20CrMo合金鋼生產(chǎn)過程中非金屬夾雜物的演變

王偉健，羅 艷，張立峰，任 英

1) 北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京 100083 2) 燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，機(jī)械工程學(xué)院，秦皇島066004

20CrMo合金鋼一般用于生產(chǎn)高壓管、齒輪、螺母等以及汽車零部件、墊片等，對(duì)其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及沖擊功等性能有較高要求[1-4]. 作為鋼中的第二相粒子，非金屬夾雜物的存在破壞了鋼基體的連續(xù)性，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的強(qiáng)度、韌性、抗疲勞性能及加工性能等[5-11]也會(huì)產(chǎn)生影響. 20CrMo合金鋼生產(chǎn)過程中，非金屬夾雜物對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響[1,12-14]. Wu等[15]學(xué)者采取鈣處理技術(shù)改性鋼中MnS夾雜物，以形成有利于提高鋼的性能的MnS與Al2O3或CaS結(jié)合的紡錘形的低熔點(diǎn)復(fù)合夾雜物. 丁晨等[14]學(xué)者對(duì)20CrMo汽車軸承斷口進(jìn)行觀察分析，發(fā)現(xiàn)鋼中夾雜物過多是導(dǎo)致軸承斷裂的直接原因之一. Li等[13]學(xué)者發(fā)現(xiàn)20CrMo鋼中MnS形貌對(duì)鋼中氫致裂紋的產(chǎn)生存在影響. 樊田等[1]學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，向20CrMo鋼中加鎂，改變鋼中夾雜物形貌及組成，形成“外軟內(nèi)硬”的復(fù)合夾雜物，以提高20CrMo齒輪鋼的力學(xué)性能.

在冶煉過程中，20CrMo鋼使用鋁作為脫氧劑，并采用鈣處理技術(shù)對(duì)夾雜物進(jìn)行改性，以防止水口結(jié)瘤[15-24]. 鈣處理過程存在一個(gè)合理的加鈣量范圍，而合理的加鈣量與鋼液成分、溫度等條件有關(guān)，爐次不同加鈣量也會(huì)不同. 目前國內(nèi)大多數(shù)鋼鐵企業(yè)喂鈣過程缺乏理論指導(dǎo)，僅根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行鈣處理操作[8,16,22]. 同時(shí)，二次氧化現(xiàn)象會(huì)使鋼液的潔凈度降低，夾雜物尺寸變大，增加鋁損，降低鈣的收得率. 因此，為保證良好的鈣處理效果，還需要在連鑄過程中采取良好的保護(hù)澆注措施，避免二次氧化現(xiàn)象[16,25-27]. 近年來，研究發(fā)現(xiàn)在軸承鋼、管線鋼以及304不銹鋼等鋼種的冷卻、凝固及熱處理過程中，夾雜物成分、形貌等也會(huì)發(fā)生變化[28-30].

鋼中非金屬夾雜物的存在對(duì)鋼的力學(xué)性能以及生產(chǎn)過程的順行等都具有重要影響，因此有必要研究從鋼液到軋材整個(gè)生產(chǎn)過程中夾雜物的演變規(guī)律. 本文以國內(nèi)某廠生產(chǎn)的20CrMo合金鋼為研究對(duì)象，研究整個(gè)生產(chǎn)過程的夾雜物演變以及鋼中總氧、氮等鋼液成分變化，分析20CrMo合金鋼中夾雜物的演變規(guī)律，對(duì)固體鋼中夾雜物的轉(zhuǎn)變方式以及軋材中CaO-Al2O3與CaS黏結(jié)型夾雜物的形成機(jī)理進(jìn)行了探討，同時(shí)對(duì)冶煉過程中的精準(zhǔn)鈣處理控制給出了建議，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程中夾雜物的轉(zhuǎn)變進(jìn)行深入研究，為進(jìn)一步有效控制鋼中非金屬夾雜物、穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行、提高產(chǎn)品力學(xué)性能提供參考.

