非调钢中 DS夹杂物分析及控制

非调钢中 DS夹杂物分析及控制

姚长发 袁成文 姜新岩 祁旭丞 张俊杰 陈万斌 陆建民

西宁特殊钢股份有限公司 ,青海省冶金产品研究与开发重点实验室，青海西宁 810005

摘要：非调钢主要用于制造汽车连杆等部件，钢中Ds类夹杂物不合,影响零部件使用寿命，降低整体可靠性。控制Ds类夹杂物尺寸和数量是提使用寿命的有效手段。采用金相电子显微镜、SEM等方法,对夹杂物形貌、尺寸及成分进行检验分析。从冶炼工艺EAF-LF-VD-CC流程中找规律，确定了夹杂物的主要形成单元。对重点环节改进和优化生产工艺,有效控制了Ds类夹杂物的出现，理论支持及现场指导。

关键词：精炼工艺、非金属夹杂物

前言

非调质钢在国际和国内进行大力推行，它具有节能、绿色，主要特点是在钢通过控轧控冷技术得到产品适合的力学性能，免去了传统的淬火回火热处理调质工艺。随着材料科学的迅猛发展，对非调钢中夹杂物含量的要求也越来越苛刻，然而生产中不可避免的出现Ds（≥13μm）类夹杂物的情况，对减少和避免出现Ds的研究有一定的现实意义。

1、生产工艺：consteel电炉冶炼→精炼+真空→连铸（连铸坯）→步进炉加热→高压水除磷→ 25架连轧→ 缓冷→漏磁+相控阵超声探伤→清理→检验检查→包装上交

2、工装设备

冶炼设备： 110吨Consteel电炉1台、90吨Consteel电炉1台

精炼设备： 75吨LF炉3台、65吨LF炉2台

真空设备： 70吨VD炉4台

连 铸 机： 三机三流连铸机2台

3、验证及试验

全分析、VD前、VD后、加S后、吊包前、熔炼成品样、轧制材各单元过程，按取样标准取具有代表性的试样，进行化学成分检验后，冲洗干净试样表面，进行金相检验项目的样品制备，在光镜下检验Ds。为进一步检验钢中夹杂物的种类、形貌、大小及分布情况，采用电子显微镜及扫描电镜进行观察分析。

表1 取样单元

表2 化学成分表

金相检验通过金相光镜检验对全分析、VD前、VD后、加S后、吊包各单元进行取样，对各时段取的样品进行制样后进行检验，并对取样单位面积中对夹杂物进行统计。夹杂物形貌见图1，统计的夹杂物明细见表3。

图1 夹杂物形貌见

表3 各过程中DS分析

4、扫描电镜检验

制备好的试样放入无水乙醇中，用超声波清洗装置进行清洗，清除磨料等物质后待测。对夹杂物Ds发现位置进行标记，夹杂物Ds主要组成成分见表4。

表4 夹杂物Ds形貌及主要组成成分

上述材上Ds成分可以看出，Ds夹杂物基本上以Mg、Al、Ca、S、O元素为主，个别含有少量Ti、K、Mn等元素。

5、夹杂物Ds形成统计分析

5.1、Ca/Al、[Ca]含量与Ds夹杂物的关系

收集作业区钢中[Ca］/[Al]与Ds级别的关系，关系图如下。

图2 Ds关系图

上图2可知，Ca/Al在0.001~0.015之间时Ds大级别夹杂物出现几率高，随着钢中Ca/Al比的上升，Ds夹杂级别有所下降趋于平稳。随着钢中[Ca]含量的上升，点状大颗粒夹杂物级别也随之上升。

5.2、VD过程对DS夹杂物的影响

极真空压力为0.3乇时，入VD温度、搅拌强度与Ds夹杂物大小关系表，见表5。

表5 Ds与VD温度、搅拌强度、VD时间关系数据

图3 极真空时入VD过程参数与Ds级别的关系图

真空度为0.3乇，当温度上升到1617℃，搅拌强度＞200NL/min时，大型Ds夹杂物生产几率增大。即VD过程高温高压大搅拌下,大型Ds夹杂物生产几率增大。真空度为0.5乇时，随着温度和搅拌强度的上升大型Ds夹杂物出现几率有所降低。见图4。

6、结论

结合Ds夹杂物各成分含量可得出，Ds夹杂物形核核心为Ca、Mg、Al、O等元素形成的镁铝尖晶石，外层包裹这一层CaS。大颗粒点状夹杂物基本是符合夹杂物，其个别成分中含有少量Ti、Mn,这说明点状夹杂物的形成是个颇为复杂的过程。VD过程高温高压大搅拌下大型Ds夹杂物产生几率变大。Ca/Al在0.001-0.015之间时Ds大级别夹杂物出现的几率明显增高，随着钢中Ca/Al比的上升，Ds夹杂级别有所下降趋于平稳。随着钢中[Ca]含量的上升，点状大颗粒夹杂物级别也随之上升。控制与措施通过化学成分优化设计，设定熔炼内控成分范围，实现窄带目标控制，从而保证钢的化学成分均匀稳定。采用电炉红装铁水、电炉无渣出钢及钢包真空脱气处理等工艺控制，严格控制钢中气体含量，提高钢水的纯净度。

参考文献

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