学号：
HEBEI UNITED UNIVERSITY
毕业论文
G RADUA T ETHESIS
论文题目：板坯大型夹杂物研究
学生姓名：
专业班级：
学院：冶金与能源学院
指导教师：教授
年月日
摘要
本文以唐钢最新投产的FTSC连铸技术生产的板坯为研究对象，将板坯加工成Φ50×130mm的圆柱形试样。通过大样电解实验，经过电解、淘洗分离碳化物和分级称重等步骤得到了试样中的大型夹杂物，再用KYKY-2800型扫描电子显微镜对夹杂物进行定性分析。研究表明：板坯中的大型夹杂物主要来源于脱氧产物、结晶器保护渣和中间包覆盖剂的污染，其次是水口的熔损；大型夹杂为球形的钙铝酸盐夹杂、透明的SiO2夹杂和复杂化合物夹杂。
此外，根据试验结果和讨论提出相应的改善措施。如：选用优质原料、转炉要提供优质的钢水、钢包底吹氩搅拌、采用全程保护渣浇注、优化中间包流场和减少液面波动等。通过研究了解大型夹杂物的来源、成因以及影响因素等，以期找出减少板坯中大型夹杂物夹杂物的办法，提高钢的质量。
关键词：板坯；电解；大型夹杂物；来源
In this paper, We introduce the continuous casting technology of the latest production of FTSC Tangshan Iron and Steel Production slab as research object, in which Φ50×130mm slab is processed into a cylindrical sample. By large sample electrolysis experiment, after electrolysis, separating washing steps such as carbides and classification, we have been weighing the sample in the large inclusions, and then by KYKY-2800 scanning electron microscope for qualitative analysis of inclusions. The results show that: a large slab of deoxidation products mainly from inclusions, mold powder and tundish covering flux of pollution, followed by the outlet of the melt loss; large inclusions of calcium aluminate inclusions are spherical, transparent SiO2 inclusions and complex mixture of compounds.
Moreover, according to the corresponding test results and discuss we can propose improvements, such as: high quality raw materials, the converter to provide high-quality steel, ladle bottom blowing argon stirring, the use of flux throughout the casting, the tundish flow and optimized to reduce surface fluctuations. Through research to understand the source of large inclusions, causes and contributing factors, so as to reduce the slab in identifying large inclusions to approaches to improve the quality of steel.
Key words: slab, electrolysis, large inclusions, source
引言 (1)
1 文献综述 (2)
1.1 板坯连铸的发展 (2)
1.2 板坯连铸的应用技术 (3)
1.3 板坯连铸的工艺特点 (6)
1.4 钢中夹杂物的分类与分布特点 (7)
1.4.1 夹杂物的分类 (7)
1.4.2 夹杂物的分布特点 (10)
1.5 夹杂物对钢质量和性能的影响 (11)
1.6 生产工艺对夹杂物的影响 (14)
1.6.1 转炉过程钢液夹杂物的控制 (15)
1.6.2 精炼过程夹杂物的控制 (17)
1.6.3 连铸过程钢水纯净度的控制 (18)
2 板坯内的大型夹杂物 (22)
2.1 大型夹杂物的来源 (22)
2.2 影响大型夹杂物的因素 (22)
2.2.1 脱氧制度的影响 (22)
2.2.2 浇注过程的影响 (23)
2.3 大型夹杂物对钢材质量的影响 (23)
2.4 减少大型夹杂物的措施 (24)
3 实验研究板坯中大型夹杂物 (25)
3.1 研究背景 (25)
3.2 研究目的 (25)
3.3 研究内容 (26)
3.4 实验室研究 (26)
3.5 大样电解实验 (27)
3.5.1 大样电解的特点 (27)
3.5.2 实验原理 (28)
3.5.3 试验方法 (28)
3.6 实验结果及分析 (32)
3.6.1 板坯中大型夹杂物的含量 (32)
3.6.2 板坯中大型夹杂物的来源 (32)
结论 (36)
参考文献 (39)
致谢 (40)
