Ti-IF钢中夹杂物的行为

2009年8月 第25卷第4期 炼钢 Steelmaking Aug．2009 V01．25No．4·9· Ti-IF钢中夹杂物的行为 岳峰，崔衡，包燕平，高海亮 (北京科技大学冶金工程研究院，北京100083) 摘要：针对国内某厂的Ti—IF钢夹杂物的行为，研究了夹杂物的演变规律和铸坯中夹杂物的种类、大 小、分布，分析了各类夹杂物的来源，提出了进一步减少夹杂物和改善Ti-IF钢连铸坯纯净度的措施。 关键词：Ti—IF钢；纯净度；夹杂物 中图分类号：TF771．2文献标识码：B文章编号：1002—1043(2009)04-0009-04 BehaviorofinclusionsinTi—IFsteel YUEFeng，CUIHeng，BAOYan-ping，GAOHai—liang (ResearchInstituteofMetallurgicalEngineering，UniversityofScience andTechnology，Beijing100083，China) Abstract：InlightoftheinclusionbehaviorofTi—IFsteelinaspecificiron&steelworks inChinathepresentpaperstudiesthelawofevolutionoftheinclusionsaswellasthe type，sizeanddistributionoftheinclusionsintheslabandanalyzestheoriginofvarious inclusionsandputsforwardmeasurestOfurtherreduceinclusionsandimprovetheclean— linessoftheslaboftheTi—IFsteel． Keywords：Ti—IFsteel；cleanliness；inclusion IF钢具有优越的深冲性能，具有高塑性应变 比、高延伸率、高的硬化指数、较低的屈强比和优 异的非时效性[1矗]，在汽车和家电行业得到广泛 的使用。除钢中的成分对IF钢的性能具有显著 的影响外，夹杂物对钢性能和 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面质量均有很大 的影响，严格控制钢中的夹杂物，净化钢液、改进 钢中夹杂物的形态和分布是改善钢质量的重要措 施[3“]。为此了解IF钢中夹杂物的种类、形态、尺 寸分布、成分演变和形成机理对于夹杂物控制及 提高产品的实物质量均具有重要意义。 1 IF钢夹杂物的研究方法 1．1工艺流程 IF钢的生产工艺流程是铁水预处理一210t 转炉一RH真空精炼一连铸。RH真空处理时间 为35min，采用立弯式连铸机浇铸，铸坯断面为 230mm×1300mm，在正常生产过程中分别取 第2、3、4炉浇铸稳定的铸坯样，取样时拉坯速度 为1．4m／min，其化学成分见表1。 裹1 lF钢铸坯样化学成分 1．2研究方法 IF超深冲钢RH精炼前后、连铸中间包分别 用桶式取样器取样，按照图1所示加工成20mm ×20mmX20mm金相样。铸坯切取120mm的 基金项目：。十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAE03A06) 作者简介：岳峰(1969一)，男，北京科技大学冶金工程研究院，博士，高级工程师．从事炼钢工艺的研究。 万方数据 ·10· 炼钢 第25卷 试样后按图2所示分别在宽度方向的端部和1／4 含有少量其它活泼元素的氧化物。 处加工50mmX50mmx230mm的大样电解 样，铸坯的内弧表层、内弧1／4、铸坯中心、外弧表 面也分别取10mmX80ITlnlX230mm大样电解 样，在紧靠宽度的1／4处取一个科5ramX150 mirl相分析的棒样，同时加工20ITlrnX20ITIITIX 20ml"rl金相样。 图1桶式样取样示意图 大样电解样金相和相分析棒样 图2铸坯的取样示意图 采用电子扫描电镜和电子探针，分析夹杂物 的大小、形貌和组成，采用大样电解分析大颗粒夹 杂物的分布、数量和种类，相分析试样送国家钢铁 材料测试中心电解，对电解溶样包含的碳化物、氮 化物进行化学相分析。 