410 S鐵素體不銹鋼連鑄板坯中非金屬夾雜物的分布和類型

陳興潤(rùn)，王建新，潘吉祥，徐 斌

(酒鋼集團(tuán) 天風(fēng)不銹鋼有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

410 S鐵素體不銹鋼連鑄板坯中非金屬夾雜物的分布和類型

陳興潤(rùn)，王建新，潘吉祥，徐 斌

(酒鋼集團(tuán) 天風(fēng)不銹鋼有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

本文用金相檢驗(yàn)法對(duì)410 S不銹鋼連鑄板坯中的非金屬夾雜物數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究了夾雜物的數(shù)量分布，并用掃描電鏡對(duì)夾雜物成分進(jìn)行研究.試驗(yàn)結(jié)果表明:410 S連鑄板坯中夾雜物尺寸以0～10 μm為主;距邊部1/4位置處和中部從鑄坯表層至心部非金屬夾雜物數(shù)量有少量增加，沿厚度方向相同位置上夾雜物相比，中部夾雜物數(shù)量明顯增加;在連鑄坯表層寬度方向邊部和1/4位置處各尺寸范圍內(nèi)的夾雜物數(shù)量差別甚小;連鑄板坯中非金屬夾雜物都呈現(xiàn)為球狀，類型為CaO－SiO2－Al2O3－MgO－MnO.

410 S鐵素體不銹鋼;非金屬夾雜物;連鑄板坯;數(shù)量分布;金相分析

非金屬夾雜物嚴(yán)重影響410 S鐵素體不銹鋼板坯的質(zhì)量，造成板坯修磨工作量增加甚至于產(chǎn)生廢坯.此外，非金屬夾雜物對(duì)后續(xù)產(chǎn)品的機(jī)械性能、耐腐蝕性能和表面質(zhì)量等都有強(qiáng)烈的影響［1～3］.

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的科研工作者在不銹鋼夾雜物方面做了大量研究工作［4～8］.酒鋼集團(tuán)天風(fēng)不銹鋼公司作為西北地區(qū)生產(chǎn)不銹鋼的生產(chǎn)企業(yè)，目前已具備年產(chǎn)100萬(wàn)t不銹鋼板坯的生產(chǎn)能力.隨著用戶對(duì)酒鋼不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量的要求逐漸提高，以及國(guó)內(nèi)不銹鋼市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，酒鋼也開(kāi)始加強(qiáng)不銹鋼鋼水純凈度方面的工作.本文介紹了酒鋼在分析410 S鐵素體不銹鋼連鑄板坯中非金屬夾雜物分布方面的初步研究結(jié)果.

1 生產(chǎn)工藝

410 S不銹鋼冶煉以高爐鐵水為原料，經(jīng)過(guò)鐵水罐脫磷、脫硅處理后，直接兌入AOD轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冶煉.AOD轉(zhuǎn)爐采用FeSi(w(Si)=77%)合金終脫氧，噸鋼FeSi加入量為20 kg左右.AOD工序處理完畢后，送到LF進(jìn)行精煉.LF精煉過(guò)程加入一定量的CaO和CaF2造渣，精煉渣二元堿度控制在2.3～2.5左右，爐渣中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3%左右，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)在7%左右;底吹氬氣量控制在0.15～0.20 m3/min之間，當(dāng)成分和溫度達(dá)到要求后，將鋼液運(yùn)至連鑄平臺(tái)進(jìn)行澆鑄.

2 試驗(yàn)材料及方法

為研究410 S鐵素體不銹鋼板坯中夾雜物的分布規(guī)律，在連鑄板坯上取樣，用光學(xué)顯微鏡觀察連鑄板坯中不同部位的夾雜物數(shù)量和大小，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.用掃描電鏡對(duì)夾雜物進(jìn)行面分布分析，確定夾雜物的主要成分.410 S鐵素體不銹鋼板坯斷面尺寸為220 mm×1 260 mm.考慮到夾雜物在直弧型連鑄機(jī)澆鑄板坯中呈對(duì)稱分布，只對(duì)鑄坯的1/4斷面進(jìn)行取樣分析，具體的試樣切取如圖1所示.試樣切取后，沿厚度方向分別在B、C試樣上間隔取5個(gè)試樣，沿長(zhǎng)度方向在D和E試樣上間隔取5個(gè)試樣，按照B1、B2、B3、B4、B5， C1、C2、C3、C4、C5……標(biāo)注.試樣經(jīng)過(guò)粗磨、精磨、拋光后，在光學(xué)顯微鏡下觀察金相組織.每個(gè)試樣在500倍的放大倍數(shù)下觀察20個(gè)視場(chǎng)，統(tǒng)計(jì)視場(chǎng)中夾雜物數(shù)量和大小，然后匯總分析.