引言
在工业发展和技术进步的今天，为了适应高强度，长寿命，耐腐蚀以及在恶劣环境下工作的需要，对钢材的性能提出了更高的要求。洁净钢的研制和开发成为必然。关于纯净钢或洁净钢的概念国内外尚无统一定义。一般认为洁净钢是对钢中非金属夹杂物（主要是氧化物，硫化物）进行严格控制的钢种，这主要包括：钢中总氧含量低，非金属夹杂物数量少，尺寸小，分布均匀，脆性夹杂物少以及合适的夹杂物形状。钢中杂质元素一般是指C、S、P、N、H、O，1962年Kiessling 把钢中微量元素（Pb、As、Sb、Bi、Cu、Sn）也包括在杂质元素之列，这主要是因为炼钢过程中上述元素也引成缺陷，对钢的性能有不利的影响。
80年代以来，随着冶炼技术的进步，钢中杂质（主要指C、S、P、N、H、O）不断减少，钢的洁净度水平不断提高，显著地改善了钢材的延性、韧性、加工、焊接、抗腐蚀等性能，延长钢材使用寿命；70年代初上述杂质总量只能去除到235ppm左右，而在90年代能将其去除到40ppm以下。目前，国内外已建立了纯净钢及相关产品（IF深冲汽车板和管线钢等）的大规模生产流程，钢中有害元素C、S、P、N、H、T[O]含量之和可控制在0.01%以下。一些冶金学家还提出了超纯净钢的概念，并将其界定为C、S、P、N、H、T[O]含量之和在0.004%以下。
随着建筑、交通、能源、汽车和造船等行业对钢材性能的要求日益提高，预计在未来钢的洁净度还会进一步提高。因此，明晰钢中非金属夹杂物的来源和分布以及对钢材性能的影响，了解钢中非金属夹杂物的控制方法，探索去除非金属夹杂物的新途径对纯净钢的生产具有重要的意义。
1 文献综述
1.1 板坯连铸的发展
连铸技术发展的基本趋势之一，是力求浇注可能接近最终产品尺寸的铸坯，即所谓的“近终形连铸技术”。其目的就是在保证一定的产量规模和产品质量的前提下，尽量减少连铸坯的断面规格，以最大限度地取代压力加工手段，简化生产工艺流程。板坯连铸是近终形连铸中目前发展较成熟的工艺。其发展如下：
1. CSP技术
由德国西马克公司提供的第一条紧凑带钢生产线（Compact Strip Production 缩写CSP）。采用漏斗结晶器、浸入式水口、保护渣技术来浇注50mm厚的板坯。有关的浸入式水口设计、保护渣性能的选择、稳定的钢水流量控制和结晶器液面控制都是其核心技术。CSP技术的工艺特色主要是采用立弯式铸机，漏斗型结晶器，液芯压下刚性引锭杆及连续矫直技术。漏斗型结晶器是CSP技术的核心，主要特征：上口为漏斗形状，在700mm处转变为平行板形，而过渡不是圆滑过渡。由于其上部空间大，可以增大浸入式水口厚度。其优点如下：
1) 增加结晶器容钢量，利于保护渣熔化；
2) 空腔尺寸放大，利于合理的设计浸入式水口，优化流场，避免保护渣凝固搭桥；
3) 减轻液面波动，防止卷渣；
4) 延长了钢水在结晶器内时间，利于夹杂物上浮；
5) 利于产量提高100～150万吨/年；
6) 裂纹导致拉漏及相关缺陷下降。但是结晶器的漏斗形状造成铸坯壳在结晶器中所受应力较大，使浇注包晶钢困难。
2. ISP技术
它由德国德马克公司和意大利阿维迪公司合作，于1992年月在意大利投入测试，1993年3月正式投产的。这种方式通常叫做在线生产带钢（In Strip Production缩写为ISP）。ISP技术的工艺特点主要是采用直弧形连铸机，平行板结晶器，并采用扁平薄型水口。其优点如下：
1) 可以随时停浇，利于改变钢种和更换中包；
2) 坯壳变形小；
3) 润滑更均匀稳定。其缺点是容钢少，化渣难，易卷渣，水口薄，使用寿
命低。该公司的ISP在投产后两年半产量达到50万t/a的设计能力，且已浇注了深冲钢、合金结构、钢管线用钢和高合金奥氏体和铁素体钢等。在阿维迪之后，韩国浦项公司光阳厂在1994年6月也订了一条ISP生产线。国外板坯连铸连轧发展非常迅速，现在日本、美国、德国、西班牙、韩国、土耳其、加拿大、马来西亚、台湾都建立了板坯生产线。
3. Con Roll技术
Con Roll工艺是奥地利V AI开发的中等厚度板坯连铸技术，为美国阿姆科公司提供一台中厚度板坯连铸连轧生产线，铸坯厚度较大（75～125mm），通常为100 mm，成品最薄为1.7 mm。Con Roll技术的工艺特点主要是采用直弧形连铸机，平行板结晶器，结晶器液压振动、浸入式水口和多点矫直技术。与CSP铸机相比，其厂房低、冶金长度较长，但拆卸、安装和维修不方便。1996年该机产量已达到4万吨/月，而且生产的AISII409不锈钢的产品指标好，由表面质量造成的退废率低于0.2%。
4. FTSC技术
FTSC工艺技术的开发是在CSP和ISP之后，它借鉴前者的技术，开发具有自己特色的技术。唐钢是FTSC投产的我国唯一的一条生产线，但它是当代板坯连铸连扎的先进技术。其技术特点是采用直弧型连铸机，双凸透镜型结晶器，漏钢预报与热像图，独立的冷却系统，动态软压下，多点矫直及旋转除鳞技术。它具有如下优点：
1) 表面质量优于CSP和ISP，且能浇注其它板坯铸机所不能浇注的包晶钢；
2) 容钢量大，比其它增加60%；
3) 坯壳在结晶器内受应力小，裂纹倾向小；
4) 保护渣能充分的熔化，允许使用传统的原水口，结晶器窄面设计为多锥度，且可在线自动调节；
5) 液面波动±1mm，不需电磁振动。这条生产线的投产在钢铁工业技术领域内掀起一次实现工序简化和彼此间紧凑连接的热潮，它投产后很快达到80万t/a 的设计能力，生产成本比传统低60美元/吨。现在唐钢250万t/a。
1.2 板坯连铸的应用技术
板坯连铸连轧生产线目前采用的工艺技术与传统工艺流程相比，最大的进步与特点在于铸坯的减薄，使轧钢减轻负荷，减少轧制道次。采用近终型连铸与轧制可使连铸与连轧生产一体化，更经济、高效地生产热轧板。采用近终型板坯浇
