鈣處理非調質鋼的夾雜物控制

楊利委

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司第三煉鋼廠，江蘇 南京 210035）

1 技術問題和處理

為順應汽車輕量化的發(fā)展要求，非調質鋼應運而生，這類鋼擁有高強度、切削加工性能好的特征，但是在鋼鐵企業(yè)實際生產過程中由于其成分的特殊設計使得在冶煉過程中對夾雜物的控制有一定難度。為了解決以上難題，煉鋼過程中對鋼水開展了鈣處理，使得微小的復合夾雜物彌散分布，夾雜物形貌獲得良好的改善，且對鋼材切削性能無影響。但是伴隨鋼材的鈣處理，某些爐里發(fā)生了許多大顆粒的CaS夾雜（圖1），這一夾雜物是鏈珠型或點狀并且不變形夾雜，對鋼材性能尤其是疲累壽命出現較大影響。因此怎么樣有效地控制有危害的大顆粒保持形態(tài)CaS混雜，這是工程技術人員急切需要處理的技術問題。通過對熱力學原理計算和數理統(tǒng)計實踐研究，發(fā)現其中夾雜物的影響規(guī)律，煉鋼實踐生產過程中利用特殊的鈣處理工藝能夠有效控制CaS夾雜物。

圖1 大顆粒硫化鈣夾雜物面掃描圖

2 工藝方案

通過“高爐鐵水——100t超高功率電弧爐初煉——LF爐精煉——VD爐真空脫氣——連鑄——加熱軋制——精整探傷——包裝檢測入庫”的工藝流程，冶煉了50爐F45MnVS非調質鋼，LF精煉采取了專用脫氧劑，VD真空去氣，利用在不同工序進行鋼水鈣處理改善和控制夾雜物。鋼材化學成分里包含了C、Si、Mn、P、S、Cr、V、Ca。軋制取樣后通過金相顯微鏡和掃描電鏡開展夾雜物研究[1]。

3 實驗內容和措施

通過“高爐鐵水——100t超高功率電弧爐初煉——LF爐精煉——VD爐真空脫氣——連鑄——加熱軋制——精整探傷——包裝檢測入庫”的工藝流程來比較分析鈣處理對非調質鋼里夾雜物轉變規(guī)律的影響，實踐生產中開展了兩項具有差異性的冶煉工藝的取樣研究。一部分爐次根據原工藝開展生產，不開展鈣處理，在VD后所有工序取樣研究；另一部分爐次開展鈣處理工藝實驗，第一次完成LF精煉后至進入VD前，添加不同量的鈣線，添加鈣線后所有工序取樣研究。兩類工藝都在VD后開展微合金化，以及添加適量的硫線，讓鋼內硫含量及微合金成分符合產品需要。過程樣應用吊桶樣獲取鋼液樣品，取樣器開口取樣前密封處理，以及分別截取800mm長的鑄坯及500mm長的扎材一支。

所有的工序鋼水的基礎成分通過原位光譜儀測量；在鑄坯內弧1/4位置截取金相樣，軋材隨著軋制方向在中心位置取樣，通過加工后，應用SEM+EDS定性分析各個鋼樣里夾雜物種類隨著工序的轉變；以及對于硫化物夾雜的形態(tài)轉變影響，在500倍視場中，忽視當量直徑低于1um的夾雜物，通過先進的設備工具完成智能掃描夾雜物功能，隨機掃描視場相應量研究各個工藝鋼里夾雜的種類、含量和大?。蛔詈笱芯揩@得鈣處理對非調質鋼夾雜物的轉變的影響規(guī)律[2]。

4 實驗結果和研究

（1）夾雜物種類特點。通過對相應量的樣品跟蹤取樣研究夾雜物，依照相應的標準完成夾雜物評級，以及對夾雜物開展統(tǒng)計研究；某些爐號的B類夾雜物大過規(guī)范需求1.5級，最大的話會大于2.5級。通過相應的掃描電鏡研究夾雜物特點面掃描，掃描范圍是54mm2，通過計算機智能計算數量、構成和具體比例。