圖1 板坯試樣切取示意圖Fig.1 The cutting diagram of 410 S slab specimen

本文取1個(gè)澆次6爐鋼水對(duì)應(yīng)的6塊中間坯進(jìn)行夾雜物數(shù)量統(tǒng)計(jì)，在數(shù)據(jù)分析時(shí)取連鑄坯樣的平均值.表1是這6塊連鑄板坯的化學(xué)成分及全氧量.

表1 本研究使用的410 S不銹鋼連鑄坯化學(xué)成分及全氧量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 The composition and total oxygen of 304 stainless steel slabs in the study(mass fraction)%

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 連鑄板坯中夾雜物分布

非金屬夾雜物在410 S連鑄板坯中沿寬度方向和厚度方向上的數(shù)量分布如圖2所示，從圖中可以看出410 S連鑄板坯中夾雜物以尺寸0～10 μm為主.圖2(a)、(b)為夾雜物距邊部1/4位置處和中心厚度方向上的分布;圖2(c)、(d)為夾雜物在連鑄坯表層寬度方向邊部和1/4位置處的分布.從圖2(a)、(b)中可以看出，距邊部1/4位置處和中心從鑄坯表層至中心的非金屬夾雜物數(shù)量有少量增加.距邊部1/4位置處和中心沿厚度方向相同位置上夾雜物相比，中心夾雜物數(shù)量明顯增加.從圖2(c)、(d)中可以看出，夾雜物在連鑄坯表層寬度方向邊部和1/4位置處各尺寸范圍內(nèi)的夾雜物數(shù)量沒(méi)有明顯的變化規(guī)律.

3.2 連鑄板坯中夾雜物類型

對(duì)板坯中典型夾雜物的形貌和成分進(jìn)行分析，如圖3所示.從圖3中可以看出，所觀察到的夾雜物都呈現(xiàn)為球狀，這說(shuō)明夾雜物在鋼液的凝固過(guò)程中已經(jīng)形成，由于夾雜物與鋼液的界面張力的作用而呈現(xiàn)球狀［9］，夾雜物尺寸都小于10 μm.由掃描電鏡分析得知，夾雜物主要含Si、Ca、Al、Mg、Mn和O等元素，表明夾雜物類型為CaO－SiO2－Al2O3－MgO－MnO.

4 討論

圖2 410 S鑄坯中夾雜物的分布Fig.2 Distribution of inclusions of 410 S slab

鋼水中非金屬夾雜物按其來(lái)源分為內(nèi)生夾雜物和外來(lái)夾雜物.外來(lái)夾雜物一般尺寸較大，從上面的夾雜物尺寸來(lái)看，410 S連鑄板坯中的夾雜物屬于內(nèi)生夾雜物.在410 S不銹鋼冶煉過(guò)程中，尺寸較大的脫氧產(chǎn)物在LF精煉過(guò)程中不斷上浮并被爐渣吸收，最終到連鑄中包后只剩下一些尺寸較小的非金屬夾雜物［10］.此外，在410 S不銹鋼澆鑄過(guò)程中，隨著鋼水溫度的降低，脫氧反應(yīng)的平衡向右移，鋼水中溶解的氧不斷與鋼中的Al、Ca、Mg、Si和Mn發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生 CaO－SiO2－Al2O3－MgO－MnO類型的復(fù)合夾雜物［11～12］.因此，410 S連鑄板坯中的夾雜物主要為尺寸較小的脫氧產(chǎn)物和鋼水冷卻凝固過(guò)程中的析出物.