铸对生产操作要求更严，最终产品的质量在很大程度上取决于连铸坯的质量，近年来板坯连铸技术的进步对品种结构的进步发挥着巨大的推动作用。这些技术的主要内容有：
1. 结晶器技术
结晶器技术对结晶器形状与尺寸参数的确定十分重要。关于形状，CSP技术选用漏斗型，FTSC技术选用双凸透镜形，其他技术采用扁平板型，各有自己的设计思考与特点，在此不作评述。有关尺寸参数，变化比较大的是结晶器厚度（即板坯厚度）正向中厚方向发展。CSP技术，最初结晶器设计厚度为50mm，近期建设的德国TKS钢厂为63mm，中国包头钢厂为70mm，邯郸钢厂为80mm，1995年美国纽柯的Hickman钢厂在技术改造时将结晶器形状由原CSP的漏斗型改为FTSC的双凸透镜形，厚度由50mm改为70mm。ISP技术，最初结晶器设计厚度为60mm，之后韩国光阳钢厂1号线改为75mm，南非Saldanha钢厂为90mm，光阳钢厂2号线为100mm。其他板坯技术如FTSC、Con Roll、TSP、QSP等，最初设计的结晶器厚度即为中厚度，在75～150mm范围。CSP的板坯连铸机最初设计时将结晶器厚度定为50mm，指导思想是用该厚度板坯可直接进入热轧机组中的精轧机进行轧制，可节省投资较贵的粗轧机。为能正常浇铸，将结晶器设计成上口正中部位厚度加大，下部出口为平行断面的漏斗形状，以利保护渣熔化与浸入式水口插入等操作。但漏斗型结晶器由于形状复杂，钢水均匀冷却欠佳，初生坯壳厚度不均、产生热应力，结晶器内坯壳在下移过程中产生挤压变形等现象，影响铸坯表面质量。加厚结晶器在技术上可带来以下好处：
1) 增加结晶器钢水存量，即增加了钢水热容量，有利保护渣熔化；
2) 增加结晶器空腔体积，有利浸入式水口的插入与合理设计，避免钢水在浸入式水口周围凝结架桥；
3) 结晶器钢水存量增加，可减小液面波动，稳定弯液面状态，减少卷渣缺陷；
4) 改善结晶器内热流分布均匀性，使冷却较为均匀，减少坯壳热应力并促进坯壳均匀生长；
5) 延长钢水在结晶器内的滞留时间，以利夹杂物上浮；
6) 有利设计铸坯断面更宽的板坯连铸机；
7) 有利板坯产量提高，更好与热轧机生产能力相匹配。
2. 液芯轻压下技术
为有利提高板坯质量，结晶器要加厚；为有利轧钢操作，铸坯需减薄；液芯
轻压下技术即为能同时满足上述不同要求而开发的技术；将出结晶器带液芯的板坯在尚未完全凝固前进行15～20mm的轻压下。生产实践表明，该技术还可减轻板坯偏析，改善铸坯内部质量。采用液芯压下技术要求严格控制液芯长度、坯壳厚度、铸坯表面温度，以保持轻压下时铸坯形变抗力在允许范围内，目前已开发了在线测定液相穴终端位置进行动态液芯轻压下的控制技术，并在ALGOMA等厂投入工业应用。
3. 结晶器钢水电磁制动（EMBR）技术
采用电磁制动技术可有效减少结晶器钢液紊流并能稳定液面，控制结晶器内钢水的流向与流速，促进浇铸过程中钢水平稳、匀速流动。以利夹杂物上浮与减少液面卷渣，现已广泛采用。
4. 结晶器液面控制技术
最初，当板坯连铸的拉坯速度为5m/min时，结晶器钢水液面波动可控制在±3mm以内，1993年美国CRAWFORDSVILLE钢厂通过技术进步已可稳定在±2mm以内。最新报导，在今后铸机拉坯速度继续提高的条件下，液面控制水平达到±1mm的新装置不久将投入工业使用，可进一步改善板坯的表面质量。
5. 浸入式水口技术
关键是形状设计，外部形状决定结晶器上部区域钢流流向，内部形状尤其是开口的布置和夹角配置决定结晶器内钢流上下分配和此后引起的动能分布，优良的材料和设计，有利延长使用寿命，促进保护渣熔化、夹杂物上浮。
6. 结晶器保护渣的改进
板坯连铸的生产条件和浇铸特征与传统连铸相比差别很大，为使生产稳定，漏钢率降低并生产无缺陷铸坯，保护渣的技术进步是关键。按不同钢种与不同拉速改进渣的熔化速度，熔融结构与熔化特征曲线，才能适应板坯连铸高拉速生产特性的要求。
关于板坯连铸结晶器内的净化功能，板坯连铸机由于结晶器钢水存量小，拉坯速度高，钢水在结晶器内滞留时间很短，与传统连铸机相比，在板坯连铸的结晶器内钢水有无净化功能，的确值得探讨。根据墨西哥HYLSA钢厂的一组试验数据，在拉速为5m/min条件下，分析使用前保护渣中ω(Al2O3)平均含量为4.11%(经燃烧后分析)，使用后在浸入式水口附近所取样(共16个)Al2O3平均值为4.85%，使用前后渣中ω(Al2O3)含量增加0.74%。据资料介绍，传统连铸机使用前后的渣中ω(Al2O3)增加值一般为2.5%～5.0%，板坯ω(Al2O3)增加值为传统连铸机的15%～30%。表明板坯连铸时结晶器内仍有一定钢水净化能力。
1.3 板坯连铸的工艺特点
目前应用于工业生产的板坯连铸工艺尚属于固定结晶器式连铸工艺，作为近终形浇注，它与传统板坯连铸相比，具有下述特点：
1) 拉坯速度大。目前几种典型板坯连铸设计拉速均在5m/min左右，高于传统板坯连铸速度。
2) 凝固速度快。对于50mm厚的板坯，全凝固时间为0.9min，而250mm的厚板坯全部凝固需23.1min。板坯的凝固过程处于快速凝固区，内部组织晶粒细化，球状晶区较大，中心偏析少，板坯致密度高。
3) 出坯温度高。铸坯的全凝固点控制在离铸机出口尽可能短的位置上。资料表明，全凝固点处铸坯表面温度为1150℃，边部温度为970℃，平均温度达1300℃。
4) 冶金长度短。板坯坯薄，冶金长度很短，约5～6mm，而250mm厚的厚板坯冶金长度达40m。板坯铸机重量只有相同生产能力厚板坯铸机的1/3～1/2。
5) 比表面积大。50mm×1500mm板坯的比表面积为 5.3m2/t，宽度相同的250mm厚的厚板坯的比表面积为1.2m2/t。比表面积大，散热速度增大，从而使连铸坯的缺陷产生几率增加。