1 工業(yè)試驗(yàn)及取樣和分析方法

目前該廠生產(chǎn)的20CrMo鋼的生產(chǎn)工藝路線為：鐵水預(yù)處理→頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→鋼包爐精煉（LF）→真空循環(huán)脫氣精煉（RH）→鈣處理→連鑄→熱軋，其化學(xué)成分如表1所示. 在LF階段調(diào)合金和脫硫處理. LF階段分兩次喂入鋁線，分別為加熱開始5 min后以及加熱結(jié)束階段. RH階段吹氬1 min后加入鋁塊等合金，RH脫氣時(shí)間為20 min，脫氣結(jié)束后喂入400 m鈣線，軟吹時(shí)間為5 min. 分別在LF化渣后、RH進(jìn)站、RH加鈣后取鋼水樣；中間包澆注1/3取鋼水樣，以及連鑄坯試樣及對(duì)應(yīng)連鑄坯的軋材試樣. 鋼水樣的分析位置為距離底部10 mm處；鑄坯試樣的分析位置為：板寬1/4位置、距離內(nèi)弧1/4處；軋材分析位置為：坯頭、板寬1/4處.

表1 20CrMo合金鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 1 Chemical composition of 20CrMo steel %

使用電火花直讀光譜儀對(duì)鋼中T.Ca、T.Al、及T.S含量進(jìn)行檢測，使用Leco ONH836對(duì)鋼中總氧含量（T.O）及總氮含量(T.N)進(jìn)行檢測. 將鋼鐵試樣進(jìn)行研磨、拋光后，使用自動(dòng)掃描電鏡分析鋼中非金屬夾雜物的形貌、數(shù)量及尺寸.

2 生產(chǎn)過程中鋼液成分變化及原因

精煉及連鑄過程鋼液中氧含量、氮含量及硫含量變化如圖1（a）所示. RH進(jìn)站時(shí)鋼液硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3.8×10-5，由于 RH精煉的微弱脫硫效果，RH精煉結(jié)束之后硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至3×10-5，在連鑄過程中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至2.7×10-5. RH進(jìn)站時(shí)鋼液中T.O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.3×10-5，RH真空結(jié)束后T.O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8×10-6，總氧降低效果明顯，表明RH精煉過程總氧去除效果明顯. RH進(jìn)站至RH真空結(jié)束時(shí)，由于RH的脫氣作用，鋼液中T.N質(zhì)量分?jǐn)?shù)由 4.8×10-5降低至 3.5×10-5. 與加鈣前相比，RH加鈣后鋼液中T.O質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至1.1×10-5，T.N質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至4.1×10-5，原因?yàn)槲光}過程中反應(yīng)劇烈，鋼液面部分裸露，一部分空氣由于向鋼液中喂線而進(jìn)入鋼液中. 加鈣后至中間包過程中氧含量及氮含量均增加，表明一部分空氣進(jìn)入到鋼液中，鋼液存在二次氧化現(xiàn)象.

圖1 精煉及連鑄過程相關(guān)元素含量變化. （a）總硫含量、總氧含量、總氮含量；（b）總鈣含量、總鋁含量Fig.1 Variation of composition in liquid steel: (a) T.S, T.O, and T.N contents; (b) T.Ca and T.Al contents

圖1為鋼液中T.Al及T.Ca含量變化. 由于LF精煉及RH精煉階段鋁線及鋁塊的加入，從LF精煉至RH真空結(jié)束階段T.Al含量呈增加趨勢. 由于喂鈣及連鑄過程的二次氧化現(xiàn)象，鋼液中鋁被逐漸氧化，含量降低. RH進(jìn)站中鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3×10-6，加鈣后鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高達(dá)2.4×10-5. 在澆注過程由于二次氧化，鈣有所燒損，質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至1.8×10-5.

3 生產(chǎn)過程中非金屬夾雜物的演變

圖2為整個(gè)20CrMo生產(chǎn)過程中夾雜物平均尺寸及數(shù)密度變化. 可以看到，加鈣后夾雜物由于鈣元素的加入以及加鈣過程中空氣的帶入夾雜物數(shù)量有所增加，但平均尺寸降低，表明大尺寸夾雜物所占比例有所降低，在RH精煉過程中被去除.由于連鑄過程中發(fā)生二次氧化現(xiàn)象，夾雜物數(shù)量及尺寸有所增加，連鑄過程的保護(hù)澆注措施需要加強(qiáng).