圖3 410 S鑄坯中夾雜物的形貌和成分Fig.3 Chemical composition and typical morphology of inclusions of 410 S slab

從連鑄坯表層的夾雜物數(shù)量檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，夾雜物在寬度方向邊部和1/4位置處各尺寸范圍內(nèi)的夾雜物數(shù)量沒(méi)有明顯的變化規(guī)律.主要原因?yàn)?在410 S鋼液中無(wú)論是寬度方向邊部還是1/4位置處，鋼水中尺寸較小的脫氧產(chǎn)物分布都比較均勻，在連鑄過(guò)程中鋼水在結(jié)晶器中迅速凝固形成坯殼，這時(shí)坯殼中的夾雜物主要為尺寸較小的脫氧產(chǎn)物，鋼水冷卻凝固過(guò)程中的析出物很少存在.D1到D5，E1到E5試樣中各尺寸范圍的夾雜物數(shù)量不同，主要還是跟夾雜物在鋼水中分布的隨機(jī)性有關(guān).

邊部1/4位置處(B1到B5)和中心(C1到C5)，沿厚度方向表層至心部非金屬夾雜物數(shù)量都是一個(gè)增加的過(guò)程，這主要跟鋼水在結(jié)晶器中的凝固現(xiàn)象有關(guān).鋼水在結(jié)晶器邊部凝固時(shí)間最短，厚度方向表層中的夾雜物主要為尺寸較小的脫氧產(chǎn)物.從邊部到結(jié)晶器中心凝固時(shí)間逐漸增長(zhǎng)，厚度方向上的夾雜物除了鋼水中已有的脫氧產(chǎn)物外，還有一些冷卻凝固過(guò)程中產(chǎn)生的析出物，因此沿厚度方向表層至心部小于10 μm的非金屬夾雜物數(shù)量是逐漸增加的.大于10 μm的非金屬夾雜物數(shù)量也逐漸增加，與部分小粒度夾雜物凝聚長(zhǎng)大有關(guān).沿厚度方向相同位置上夾雜物相比，中部夾雜物數(shù)量明顯高于1/4位置處，其原因與上面是一致的，結(jié)晶器中部的鋼水凝固時(shí)間要比1/4位置處的鋼水凝固時(shí)間長(zhǎng).

5 結(jié)論

(1)410 S連鑄板坯中夾雜物以0～10 μm為主，大于10 μm的夾雜物數(shù)量較少.

(2)距邊部1/4位置處和中部從鑄坯表層至心部非金屬夾雜物數(shù)量有少量增加;距邊部1/4位置處和中部沿厚度方向相同位置上夾雜物相比，中部夾雜物數(shù)量明顯增加;在連鑄坯表層寬度方向邊部和1/4位置處各尺寸范圍內(nèi)的夾雜物數(shù)量沒(méi)有明顯的變化規(guī)律;

(3)連鑄板坯中非金屬夾雜物都呈現(xiàn)為球狀，類型為CaO－SiO2－Al2O3－MgO－MnO.

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Distribution and type of non－metallic inclusion in continuous－casting slab of 410 S ferrite stainless steel

Chen Xingrun，Wang Jianxin，Pan Jixiang，Xu Bin

(Jiuquan Iron and Steel Group Corporation，Tianfeng Stainless Steel Co.，Ltd.，Jiayuguan，735100，China)

Inclusion amount was investigated by using metallographic analysis，distribution of the non metallic inclusion was researched and composition of the non－metallic inclusions was analyzed by SEM in this paper.The results showed that the inclusion size of the 410 S slabs is mostly 0－10 μm;the non－metallic inclusion amount increases slightly from the surface to the base metal of slab at the 1/4 position from the edge.While in the center，on the same location along the thickness direction，the non－metallic inclusion amount of center increases significantly compared to the 1/4 position from the edge;near the 410 S stainless steel slabs surface，distribution of the non metallic inclusion amount in the size range has little difference;the non－metallic inclusions of the 410 S slab are all spherical，the type of inclusions is mainly CaO－SiO2－Al2O3－MgO－MnO.

410 S ferrite stainless steel;non－metallic inclusion;continuous－casting slab;quantity distribution; metallographic analysis

TG 506.7，TF 764.1

A

1671-6620(2013)01-0013-04

2013-01-05.

陳興潤(rùn) (1985—)，男，助理工程師，碩士，E－mail:chenxingrun850204@126.com.