唐钢公司2002年引进意大利DANIELI公司的FTSC技术，钢水由漏斗形结晶器铸成中间带“鼓肚”的板坯50～90mm厚，后经带孔型的垂直段导辊将其压平，并压薄(软压下)至40～60mm，剪断入加热炉加热后经六或七架精轧机列轧制成钢，冷却后卷曲成卷。唐钢公司的FTSC技术即超薄热带工程该生产线以“以薄为主，以热代冷”的设计原则。一期工程建设一台单流板坯连铸机，从意大利DANIELI公司引进；一座辊底式均热炉从美国的布林克蒙公司引进；一套1810热连轧机组从日本的三菱公司引进，设计产量为150万t/a。2001年3月1日破土动工，2003年1月28日全线热负荷试车成功。二期工程再建一台板坯连铸机，一座辊底式均热炉，产量将达到250万t/a。关键技术仍从意大利DANIELI公司和美国的布林克蒙公司引进，关键技术与一期相同。但原来从国外购买的设备大量转为国内制造，国产化率进一步提高。二期板坯连铸于2004年6月15日一次热负荷试车成功。其产品规格：0.8～4mm，其中厚度<1.5㎜的产量占60%，产品宽为850～1680mm，最大卷重30t。唐钢公司的FTSC技术可以生产超低C钢、低C钢、中C钢、包晶钢、高C钢和低合金高强度钢。工作拉速为2.7～4.5m/min。铸坯规格：宽为860～1730mm（热态），厚92.5187mm（热态）。
FTSC的主要特点仍是连铸机部分，结晶器采用了更加优越的长漏斗形结晶器，上口比CSP结晶器更宽大，并且铸坯出结晶器时仍保持曲线形状（鼓肚）。该结晶器可浇注难浇注的包晶钢，扩大了可浇注铸钢的范围。四孔浸入式水口与漏斗形结晶器配合，使结晶器液面温度高，比较平稳，保护渣的熔化较好。较平稳的结晶器钢液面不需安装EMBR。FTSC的所有扇形段都具有软压下功能，铸坯软压下解决了板坯连铸与连轧间铸坯厚度的矛盾，铸坯厚度不仅满足轧钢的要求，也使结晶器内铸坯凝固条件得到改善。FTSC的动态软压下技术是在所有扇形段进行铸坯厚度调整，结晶器液面波动小，而且坯壳所承受的应变及应变速度小。动态软压下可根据钢种、钢水温度、拉速及冷却条件动态跟踪铸坯凝固终点，由计算机计算铸坯的液芯位置，并由计算机自动决定各扇形段的最佳压下量从而确定最终压下位置，进而改善铸坯内部质量。
唐钢是FTSC投产的我国唯一的一条生产线，但它是当代板坯连铸连扎的先进技术。其技术特点是采用直弧型连铸机，双凸透镜型结晶器，漏钢预报与热像图，独立的冷却系统,动态软压下，多点矫直及旋转除鳞技术。它具有如下优点：
1) 表面质量优于CSP和ISP，且能浇注其它板坯铸机所不能浇注的包晶钢；
2) 容钢量大，比其它增加60%；
3) 坯壳在结晶器内受应力小，裂纹倾向小；
4) 保护渣能充分好的熔化，允许使用传统的原水口，结晶器窄面设计为多锥度，且可在线自动调节；
5) 液面波动±1mm，不需电磁振动。
1.4 钢中夹杂物的分类与分布特点
1.4.1 夹杂物的分类
钢中的非金属夹杂物可以根据其来源、尺寸、形态和化学成分对其进行分类。
1. 按来源分类
根据夹杂物的来源不同，通常将钢中的非金属夹杂物分为外来夹杂物和内生夹杂物两大类。
外来夹杂物是由于耐火材料、熔渣等在冶炼、出钢、浇注过程中进入钢中并滞留在钢中而造成的。它们的出现就有极大的偶然性。通常颗粒较大，呈多角形，为成分复杂的氧化物，分布也没有规律。我们把钢液的二次氧化产物统称为外来夹杂物。外来夹杂物在钢中的含量通常只占夹杂物总含量的一小部分。
内生夹杂物：是在钢液或固态钢中，由于脱氧或是各种物理化学反应而形成的夹杂物。它们在钢中分布比较均匀，颗粒也较细小，是钢中主要的非金属夹杂物。内生夹杂按其形成时间的不同，又可分为四个阶段的夹杂物：一次夹杂物（亦称原生夹杂物）：向炉内或钢包内加入脱氧剂后立刻生成的夹杂物；
二次夹杂物：出钢和浇注过程中，冷却到液相线之前，由于温度下降化学平衡移动产生的夹杂物；
三次夹杂物（亦称再生夹杂物）：凝固过程中生成的夹杂物；
四次夹杂物：固态相变时因溶解度发生变化生成的夹杂物。
从组成来看，内生夹杂物可以是简单组成，也可以是复杂组成；可以是单相的，也可以是多相的。在铸坯凝固以及随后的冷却过程中，夹杂物不仅与钢基体保持平衡，而且夹杂物本身也不断发生改变，例如析出新的化合物以趋于稳定状态。在轧制或热处理时，每次加热都为夹杂物和钢基体之间趋向平衡提供了条件，在室温下所观察到的夹杂物，实际上是经过了一系列复杂变化的结果。
2. 按尺寸分类
按夹杂物的尺寸大小，Emi把夹杂物大致分为三类：
1) 亚显微夹杂（<1μm）。亚显微夹杂包括氮化物、硫化物和氧化物，对钢材没什么危害；
2) 显微夹杂（1～100μm）。显微夹杂主要为脱氧产物，它们对钢的疲劳性能和断裂性能的影响极大；
3) 大型夹杂（>100μm）。在纯净钢中，大型夹杂在钢中的数量较少，但对钢的表面和内在质量的影响却很大，钢的二次氧化是钢中大型夹杂的主要来源之一。
3. 按夹杂物的形态分类
1) 塑性夹杂物:在热加工时沿加工方向延伸成条带状。如FeO、CaO、A12O3、MnO、MnS、CaS、硅酸盐等；
2) 脆性夹杂物:在热加工时不变形，但能沿加工方向成链状分布。如纯SiO2等；
3) 点状不变形夹杂物（球状夹杂物）：在热加工时保持原来球点状的夹杂属于不变形夹杂。如刚玉型、尖晶石型、钙铝酸盐等。
4. 按化学成分分类
按化学成分分类时，可以将非金属夹杂物分为如下几类：
1) 氧化物系夹杂物：包括简单氧化物，复杂氧化物，硅酸盐和硅酸盐玻璃。其中的简单氧化物是由于钢液前期的氧化及后期的脱氧反应所产生：如FeO、Fe2O3、MnO、SiO2、Al2O3、TiO2及其它被氧化的铁合金等。复杂氧化物是钢液内的简单氧化物在高温、高碱度的炼钢作用下继续反应生成的复杂氧化物、尖晶石类的络合物。如FeO·Fe2O3、FeO·Al2O3、FeO·Cr2O3、MnO·Al2O3，以及钙的铝酸盐等。硅酸盐是钢液前期氧化作用生成的金属碱性氧化物与后期脱氧反应的酸性氧化物SiO2及两性氧化物Al2O3等在高温下进一步反应生成。