2研究结果 2．1 RH精炼前钢中夹杂物 RH精炼前IF钢中的夹杂物主要为1～2 弘m的FeO-MnO球状夹杂，含有少量Ca、Al、Si 的氧化物，其典型形貌如图3所示。因为IF钢为 保证RH脱碳所需要的氧含量，在出钢过程中只 能加人锰铁进行合金化，由于锰单独脱氧生成 FeO-MnO，因而形成FeO-MnO球状复合夹杂， 同时合金中含有少量的其它元素，因而其夹杂物 图3 RH精炼前典型非金属夹杂物的形貌 2．2 RH精炼结束和中间包中的夹杂物 RH精炼结束和中间包中IF钢的主要夹杂 物主要有四种类型，其典型形貌如图4所示。 (1)簇群状纯Al：03夹杂物，其典型形貌如 图4a，主要成分为Al：03。RH精炼结束后的尺 寸约为15～20肛m，数量不多，说明RH精炼后期 纯搅拌时间保证了脱氧及合金化产物碰撞、聚集 长大和上浮。中间包中夹杂物的尺寸在10“m 左右，较精炼结束后的夹杂物尺寸有所减少，说明 流场合理的大容量中间包是进一步降低钢水中夹 杂物和提高纯净度的重要措施。 (2)A1：03块状夹杂物，其典型形貌如图4b， 这类夹杂物数量仅次于Al：03系块状夹杂物，尺 寸一般在5“m以下。 (3)Al：03一Ti0：夹杂物，其典型形貌如图4c， 这类夹杂物是由Al：03和Ti02复合形成。由于 在脱氧合金化，采用Al脱氧，然后加入Fe-Ti，在 Al：03夹杂中形成一定含Ti的复合夹杂物，其形 状呈球形，大多数在5“m以下。 (4)Al：03一CaO系夹杂物，其典型形貌如图 4d，该复合夹杂物数量很少，主要成分为Al：03和 CaO，一般含有少量的Mg，几何尺寸在5肛m左 右，可能来自于钢包顶渣和耐火材料。 2．3铸坯中的夹杂物 铸坯中夹杂物为颗粒状弥散分布，绝大多数 为AI：()3和TiN的复合型夹杂物，其尺寸在5肛m 左右，其典型形貌如图5c、5d。铸坯中存在块状 的纯Alz03，其典型形貌如图5a，其大小约在2～ 图4 RH精炼结束典型非金属夹杂物的形貌 万方数据 第4期 岳峰，等：Ti—IF钢中夹杂物的行为 图5铸坯中的典型非金属夹杂物的形貌 3／．tm。同时发现极少数纯Al：03簇群状夹杂物， 其典型形貌如图5b，几何尺寸在20---50／zm之 间。根据Stokes公式计算，直径25扯mA1：03簇 群状夹杂物上浮800mm的时间为15rain，中间 包平均停留时间为15rain，这种尺寸的夹杂物完 全可以在中间包内上浮排除，因而较大尺寸的纯 Al：03簇群状夹杂物可能是钢水中小尺寸Al：()3 不断在结晶器水口粘结，最后被钢水冲刷到结晶 器中的产物。为降低此类夹杂物，必须降低中间 包中的全氧含量，减少Al：03在中包水口粘结的 量。 由于Al脱氧一段时间后再进行Ti的合金 化，减少和避免了Ti的氧化。在1600℃和 1 550℃时，卵n]·口[N]的乘积分别为1．83×10。3和 1．05×10～，IF钢水中的Ti和N质量分数分别 为0．06％和0．005％，在这成分下，Ti和N不可 能自发形成TiN。Alz03是六方形晶体，它的点 阵常数是：a=0．4758nnl，c=1．2991 nlTl。TiN 是立方晶体，点阵常数是口=0．424nlTl，因而 Alz03六方形晶体的面正好可以作为TiN立方晶 体的生长基面，TiN在钢水的凝同过程中，形成含 有Alz03核心的粗大TiN。从表2相分析的结 果，N在冶炼阶段已被全部固定，使得后续工艺不 再需要考虑N的析出问题，也为IF钢获得超深 冲性能打下良好的基础。 表2铸坯中Ti(N，C)的分析结果 炉次 Ti(N，C)相中撕／％ 铸坯中 Ti C N ∑ ．uXN)／％ 0720667()0．00760．00()20．00200．00980．0019 072066690．()0750．0004 0．0019()．()0970．0021 2．4 IF钢铸坯中的大型夹杂物 大颗粒夹杂物的含量和分布见表3"--5，其典 型形貌如图6。 表3铸坯上大型夹杂物的质量分数 注：表中07206670炉次钢样中夹杂物为【)．