圖2 生產(chǎn)過程中夾雜物平均尺寸及數(shù)密度變化Fig.2 Changes in average diameter and number density of inclusions during the production process

將夾雜物成分投到Al2O3-CaO-CaS三元相圖中，Dmax為掃描到的夾雜物的最大尺寸，Dave為掃描到的夾雜物的平均尺寸，w代表質(zhì)量分?jǐn)?shù). 圖3為精煉及連鑄過程夾雜物成分分布，圖中實(shí)線為100%液相區(qū). 20CrMo合金鋼轉(zhuǎn)爐出鋼及精煉過程中使用鋁脫氧，因此RH精煉加鈣前夾雜物主要為Al2O3，精煉過程中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)82%.加鈣后由于鋼中硫含量較高而氧含量相對(duì)較低，鋼中生成了大量的CaS，連鑄過程中由于氧含量增加，CaS一部分轉(zhuǎn)化為CaO，與生成的Al2O3形成鈣鋁酸鹽.

圖3 精煉及連鑄過程夾雜物成分分布. （a）LF 進(jìn)站；（b）RH 進(jìn)站；（c）RH 加鈣后[31]；（d）中間包澆注 1/3[31]Fig.3 Composition distribution of inclusions at refining and continuous casting process: (a) start of LF; (b) start of RH; (c) RH after Ca addition[31];(d) tundish[31]

圖4為連鑄坯及軋材中夾雜物成分分布，夾雜物成分變化不大. 從圖中可以看出經(jīng)過凝固和冷卻. 固體鋼中夾雜物主要為兩部分，一部分是Al2O3-CaS的復(fù)合夾雜物，尺寸相對(duì)較小，另一部分是尺寸相對(duì)較大的Al2O3-CaO，含有少量的CaS.

圖4 連鑄坯及軋材中夾雜物成分分布. （a）連鑄坯；（b）熱軋中間坯；（c）熱軋板Fig.4 Composition distribution of inclusions in slab and rolling plate: (a) slab; (b) hot-rolled intermediate sheet; (c) hot rolling plate

圖5為20CrMo合金鋼生產(chǎn)過程鋼中非金屬夾雜物的成分變化圖，整個(gè)生產(chǎn)過程中MgO含量較低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%，鈣處理結(jié)束后小于3%.在LF精煉過程及RH精煉加鈣前階段，鋼液中夾雜物主要為Al2O3，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于70%. 由于LF后期補(bǔ)加了一定量的鋁線，因此RH進(jìn)站時(shí)夾雜物中Al2O3含量增高. 同時(shí)，夾雜物中的少量MgO通過公式（1）被還原進(jìn)入鋼液中，夾雜物中MgO含量降低.

圖5 生產(chǎn)過程中夾雜物平均成分變化Fig.5 Changes in the composition of inclusions during the production process of 20CrMo steel

由于RH精煉過程中合金的加入引入了一部分鈣，溶解進(jìn)入鋼液中的鈣與MgO及Al2O3夾雜物反應(yīng)，如公式（2）及公式（3）所示. 與RH進(jìn)站相比，RH精煉加鈣前的試樣中夾雜物中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)從82%降低至75%，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)從5%升高至14%. 由于鋼液中硫含量較高，而氧含量相對(duì)較低，因此當(dāng)過量的鈣加入到鋼液中后會(huì)生成大量CaS，CaS質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至59%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至21%.

圖6為鈣處理后及中間包中夾雜物尺寸與數(shù)量分布，從圖中可以看出，與加鈣后相比，中間包中夾雜物數(shù)量增加，大尺寸夾雜物所占比例增加.由于連鑄過程中的二次氧化現(xiàn)象，氧氣進(jìn)入鋼液中會(huì)首先與CaS發(fā)生反應(yīng)，使CaS發(fā)生分解，如公式（4）所示. 進(jìn)入到鋼液中的氧也會(huì)與鋼液中[Al]反應(yīng)生成大量Al2O3. 圖7為使用Factsage 7.0計(jì)算的鋼中氧含量與夾雜物之間的關(guān)系. 從圖中可以看出，隨著氧含量增加，夾雜物中CaS含量降低，CaO及Al2O3含量增加.

