镁急剧增加。 (4)喷人的金属镁只有一部分直接用于脱硫， 大部分喷人的金属镁 由于溶解于铁水中，以及氧化 和气化等而损失掉。被氧化的这部分镁在铁水脱硫 后形成 MgO，恶化脱硫渣，造成脱硫渣的板结。 (5)为了稳定铁水脱硫工艺，避免脱硫喷溅，可 采用浓相输送提高粉气比，同时保证喷枪压力、流量 的稳定 。 参考文献： [1] Baranmik I A．Granulated Magnesium and Practice of Using It for Molten Treatment[,A]．51‘ IMA Proceedings[c]．1994． 82—89． [2] 王 楠．铁水包喷吹镁、碳化钙复合粉剂脱硫的数学模拟[J]． 钢铁研究学报，2000，12(6)：16—21．(wANG Nan．Mathemati— cal Simulation of Desulphurization in Hot M etal by Magnesi— urn-Calcium Carbide Co-Injection[,J]．Journal of Iron and Steel Research，2000，12(6)：16—21．) [3] 陈 辉．镁在铁水脱硫中的应用[J]．炼钢，1999，15(4)：9-13． (CHEN Hui．Application of Magnesium in Desu1phurization of Hot Metal[,J]．Steelmaking，1999，15(4)：9-13．) [4] Irons G A．Kinetics of Molten Iron Desulphurization Using Magnesium Vapor[J]．Metallurgical Transactions，1981，12 (4)：755-767． [5] 王 涛．铁水镁脱硫的理论和实践[J]．包头钢铁学院学报， 1999，18(9)：316—321． [6] 刘守平．铁水用金属镁脱硫的热力学分析[J]．钢铁钒钛，1998， 19(1)：16—19． 弋 弋 弋 弋 弋 弋 -4" 七 七 -4" 七 七 七 七 七 电 七 七 电 电 电 电 电 电 电 (上接第 22页) 束 叫(0)有关，要控制超低碳钢中簇状 Al203夹杂 65．(LIU Zhong-zhu，CAI Kai-ke．Purity Steel Production 物必须稳定生产工艺，减少 RH加铝升温，使 RH T “。 。gy[J]·Iron and Steel,2000,。 ( )：65·) 脱碳结束 叫(0)保持在一定范围。 ． 沙 (1 爱 2) z 70． 生 ( ’M 参考文献： lenge of New Century[J]·Iron and Steel，1998，33(12)：70·) [3] Alfred J．Exceed Low Carbon IF Steel Produced by Steel U一 [1] 刘中柱，蔡开科．纯净钢生产技术[J]．钢铁，2000，35(2)： nion of Australian[,J]．World Iron and Steel，2005，(1)：56． 维普资讯 http://www.cqvip.com