2) 硫化物系夹杂物：主要是FeS、MnS、（Mn，Fe）S和CaS等。这类夹杂物主要是由于钢液内的脱硫反应而产生。
3) 氮化物系夹杂物：AlN、TiN、ZrN、VN、BN、Si3N4、Fe4N、Fe2N等。
4) 磷酸盐：钢渣界面的脱磷反应而产生的。一般的表达式为（4CaO·P2O5）。
5) 其他夹杂物：硒化物、碲化物、碳氮化物、硫碳化物、碳氢硫化物等。钢中硫化物系、氧化物系以及其他物系夹杂物的组成和性质分别如表1.1、1.2、1.3所示。
表1.1 氧化物系夹杂物的组成和性质
化学式名称结晶系色
可锻性
a 发射光下
b 透射光下
FeO 浮氏体立方 a 灰色b 不透明稍变形
MnO 氧化锰立方 a 暗灰色b 黄色稍变形
(Mn,Fe)O 固溶体立方 a 暗灰色b 红色稍变形
Fe2SiO4铁橄榄石斜方 a 黑色b 绿色稍变形
Mn2SiO4锰橄榄石斜方灰色易变形
MnSiO3蔷薇灰石三斜（红色、黄色、黑色）易变形
SiO2石英玻璃非晶质 a 中等暗灰色b 白色不变形FeOAl2O3铁尖石立方（灰色、无色、绿色）不变形
MnOAl2O3锰尖晶石立方
Al2O3刚玉立方 a 暗灰色不变形3Al2O32SiO2莫来石斜方 b 白色
3MnOAl2O3SiO2锰铝硫石立方黄褐色黄绿色随SiO2增加
塑性下降nFeOmMnOpSiO2玻璃质非晶质 a 灰褐色易破碎FeOCr2O3铬铁矿立方 a 灰色b 暗红色不变形
Cr2O3氧化铬六方 a 灰色b 绿色不变形
TiO2金红石正方 a 暗灰色到黑色b 白色不变形
FeOTiO2钛铁矿六方 a 红褐色b 不透明不变形
ZrO2二氧化锆单斜白色不变形
V2O3氧化钒六方黑色不变形nCaO·SiO2硅酸钙a暗灰色不变形CeO2氧化铈六方 a 灰红不变形
表1.2 硫化物系夹杂物的组成和性质
化学式名称结晶系色a 发射光 b 透射光可锻性FeS 硫化铁六方 a 淡黄色b 不透明易变性MnS 硫化锰立方 a 灰黄色变形(Mn,Fe)S 铁锰硫立方 a 灰黄到灰蓝易变性ZrS 硫化锆立方不变形Al2S3硫化铝六方 a 灰黄色不变形LaS 硫化镧立方 a 绿红色不变形CeS 硫化铈立方 a 淡黄色不变形La2O2S 硫氧化镧六方 a 灰色不变形Ce2O2S 硫氧化铈六方 a 浅黄色不变形
表1.3 其他物系夹杂物的组成和性质
可锻性化学式名称结晶系色 a 发射光
b 透射光
AIN 氧化铝六方 a 暗灰色
不变形
b 白色
TiN 氧化钛立方 a 黄色
不变形
b 不透明
Ti(C、N) 立方 a 紫玫瑰色不变形ZrN 氧化锆立方 a 柠檬黄色
不变形
b 不透明
VN 氮化钒立方 a 水粉色
V(C、N) 立方 a 水粉色
VC 碳化钒立方 a 发白微带水粉色
NbN 氧化铌立方 a 黄色不变形
Pb 铝夹杂立方
1.4.2 夹杂物的分布特点
北京科技大学的刘新华、蔡开科等对超低头连铸板坯中的非金属夹杂物进行了比较系统的研究。采用硫印法、x光透射法、大样电解法和金相法对钢包、中间包和超低头连铸板坯中的夹杂物进行研究。认为夹杂物的分布有如下的规律：
1) 板坯横断面离内弧表面1/6，1/2和距表面约l0mm处有3个夹杂物聚集区。且头部峰值最高，中部和尾部数量相差不大；
2) 板坯头部三个夹杂物峰值相近；中部和尾部的内弧和中心峰值相近，而外弧侧则明显下降；
3) 板坯中心的夹杂物主要为硫化物，并随中心疏松和中心偏析存在。硫化物多为不规则分布，有I类球形硫化物，有沿晶界分布的II类硫化物，有的中心有Al2O3黑心；
4) 各类尺寸的夹杂物都是内弧侧高于外弧侧，这表明液相穴内夹杂物仍可上浮。
这里值得一提的是，中心部位夹杂物的聚集。这是产生中心偏析的缘故。钢铁研究总院对180×700mm的连铸坯夹杂物分布的研究结果表明：5～20μm的夹杂物在板坯内是均匀分布的，不随浇注情况改变而变化，这是由于它们很细小，上浮速度很小的原因。它们是钢中的固有夹杂物，对钢的性能作用不明显。20～50μm的夹杂物的聚集峰值在14～55mm处；50～100μm的夹杂物积聚峰值在14～27mm处；大于100μm的夹杂物很少，但也出现在内弧坯下14～27mm的位置。积聚带的夹杂物量和积聚蜂值与钢流或夹杂物浸入深度有关，浸入深度增加则集聚带的夹杂物的数量增加，峰值向铸坯厚度中心移动。
铸坯中夹杂物的存在直接影响钢材的性能，根据钢材的用途对铸坯中夹杂物的含量和粒都有一定的要求，板坯连铸连轧工艺最终生产产品是供深冲用的冷轧板。它要求钢材具有较高的冷弯性能，对板坯中的夹杂物要求更严格，在后步加工工序中，板坯中的夹杂物是无法去除的，因此在连铸板坯进程中必须严格控制，把板坯中的夹杂物控制在0.001～0.002％。
1.5 夹杂物对钢质量和性能的影响
非金属夹杂物降低了钢的塑性、韧性和疲劳寿命，使钢的冷热加工性能乃至某些理性能变坏。但是在某些特殊场合下夹杂物也能起到好的作用。
夹杂物对钢的性能影响的具体程度决定于一系列因素。在考虑钢中夹杂物对钢的能影响的时候，应当注意夹杂物的数量、颗粒大小、形态及分布，不同夹杂物与钢基的连接能力的大小，夹杂物的塑性和弹性系数的大小，以及热膨胀系数、熔点、硬度几何、化学和物理学方面的因素。
1. 夹杂物对强度的影响
当夹杂物颗粒比较大，特别是夹杂物含量较低时，明显降低钢的屈服度，且同时降低钢的抗拉强度；当夹杂物颗粒小到一定尺寸时，钢的屈强度和抗拉强度都将提高。当钢中弥散的小颗粒的夹杂物数量增加时，钢的屈服强度抗拉强度都有所提高，但延伸率有很小的下降。
2. 夹杂物对延伸性的影响