圖6 鈣處理后及中間包中夾雜物尺寸分布. （a）加鈣后；（b）中間包Fig.6 Size distribution of inclusions after calcium treatment and in tundish: (a) after Ca addition; (b) tundish

圖7 隨氧含量增加，鋼中夾雜物變化（溫度: 1823 K）Fig.7 Change in inclusions with increased oxygen content(Temperature: 1823 K)

在中間包中，由于二次氧化的影響，夾雜物中CaS質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至9%，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至36%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至46%. 在鋼的冷卻與凝固過程中，發(fā)生如公式（5）所示的反應(yīng)，鑄坯中CaO含量降低，CaS增加，在軋材中成分變化相對(duì)穩(wěn)定.

4 精準(zhǔn)鈣處理的理論與實(shí)踐

根據(jù)20CrMo合金鋼中鈣處理后試樣的夾雜物分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)鈣處理后有大量CaO及CaS生成，表明喂鈣量過高，需要控制鈣線的喂入量. 圖8為使用Factsage 7.0計(jì)算的20CrMo鋼中鈣含量變化對(duì)鋼中夾雜物的影響. 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，20CrMo合理的加鈣量范圍在 5×10-6～1.5×10-5，當(dāng)加鈣量較高時(shí)，會(huì)有CaS及CaO生成，與實(shí)際夾雜物檢測結(jié)果較一致.

圖8 鈣含量對(duì)20CrMo鋼中夾雜物的影響Fig.8 Effect of T.Ca content on inclusions in 20CrMo steel

根據(jù)對(duì)現(xiàn)有流程試樣的分析，夾雜物控制效果相對(duì)較好，但仍存在一些問題. 合金等原輔料中含有一部分鈣，為了保證鈣處理效果，提高生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性，在進(jìn)行鈣處理前，需要將合金中的鈣考慮在內(nèi). 鈣處理存在一個(gè)合理的喂鈣量，既不能過高，也不能過低[32]. 在當(dāng)前的生產(chǎn)條件下，鋼中加鈣量高于實(shí)際鋼液需要的加鈣量，為更好的控制夾雜物，減少水口結(jié)瘤問題，應(yīng)降低鈣線的喂入量. RH喂鈣過程鋼中氧含量及氮含量有所增加. 為提高鋼液潔凈度，需要通過調(diào)節(jié)吹氬流量以及降低喂鈣速度等措施進(jìn)一步控制喂鈣過程的氧化現(xiàn)象. 本爐次鈣處理過程中鈣的收得率為21%，收得率偏低，可以采取控制軟吹流量、喂鈣速度等措施提高并穩(wěn)定控制鈣的收得率.

5 鋼冷卻與凝固及固體鋼加熱過程中夾雜物的演變

根據(jù)圖2結(jié)果，從中間包到鑄坯以及軋材階段，夾雜物平均尺寸呈增加趨勢，表明在鋼冷卻與凝固以及固體鋼加熱過程中夾雜物會(huì)長大. 從圖5夾雜物平均成分的變化結(jié)果可以看出，中間包中含 46%的 Al2O3，35%的 CaO以及 9%的 CaS，而在連鑄坯中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至29%，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至4%，CaS質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至48%，同時(shí)MnS質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至15%，表明在鋼冷卻和凝固過程中夾雜物成分同樣會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變. 為了更好地對(duì)鋼中夾雜物的成分、形貌及尺寸等進(jìn)行控制，有必要對(duì)鋼冷卻與凝固及固體鋼加熱過程中夾雜物的演變機(jī)理進(jìn)行研究.

在鋼冷卻和凝固過程中夾雜物主要存在三種轉(zhuǎn)變方式：隨著溫度降低夾雜物自身發(fā)生相轉(zhuǎn)變；鋼中CaS、MnS等新相的析出；鋼基體與夾雜物發(fā)生固相反應(yīng). 使用Factsage 7.0研究鋼冷卻和凝固過程中夾雜物相轉(zhuǎn)變情況，計(jì)算結(jié)果如圖9和圖10所示.