通過結論可以發(fā)現，鋼里含有的夾雜物大概構成包括Al2O3，CaO，CaS等等，并且主要的復合夾雜物為CaO—Al2O3—CaS，CaS和鈣鋁酸鹽一起存在，或者主要是鈣鋁酸鹽，部分是獨立的尺寸較低的CaS和Al2O3夾雜物，夾雜物的長寬比大致≤2.5。這一類鋼材中的夾雜物解決的核心目標就是轉變其形態(tài)，縮減長條形MnS和鏈珠形Al2O3的產生，以改善鋼材加工性能，并且還能夠減少力學性能的各向異性。個別爐號B類夾雜物超出要求，通過掃描電鏡對這一類別開展研究，它的長度的最大值超過700um展現出鏈珠形，明確成分定性是CaS。因為鋼材在服役過程中遭到頻率較大的往復拉、壓應力，因此這一類夾雜物極有可能變成裂縫源。所以，實踐生產過程里需要防止這一尺寸夾雜物的出現[3]。

（2）夾雜物產生原理。通過研究大尺寸B類夾雜物的爐號生產過程可知，在生產時候連鑄過程中液面曲線波動劇烈變化。并且這部分爐號和夾雜物有關的部分元素開展計算和研究，探討夾雜物的影響。通過相應研究結果能夠發(fā)現某些概率產生頻率極其高，因此根據取樣研究和結果的相應關系可知，這里面的元素具有相互的限制和平衡關系，這些都會給CaS夾雜的出現產生形核作用。在生產過程中的某些溫度條件下，鏈珠狀CaS產生的概率會提升。

煉鋼的過程中，Al核心是成為脫氧劑被加入到鋼內開展脫氧反應，產生Al2O3。鋼液里酸溶鋁成分越多，自由氧活性會下降，這樣的環(huán)境下，鋼液進行鈣處理后鈣的活性和收得率會不斷提高。在鋼液里添加鈣線后，鈣和自由氧產生氧化鈣以及可以還原Al2O3組合產生鈣鋁酸鹽夾雜物，隨著鈣的含量提升，夾雜物會根據相應的規(guī)律產生，還有部分鈣會變成CaS。有人研究相應的反應式計算出了相應溫度下的Al——S平衡曲線，根據這一曲線可以得知，Al，Ca含量和鋼水溫度對CaS的影響關系。溫度隨著酸溶Als、Ca含量增加而降低，都會導致S均衡濃度降低，最后使得產生的CaS的活性減弱。鋼水內S活性比臨界值大的情況下，氧化物變性反應遭到阻礙。

煉鋼的時候，鈣的活性的增加，會促進CaS夾雜，CaS之后在鈣鋁酸鹽沿質點形核生長，或獨立聚集，構成集中性夾雜物，之后軋制過程中隨軋制軌跡碎裂，構成鏈珠狀，所以Al不能太高，也就是還原性不可以過大，才可以避免產生太大的CaS夾雜。因此利用精煉過程中控制鋁脫氧劑的添加機會和添加量，可以控制F45MnVS的夾雜物形貌，最后控制這一鋼種B類夾雜物級別，防止發(fā)生B類夾雜物超標的狀況。

（3）鋼水成分和氧氮含量的轉變。所有工序中的化學成分有所不同，兩類工藝獲得的鋼水化學成分差不多相同。兩類工藝鋼里的氮含量的轉變規(guī)律差不多相同，從VD后到鑄坯，氮含量略有上升，但是由鑄坯到扎材，氮含量會稍有下降，最后都控制在標準范圍內。

（4）在不同工藝的鈣處理對比試驗過程中，發(fā)現鈣處理時反應過于激烈，導致鋼液表層沸騰，引起鋼液再次樣化現象，通過中間包冶金作用，大的夾雜物會上浮，在鑄坯里兩者鋼液純凈度已經幾乎相同水平。

5 總結

生產過程中通過科學鈣處理的方式來開展硫化物的形貌控制是有效地，在保證鋼材機械性能的基礎上，科學的鈣處理可以提高鋼液純凈度、可以幫助含硫非調質鋼里硫化物的形貌控制。鈣處理后產生的低熔點夾雜物包含了含鈣氧化物，可以當成硫化物的形核中心，并且硫化鈣可以固溶于MnS里，鋼內可以產生豐富的含鈣復合硫化物；但是鈣處理反應激烈，引起鋼液表層沸騰，使得鋼液局部再次樣化，極易產生各種復合硫化物，生產過程中應注意適當控制。