通常夹杂物对钢材的纵向延伸性的影响不大，而对横向延伸性的影响很显著。向断面收缩率随夹杂物总量和带状夹杂物数量的增加而显著降低，而带状夹杂物多为硫化物。
3. 夹杂物对韧性的影响
随硫化物夹杂数量和长度的增加，钢材的纵向、横向冲击韧性、断裂韧性都明显降。由于圆柱坯中夹杂物在截面上的分布极为不均，且硫化物夹杂多为带状，因此夹杂物明显降低了管坯的韧性。
4. 夹杂物对切削性能的影响
球状的硫化物夹杂能显著提高钢材的切削性能，且硫化物颗粒愈大，钢材切削性愈好。A12O3、Cr2O3、MnO·A12O3和钙铝酸盐类氧化物夹杂在很大程度上降低了钢材的切削性，但MnO-SiO2-A12O3系和CaO-SiO2-Al2O3系中某些成分范围内的夹杂物却能提高钢材的切削性。
5. 夹杂物对疲劳性能的影响
夹杂物都使钢材的抗疲劳性能下降，脆性夹杂比塑性夹杂的影响更大，外来大型氧化物夹杂更明显。
6. 夹杂物对抗腐蚀性能的影响
硫化物和硫化物复合的某些氧化物夹杂物是钢材造成腐蚀的根源，复合夹杂物的影响更大，而单独的氧化物夹杂不会造成点蚀现象。
7. 夹杂物对表面光洁度的影响
夹杂物都使钢的表面光洁度下降，氧化物夹杂是最主要的，钢的表面光洁度随夹杂物数量的增加而下降，夹杂物的本性影响不是很大。
8. 夹杂物对焊接性能的影响
硫化物夹杂和大型氧化物夹杂都使钢材的焊接性能下降。
钢的性能主要决定于钢的化学成分和组织。现在对钢的强度、韧性、寿命和加工性能等要求日趋严格，对钢的化学成分和组织均匀性的要求也日趋严格。钢中非金属夹杂物的存在是影响钢制品性能的重要因素，有时甚至是决定性因素。
夹杂物对钢力学性能和工艺性能的影响，主要是降低材料的塑性、韧性、疲劳性能和耐腐蚀性能，尤其当夹杂物以不利的形状及分布特征存在时，对材料的机械性能影响更为严重。统计结果表明，机械零件的失效，疲劳破坏约占90%以上。
钢中非金属夹杂物，如氧化物、硫化物等危害性就在于都呈独立相存在，破坏了钢基体的均匀连续性，造成了应力集中，促进了疲劳裂纹的产生，并在一定
条件下加速了裂纹的扩展，从而加速了疲劳破坏的过程。衡量夹杂物对钢的质量的危害时，至少应该从两个方面进行综合评价，即钢的纯净度（包括钢中夹杂物含量、颗粒大小和分布）和夹杂物性质、类型及其在加工过程中的形变能力。与夹杂物有关的钢产品的缺陷，见表1.4。夹杂物的来源是与炼钢、二次精炼、连铸及轧钢、热处理等工艺过程密切相关的，同时受设备、操作、工艺、管理等因素的影响，因此必须严格控制工艺和操作等，才能找到提高产品质量的对策。
表1.4 与夹杂物有关的钢中缺陷
钢种产品缺陷引起缺陷的夹杂物尺
寸（μm）
缺陷部位夹杂物成分
DI罐用镀锡板飞边裂纹150,50 CaO-Al2O3
汽车板用冷轧
薄板表面线状或斑点
缺陷，夹杂
250,400 Al2O3群, CaO-Al2O3Na2O,
CaO-Al2O3
轮胎钢帘线冷拔断裂30 Al2O3, Al2O3- SiO2
弹簧钢丝冷拔断裂30 Al2O3, Al2O3·CaO-MnO 电阻焊管超声波探伤缺陷150 Al2O3群, CaO-Al2O3,
MnO- SiO2 ·Al2O3群
大规模集成电
路用引线轴
冲压成型裂纹10 -
滚珠轴承疲劳寿命低30 -
管线钢酸气腐蚀，抗氢致
裂纹
200 MnS, Al2O3
钢轨断裂300 -
船板层状撕裂200 MnS, Al2O3
无缝钢管层状开裂200 MnS, Al2O3
显像管阴罩用
钢
图像侵蚀缺陷10 -
目前典型的纯净钢对钢中杂质元素和非金属夹杂物的要求如表1.2所示。由表1.5可知，对钢纯净度的要求一是钢中夹杂量要少，总氧量T[O]要低；二是夹杂物尺寸要小。用于造船的中厚板材，除要求高强度、高精度及具备良好低温韧性、焊接性、耐海水腐蚀性和规格多样化外，特别要求抗层状撕裂性能。只有当板坯具有最小的偏析、良好的内部致密度和低的不变形夹杂物时，上述要求才能得到满足。因此，要求连铸坯总氧量T[O]<10ppm，夹杂物尺寸<10μm。对于油、气长管线用中厚板，除了要求高强度、高塑性以外，对低温韧性的高要求是它的一个突出特点，包括冲击功、脆性转变温度和焊接热影响区与焊接金属的韧性。另外，还有应变时效、可焊性、应力腐蚀等项指标要求。故要求连铸坯Σ（S+P+N+O+H）<50ppm，夹杂物尺寸<50μm。
表1.5 典型纯净钢的纯净度要求
产品纯净度（D, μm；T[O],ppm）用户要求及产品缺陷
汽车板T[O]<20,D<100 超冲深，非时效性，较高抗拉强
度
DI罐T[O]<2, D<20 防止飞边裂纹
大规模集成电路用引线枢D<5 防止冲压成型裂纹显像管阴罩用钢D<5 防止图像侵蚀缺陷
轮胎钢帘线，大桥悬索用
冷拉钢丝
T[O]<20,D<20
不含或含极少不变形夹杂物
防止冷拉断裂
滚珠轴承T[O]<10,D<15 滚动接触寿命长
管线钢D<100,氧化物形状控制防止因氢致裂纹，酸性介质输送钢轨T[O]<20,单个D<13，链状
D<200
防止断裂
高强度级船板，海军舰艇
板T[O]<10,低的不变形夹杂物
D<100
高强度，良好的低温韧性，防止
层状撕裂
随着社会的发展对钢材的要求越来越高，对钢的纯净度提出了更高的要求。表1.6汇集了钢中各杂质元素控制水平的发展趋势。
表1.6 钢中杂质元素控制水平发展趋势
元素，×106 C S P N H T[O] 1960 200 200 200 40 3 40 1970 80 40 100 30 2 30 1980 30 10 40 20 1 10 1990 10 4 10 10 0.8 7
1996 5 5 10 10 <1 5
2000 4 0.6 3 6 0.5 2 1.6 生产工艺对夹杂物的影响