圖9 隨溫度降低夾雜物本身物相轉(zhuǎn)變Fig.9 Phase transformation of the inclusion with decreasing temperature

圖10 隨溫度降低鋼中夾雜物物相轉(zhuǎn)變Fig.10 Phase transformation of the inclusions in the steel with decreasing temperature

隨著溫度降低，僅考慮夾雜物自身發(fā)生相轉(zhuǎn)變時(shí)的計(jì)算結(jié)果如圖9所示. 計(jì)算的夾雜物的初始成分為 Al2O3：51.04%、CaO：39.36%、CaS：9.6%，與檢測的中間包中夾雜物成分一致. 從圖中可以看出，在澆注溫度（約1550 ℃）下，夾雜物主要為液態(tài)的鈣鋁酸鹽和少量的CaS. 在溫度降低至1520 ℃開始有新相CaO·Al2O3生成，液相夾雜物數(shù)量減少. 當(dāng)溫度降低至1350 ℃時(shí)，液相消失，生成新相3CaO·Al2O3，在整個(gè)溫度降低的過程中CaS質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大，表明在鋼冷卻與凝固過程中夾雜物內(nèi)部的相轉(zhuǎn)變對(duì)夾雜物成分變化影響較小.

圖10為考慮在鋼冷卻與凝固過程中鋼與夾雜物發(fā)生反應(yīng)及存在新相生成時(shí)的計(jì)算結(jié)果. 從圖中可知，在澆注溫度（約1550 ℃）下，夾雜物為固相的CaS和液態(tài)的夾雜物. 當(dāng)溫度降低至約1480 ℃時(shí)，液相夾雜物消失，CaS含量增加明顯，開始生成新相 CaO·2Al2O3. 當(dāng)溫度降低至 1390 ℃時(shí)，CaO·2Al2O3相逐漸減少，新相 CaO·6Al2O3生成，CaS繼續(xù)增加. 當(dāng)溫度降低至約1330 ℃時(shí)，夾雜物完全轉(zhuǎn)變?yōu)锳l2O3和CaS. 當(dāng)溫度降低1225 ℃時(shí)，MnS開始析出. 溫度降至1000 ℃時(shí)，MnS含量變化趨于穩(wěn)定. 該計(jì)算結(jié)果與鋼在實(shí)際冷卻與凝固條件下夾雜物成分變化趨勢一致，表明在鋼凝固與冷卻過程中鋼與夾雜物之間的固相反應(yīng)及新相的生成對(duì)夾雜物轉(zhuǎn)變有較大影響.

在鋼冷卻與凝固過程中，由于發(fā)生反應(yīng)公式（5），夾雜物中CaO含量降低，CaS含量增加. 中間包中典型夾雜物形貌如圖11所示. 夾雜物主要為球形的鈣鋁酸鹽類以及CaO-Al2O3與CaS黏結(jié)在一起的復(fù)合夾雜物. 圖12為固體鋼中典型夾雜物形貌. 主要分為以下幾類：呈均相分布的Al2O3-CaO-CaS復(fù)合夾雜物，此類夾雜物尺寸一般較小，鋼基體中[S]更容易擴(kuò)散進(jìn)入到夾雜物中形成CaS，最終形成均相的復(fù)合夾雜物；CaO-Al2O3與CaS黏結(jié)在一起的復(fù)合夾雜物；以及少量呈單相析出的CaS.

圖11 中間包中典型夾雜物形貌. （a）CaO-Al2O3；（b）CaO-Al2O3與 CaS 復(fù)合夾雜物Fig.11 Morphology of typical inclusions in tundish: (a) CaO-Al2O3; (b) CaO-Al2O3-CaS compound inclusions

圖12 鑄坯及軋材中典型夾雜物形貌. （a）均相Al2O3-CaO-CaS復(fù)合夾雜物；（b）Al2O3-CaO與CaS黏結(jié)型夾雜物；（c）CaS夾雜物Fig.12 Morphology of typical inclusions in slab and plate: (a) homogeneous Al2O3-CaO-CaS inclusions; (b) Al2O3-CaO and CaS compound inclusions; (c) CaS

圖13為鑄坯中夾雜物尺寸與成分的關(guān)系. 從圖中可以看出，隨著夾雜物尺寸的增加，夾雜物中CaS含量逐漸降低，CaO含量逐漸增加，表明在鋼凝固及加熱過程中，夾雜物尺寸越大，夾雜物成分越不容易發(fā)生變化，即Al2O3-CaO夾雜物越不容易轉(zhuǎn)變?yōu)锳l2O3-CaS類夾雜物，與圖4中連鑄坯及軋材中夾雜物成分分布的結(jié)果相一致.