2mg，极低。不进行分级。 表4铸坯上大型夹杂物宽度方向的含量指数 表5铸坯上大型夹杂物厚度方向的含量指数 从表3"--5可知，铸坯上大型夹杂物的含量稳 定性较差，平均每10kg铸坯为5．85mg，较国内 外的先进水平差距较大，一般认为大颗粒夹杂物 对冷轧板的表面质量影响较大，因而降低铸坯中 大颗粒夹杂物的含量，是提高产品实物质量的一 个重要措施。同时在宽度方向铸坯端部的大颗粒 夹杂物的数量是宽度1／4处的2．78倍，厚度方向 铸坯表面的数量分别是厚度1／4、1／2处的4和 2．84倍，在铸坯的表面出现夹杂物的聚集，其大颗 粒夹杂物中67．4％含有K、Na成分，说明在高拉 坯速度下，结晶器在边部存在较严重的切向卷渣， 万方数据 · 12· 炼钢 第25卷 图6铸坯中大颗粒夹杂物的典型形貌 因而优化结晶器的流场，适当控制浇铸速度是降 低铸坯边部大颗粒夹杂物的重要措施。 图6为铸坯中大颗粒夹杂物的典型形貌。 Ti—IF钢中大颗粒夹杂物基本上可分为以下 4类。 (1)含有K、Na及ca、Si、Mg、AI等元素的夹 杂物(图6a)，直径在100----,200p．m，这类夹杂物应 为结晶器保护渣卷入所致，因而优化结晶器的流 场，稳定拉坯速度和减少结晶器液面波动是降低 此类夹杂物的主要措施。 (2)含有Al、O元素的不规则块状夹杂物如 图6b，这类夹杂物尺寸较大，有的甚至可达500 ／．tm。夹杂物为表面粗糙，结构疏松，由各种尺寸 的颗粒粘附烧结而成，根据Stokes公式计算以及 形态分析，此类大颗粒夹杂物是水口内壁Al：03 沉积物脱落造成。因此降低中间包钢水的全氧总 量，提高保护浇铸的效果，可以降低钢水中Alz()3 含量，减少A1：03在水口内壁沉积物，降低铸坯中 大颗粒纯Al：03的夹杂物。 (3)少量的含有Mg、A1等元素的夹杂物，典 型形貌如图6c，此类夹杂物形状不规则，尺寸以 140---300“m之间为主，可能是钢包或中间包内 衬脱落物。 (4)极少量的夹杂物表面结构致密，能谱测定 为纯Si02夹杂物，典型形貌如图6d，其主要是滑 动水口导流沙落入钢水中所致。 3结论 (1)RH精炼前IF钢中的夹杂物主要为 FeO-MnO系球状夹杂。 (2)RH精炼结束和中间包中主要有簇群状 A1203、块状A12q、A12q—Ti02和少量A1203一 Ca0夹杂物，而在中间包中的夹杂物的尺寸在 10p．m左右，较精炼结束后的夹杂物尺寸有所减 少。RH精炼和中间包均具有良好的去除夹杂物 的能力，促进夹杂物的进一步去除，降低了大尺寸 夹杂物的数量。 (3)铸坯中的夹杂物为绝大多数为Al：03和 TiN的复合夹杂物，同时存在块状的纯Al：03和 少量纯AI：03簇群状夹杂物。Alz03和TiN复合 夹杂物是TiN在Al：03核心上形成的粗大TiN， 同时N在冶炼阶段已被全部固定，满足IF钢为 获得超深冲性能的要求。 (4)铸坯上大型夹杂物的稳定性较差，每10Iqg 铸坯中平均质量为5．85mg，较国内外的先进水平 差距较大，在铸坯的表面出现夹杂物的聚集。 (5)铸坯中大颗粒夹杂物主要有保护渣卷入 含有K、Na等元素的夹杂物和水口内壁Al：03沉 积物脱落形成含有Al、0元素的不规则块状夹杂 物，同时含有少量钢包、中间包内衬和水口导流沙 带人的外来大颗粒夹杂物。因而降低中间包钢水 的全氧总量，优化结晶器的流场，稳定及控制拉坯 速度，减少结晶器液面波动，提高耐材质量是降低 铸坯中大颗粒的夹杂物的主要措施。 [参考文献] [1]赵辉。王先进．无间隙原子钢的生产与发展[J]．钢铁研 究．1993，(1)：49—52． [2]康永林．现代汽车板的质量控制与成形性[M]．北京：冶金 工业出版社，1999：8． [3]叶仲超，王石扬，汪晓川．IF钢中的夹杂物[J]．金属学报， 1999，35(10)：1057—1061． [4]SchadeJ．Themeasurementofsteelcleanlines[J]．Steel TechnologyInteremational．1993：149． (修回日期：2008—12—22) 欢迎投稿 欢迎订阅 欢迎子Ij登广告 万方数据