在冶炼和浇注过程中，夹杂物的类型、组成和尺寸等都在不断发生变化，变化规律受冶炼钢种、冶炼操作、脱氧制度、挡渣效果、精炼工艺、中间包冶金条件、连铸机类型和保护渣类型等诸多因素影响。钢种对夹杂物的影响主要体现在碳以及合金元素的影响。同高碳钢相比，冶炼低碳钢时，钢水温度高，对耐火材料侵蚀相对严重，夹杂物中耐火材料的成份会相对增加；冶炼合金钢时，其夹杂物中合金元素的含量或由合金元素氧化形成的夹杂物含量就会偏高。从钢水成分来说，含锰高的钢水容易侵蚀浇注系统的耐火材料，而含铬高的钢水对浇注系统的耐火材料则侵蚀甚微。
脱氧制度直接影响脱氧产物组成和形态，若用铝脱氧的钢，则夹杂物中铝酸钙成分较多；而在硅锰脱氧的钢中，锰铝硅酸盐含量较高。在钢水进入精炼装置
实验五 非金属夹杂物的分析与评定 (验证性) 一、实验目的及要求 1．掌握钢中非金属夹杂物的分类与形态特征。 2．掌握使用标准评定钢中非金属夹杂物的级别。 二、实验原理 钢铁中的非金属夹杂物的出现是不可避免。钢中非金属夹杂物的金相检验主要包括夹杂物类型的定性和定量评级。夹杂物的检验评定可按照GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物显微评定方法》执行。 1、检验钢中的非金属夹杂物的必要性 因为非金属夹杂物破坏了金属基体的连续性、均匀性，易引起应力集中，造成机械性能下降，导致材料的早期破坏，其影响程度主要取决于夹杂物的形状、大小、分布和聚集状态。 钢中夹杂物的检验一般在出厂前钢厂检验或者收货单位验收时检验。 2、钢中非金属夹杂物的来源 a）内在的：包括①铁矿石②钢厂在冶炼时，用Si、Al脱氧造成，反应式： 3FeO + 2Al → 3Fe + Al2O3 2FeO + Si → 2Fe + SiO2 b）外来的：浇铸过程卷入的耐火材料、炉渣等。 3、制样要求 a、取样时沿轧制方向，磨制纵向截面观察夹杂物大小、形状、数量，横向截面观察夹杂物从边缘到中心的分布。试样表面无划痕、无锈蚀点、无扰乱层。 b、淬火以提高试样的硬度，保留夹杂物的外形。 c、试样表面不浸蚀。 4、非金属夹杂物的分类 a、氧化物：FeO、MnO、Cr2O3、Al2O3； b、硫化物：FeS、Mn S及其共晶体； c、硅酸盐：2FeO·SiO2、2MnO·SiO2； d、氮化物：TiN、VN； e、稀土夹杂物 5、非金属夹杂物的金相鉴别方法
主要是指利用光学显微镜中的明场、暗场和偏振光灯照明条件下夹杂物的光学反映差异，以及在标准试剂中腐蚀后，夹杂物发生化学反应而出现色差及侵蚀程度的不同来区分鉴别。 a明场：检验夹杂物的数量、大小、形状、分布、抛光性和色彩。不透明夹杂物呈浅灰色或其他颜色，透明的夹杂物颜色较暗。 b暗场：检验夹杂物的透明度、色彩。透明夹杂物发亮，不透明夹杂物呈暗黑色、有时有亮边。 c偏光：检验夹杂物的各向同性和各向异性，色彩、黑十字现象。 金相法鉴定夹杂物的优点是简单直观，易与钢材的质量联系起来；缺点是不能确定夹杂物的成分和晶体结构。 6、非金属夹杂物的特征 具体形貌如图： a）硫化物主要有硫化铁（FeS）和硫化锰（MnS），以及它们的共晶体等。在钢材中，硫化物常沿钢材伸长方向被拉长呈长条状或者纺锤形，塑韧性较好。在明场下，硫化铁呈淡黄色，硫化锰呈灰蓝色，而两者的共晶体为灰黄色；在暗场下一般不透明但有明显的界限，硫化锰稍呈灰绿色；在正交偏光下都不透明，转动载物台一周，硫化铁有四次明亮、四次消光，呈各向异性，硫化锰及其共晶体都为各向同性。图3-2-20，3-2-21，3-2-23，3-2-27 b）氧化物常见氧化物有氧化亚铁（FeO）、氧化亚锰（MnO）、氧化铬（Cr2O3）、氧化铝（Al2O3）等。压力加工后，它们往往沿钢材延伸方向呈不规则的点状或细小碎块状聚集成带状分布。在明场下，它们大多呈灰色；在暗场下，FeO不透明，沿边界有薄薄的亮带；MnO透明呈绿宝石色；Cr2O3不透明，有很薄一层绿色；Al2O3透明，呈亮黄色。在偏光下，FeO、MnO呈各向同性，Cr2O3、Al2O3呈各异性。二氧化硅（SiO2）也是常见的氧化物。在明场下呈球形，深灰色；在暗场下无色透明，在偏光下呈各向异性、透明，并称黑十字现象。 图3-1-1，3-1-4，3-1-7，3-1-8，3-1-10，3-1-11，3-1-16，3-1-17，3-1-183-1-19，3-1-20，3-1-36，3-1-34 c）硅酸盐夹杂物来源于炼钢时加入Si-Ca脱氧剂或者与耐火砖发生作用。常见的硅酸盐夹杂物有铁橄榄石（2FeO·SiO2）、锰橄榄石 （2MnO·SiO2）、复合铁锰硅酸盐（nFe·mMnO·pSiO2）以及硅酸铝（3Al2O3·2SiO2）等。在明场下均呈暗灰色，带有环状反光和中心两点；在暗场下，一般均透明，并带有不同的色彩；在偏光下，除多数铁
钢中夹杂物控制原理 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
钢中夹杂物控制原理钢中氧的存在形式 T[O]=[O]溶+[O]夹 （1）转炉吹炼终点： [O]夹=>0，T[O]→[O]溶＝200～1000ppm [O]溶决定于： l 钢中[C]，转炉吹炼终点钢中[C]与a[O] 关系如图 l 渣中(FeO)； l 钢水温度。 1 顶底复吹转炉炉龄 C–Fe的选择性氧化平衡点 根据式 [C] + [O] = {CO} (1) lg (Pco/ac* [%O])= 1149/T–2.002 以及反应 [Fe] + [O] = （FeO） (2) lg aFeo/[%O] = 6317/T – 2.739 得到反应（FeO）+ [C] = [Fe] + {CO} (3) lg (Pco/ac* aFeo)= –5170/T+4.736 结论钢液中C-Fe的选择性氧化平衡点为[C]＝0.035％，也就是说终点[C] < 0.035％时，钢水的过氧化比较严重。图1-1的统计数据也说明了这点。同时由式(1)可以求出此时熔池中的平衡氧含量为740ppm。 理论分析