圖13 鑄坯中夾雜物尺寸與成分關(guān)系Fig.13 Relationship between the size and composition of inclusions in the slab

6 軋材中CaO-Al2O3與CaS黏結(jié)型夾雜物形成原因

軋材中存在數(shù)量較多的CaO-Al2O3與CaS黏結(jié)型夾雜物，其形成機(jī)理如圖14所示. 其生成的原因主要有以下幾個(gè)方面：（1）均相的CaO-Al2O3-CaS相轉(zhuǎn)變生成：鑄坯中存在均相的CaO-Al2O3-CaS的復(fù)合夾雜物，在鋼軋制過程中，這類夾雜物隨著溫度的變化，自身發(fā)生相轉(zhuǎn)變，最終由均相轉(zhuǎn)變成CaO-Al2O3與 CaS 的兩相；（2）鋼液中 CaO-Al2O3生成：中間包鋼液中存在CaO-Al2O3類夾雜物，這類夾雜物中的CaO在鋼冷卻與凝固或軋制過程中與鋼基體中的[S]發(fā)生反應(yīng)，CaO轉(zhuǎn)變?yōu)镃aS，但由于反應(yīng)時(shí)間不充分，無法達(dá)到熱力學(xué)平衡，CaO不能充分反應(yīng)生成CaS，一部分CaO留在夾雜物中，最終形成CaO-Al2O3與CaS黏結(jié)型夾雜物；（3）鑄坯中原始的CaO-Al2O3與CaS黏結(jié)型夾雜物：鈣處理過程中，過量的鈣加入到鋼液后會(huì)立刻生成高熔點(diǎn)的CaS，CaS與Al2O3碰撞呈Al2O3-CaS復(fù)合夾雜物，但CaS是一種瞬態(tài)物質(zhì)，部分CaS轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO，生成的CaO與Al2O3形成CaO-Al2O3，這類夾雜物會(huì)保留到鑄坯中，因此鑄坯中會(huì)存在一些CaO-Al2O3與CaS黏結(jié)的夾雜物. 在軋制過程中，這類夾雜物由于尺寸相對(duì)較大以及反應(yīng)時(shí)間不充分等原因，CaO與鋼基體中的[S]反應(yīng)不完全，因此無法完全轉(zhuǎn)變?yōu)锳l2O3-CaS的復(fù)合夾雜物，只是夾雜物中CaS相含量有所增加.

圖14 CaO-Al2O3與CaS黏結(jié)型夾雜物形成示意圖Fig.14 Schematic diagram of the formation mechanism of CaO-Al2O3 and CaS bonded inclusions

7 結(jié)論

（1）由于鋼中過量鈣的加入，鈣處理后立刻生成大量CaS，夾雜物變?yōu)镃aS-Al2O3-CaO復(fù)合夾雜物. 為將夾雜物控制在液相區(qū)，提高鈣處理效果，減少水口結(jié)瘤，應(yīng)減少鈣線的喂入量. 并且鈣處理過程鋼液中氧含量及氮含量增加，表明有一部分空氣隨被帶入到鋼液中，鋼液的潔凈度降低，同時(shí)會(huì)使鈣的收得率降低，需要控制吹氬流量及降低喂鈣速度以減少氧的進(jìn)入.

（2）連鑄過程中鋼液氧含量，夾雜物數(shù)密度、尺寸均增加，需要控制連鑄過程二次氧化現(xiàn)象的發(fā)生，加強(qiáng)保護(hù)澆注措施，以提高鋼液潔凈度.

（3）在鋼冷卻與凝固過程中鋼基體會(huì)與夾雜物發(fā)生反應(yīng)，夾雜物成分明顯變化，CaO含量會(huì)降低，CaS含量升高，與熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果一致.

（4）軋材中CaO-Al2O與CaS黏結(jié)型夾雜物的來源主要有以下幾個(gè)方面：自身相轉(zhuǎn)變產(chǎn)生；CaO-Al2O3類夾雜物在凝固過程中與鋼基體反應(yīng)生成；鑄坯中原始存在的.

致謝

感謝國家自然科學(xué)基金（U1860206、51725402）、燕山大學(xué)高鋼中心（HSC）、先進(jìn)制造用高品質(zhì)鋼鐵材料開發(fā)與智能制造北京市國際科技合作基地（ICSM）和北京科技大學(xué)高品質(zhì)鋼研究中心（HQSC）的資助.