高級別管線鋼精煉過程中夾雜物的控制研究

趙孝章　方磊

摘要：以南鋼高級別管線鋼為研究對象，研究管線鋼精煉過程中鋼中全氧含量以及夾雜物組成、類型和數(shù)量的變化規(guī)律。結(jié)果表明，南鋼高級別管線鋼全氧含量平均為10×10-6，鋼中10μm以下夾雜物所占比例為95.89%，鋼水具有很高的潔凈度；LF精煉過程中夾雜物的轉(zhuǎn)變規(guī)律為Al2O3、MgO-Al2O3、Ca-MgO-Al2O3，鈣處理后為CaO-Al2O3-CaS，表明鋼中夾雜物得到了有效地變質(zhì)處理。

關(guān)鍵詞：管線鋼；夾雜物；全氧；鈣處理

1前言

管線鋼中的非金屬夾雜物是產(chǎn)生氫致裂紋（HIC）和硫化物應(yīng)力開裂（SCC）的主要根源之一[1-4]，因此必須嚴(yán)格控制管線鋼冶煉過程中夾雜物的析出、變質(zhì)以及去除等。管線鋼冶煉過程中，精煉的主要作用是將MnS和Al2O3類夾雜物變質(zhì)為球形的CaS和鈣鋁酸鹽，從而提高管線鋼的低溫沖擊韌性和抗HIC性能，減少鋼板的各向異性[5-7]。

隨著管線鋼級別要求的提高，用戶對鋼中非金屬夾雜物的要求也日益苛刻。為了盡可能地降低鋼中非金屬夾雜物，必須對精煉各個環(huán)節(jié)中夾雜物的形貌、數(shù)量、組成及變化規(guī)律進行研究，以便深入了解各個環(huán)節(jié)鋼中夾雜物的行為特性，從而采取針對性措施，更加有效地控制鋼中夾雜物。

本文以南鋼生產(chǎn)的高級別管線鋼為研究對象，系統(tǒng)地研究分析了精煉過程中夾雜物的變化規(guī)律，為南鋼高級別管線鋼的穩(wěn)定高質(zhì)生產(chǎn)提供了有力的保障。

2研究方法

采用鐵水預(yù)處理-150t轉(zhuǎn)爐-LF爐-RH-鈣處理-連鑄工藝路線冶煉高級別管線鋼。在冶煉過程中，鐵水預(yù)處理按照終點[S]≤0.002%模式處理，扒渣后可見鐵水面保證≥3/4；轉(zhuǎn)爐采用自產(chǎn)廢鋼，出鋼采用鋁脫氧，同時加入合金進行合金化；LF快速造白渣，進行脫氧、深脫硫；RH真空脫氣，去夾雜；之后進行鈣處理和靜攪，達到變質(zhì)和去除夾雜物的目的；連鑄采取嚴(yán)格的密封保護澆鑄，防止鋼水的增氮和二次氧化。

本文對LF到站、LF出戰(zhàn)、RH處理結(jié)束和中間包鋼水進行夾雜物的取樣分析。對所取試樣的全氧進行了分析，利用ASPEX夾雜物自動檢測分析系統(tǒng)分析夾雜物的組成、類別和數(shù)量。

3結(jié)果分析與討論

圖1為冶煉過程中鋼中全氧的變化情況。鋼中全氧含量可以大體表征鋼中氧化物夾雜的水平，鋼的全氧含量越低則鋼中氧化物夾雜越少。由圖1可知，LF進站時鋼中的全氧含量平均為30×10-6，在LF精煉過程中鋼水全氧含量逐步降低，至LF處理結(jié)束時，鋼中全氧含量已經(jīng)降低到19×10-6；經(jīng)RH真空處理后，鋼中全氧含量進一步降低到14×10-6；在經(jīng)過鈣處理和靜攪后，鋼中全氧含量降低到11×10-6，中間包鋼水中的全氧仍保持在10×10-6左右。由此表明，經(jīng)過上述工藝處理后，鋼水具有比較高的潔凈度。

圖2和圖3表示冶煉過程中夾雜物形貌、組成、類別和數(shù)量的變化規(guī)律。由圖可知，在LF進站前，鋼中夾雜物主要以氧化鋁為主，這是轉(zhuǎn)爐爐后采取鋁脫氧的結(jié)果，且夾雜物的數(shù)量較多，尺寸較大呈簇群狀分布；經(jīng)過LF處理后，鋼中夾雜物的成分發(fā)生了改變，主要以CaO-MgO-Al2O3系夾雜為主，其中的MgO主要來自于鋼包侵蝕和渣金反應(yīng)，同時夾雜物的數(shù)量也略有降低，夾雜物的形貌也以球形為主；在經(jīng)過RH真空處理后，鋼中夾雜物的組成基本不變，但其數(shù)量大大降低，說明RH真空處理能有效地去除鋼中夾雜物；通過鈣處理和靜攪后，鋼中夾雜物的組成又發(fā)生了改變，主要以CaO-Al2O3-CaS系夾雜為主，說明鈣處理起到了很好的變質(zhì)效果，但夾雜物的數(shù)量略有增加；通過中間包對夾雜物的上浮去除，鋼水到中間包后，夾雜物的數(shù)量大大減少，起到了良好的去除夾雜物的目的。

4結(jié)論

以南鋼高級別管線鋼為研究對象，研究管線鋼精煉過程中鋼中全氧以及夾雜物組成、類型和數(shù)量的變化規(guī)律。結(jié)果表明：

（1）南鋼高級別管線鋼中全氧含量平均為10×10-6，鋼中10μm以下夾雜物所占比例為95.89%，表明鋼水具有很高的潔凈度；

（2）LF精煉過程中夾雜物的轉(zhuǎn)變規(guī)律為Al2O3、MgO-Al2O3、Ca-MgO-Al2O3，鈣處理后為CaO-Al2O3-CaS，表明鋼中夾雜物得到了有效地變質(zhì)處理。

參考文獻：

[1]劉建華,包燕平.高級別管線鋼精煉工藝分析[J].北京科技大學(xué)學(xué)報,2007,20(08):56.

[2]Takahashi A, Ogawa H. Influence of Microhardness Inclusion on Stress Oriented Hydrogen Induced Cracking of Line Pipe Steel [J]. ISIJ International, 1996,36(03):334.

[3]張彩軍,蔡開科.管線鋼的性能要求與煉鋼生產(chǎn)特點[J].煉鋼, 2002,18(05):40.endprint