1）终点 时钢水的 当终点[C]在0.02～0.04Ⅰ）有些 2）温度对氧含量的影响 200400 600800100012001400 16001800160016201640166016801700172017401760 终点温度（℃）终点氧含量（p p m ）
在终点[C] = 0.025~0.04%时，终点氧含量虽然较分散，但总的趋势是随着终点温度的升高，终点氧基本呈上升趋势。 渣中（FeO+MnO ）增加，终点[O]有增加趋势；
炼钢、铸锭过程中产生非金属夹杂物的原因 摘要：论述钢中非金属夹杂物对钢锭质圣的影响，分析了非金属夹杂物在冶炼和铸锭过程中产生的原因，提出了控制夹杂物产生的几点行之有效的措施。 关键词：非金属夹杂物冶炼浇注电弧炉精炼炉质，控制 非金属夹杂物，一般是指钢锭在冶炼和浇注过程中产生或混人的非金属相，都是一些金属元素（Fe、Mn、Al等）及51与非金属元素（0、S、N、P、C 等）结合而生成的氧化物和硫化物（如Feo、Si02、Mno、A12O3、MnS、MnC）等。非金属夹杂物按来源分为内生夹杂物和外来夹杂物。内生夹杂物是钢内部发生的反应产物或者因为温度降低而形成夹杂析出。外来夹杂物是由炉料带人，耐火材料及炉渣混人的颗粒。内生夹杂物可以以外来夹杂物为核心聚集到后者的颗粒上。外来夹杂物也可能与钢液反应被还原。钢中如果有非金属夹杂物的存在，即使在钢中含量极少（通常是小于万分之一）也会给钢的质量带来极为有害的影响。从2002年1～7月份重点产品的投料统计情况看，锻钢支承辊共生产68支，经探伤发现其中2支因有密集夹杂物缺陷而报废，有4支因有夹杂物等缺陷造成锻造裂纹。电站锻件钢共生产41支，经探伤发现其中4支有严重的条状缺陷，缺陷性质为夹杂物。半钢辊钢共生产27支，其中14支因夹杂物造成不同程度的裂纹。可见夹杂物对钢锭质量造成的经济损失是非常巨大的。 1 冶炼过程中产生非金属夹杂物的原因 造渣材料碱性电弧炉常用的造渣材料采用石灰、萤石。石灰，主要成份为CaO，其含量不应小于85%,SiO2含量不大于2%，硫含量应小于0.15％。石灰易吸收水分而变成粉末，所以，造渣时要使用刚烧好的、烧透的石灰，或对石灰进行预热后再使用，这样能防止石灰给钢液带人过多的水分，否则就会使钢液氢含量增加，影响钢的质量，严重时会使钢报废。萤石，主要成份为CaF2，含量为85％、95%, SiO2含量约为6％。石中若掺杂硫化物矿石，必须将这种萤石排除掉，否则会降低炉渣的脱硫能力，易造成硫化物（MnS）夹杂。 铁合金在冶炼时，如果使用烘烤时间短、烘烤温度低、甚至根本未经烘烤的铁合金材料，势必会增加外来夹杂物和气体带人钢液中的机会。经过烘烤的铁合金上到炉台，在寒冷的冬季，露天摆放的铁合金会很快凉下来，将这些凉的铁合金
第28卷第1期 2010年1月 物理测试 Phy sics Ex aminatio n and T est ing V ol.28,No.1 Jan.2010 钢中夹杂物的透射电镜研究 张金民1, 王建顺2 (1.中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳471039;2.中油管道物资装备总公司,河北廊坊065000)摘 要:利用透射电镜研究了某钢中夹杂物的堆垛层错,电子衍射分析表明,夹杂物内存在15R 型长周期结构。利用双倾操作得到沿密排点列的特征衍射花样,分析夹杂物为面心立方结构,点阵常数为0.788nm 。观察了这种材料的(1-11- )系统衍射的一维晶格相及[011]晶带轴的高分辨像。关键词:钢;夹杂物;堆垛层错;长周期结构 中图分类号:T G 42,T G 115.21+5.3 文献标志码:A 文章编号:1001 0777(2010)01 0026 03 TEM Study of Inclusions in Steel ZH A NG Jin min 1, WANG Jian shun 2 (1.Luo yang Ship M aterial Research Inst itute.L uoyang 471039,Henan,China;2.Chines P et roleum Piping M aterial F ur nishment Par ent Co mpany,L ang fang 065000,H ebei,China) Abstract:T he stacking fault o f inclusio ns in a steel w as analy sed by tr ansmissio n electro n micr osco py (T EM ).It w as analysed by select ar ea diffr act ion patter ns (SA DP s)that there ex isted perio d stacking (L PS)str ucture of 15R ty pe in inclusio ns.Char acter istic SA DPs alo ng close packing r ang e of points wer e o btained by double tilt operation.T he structur e of inclusions is face centered cubic w ith lattice constant of 0.788nm.One dimension systematic reflex ions lattice imag es and H REM fo rmed by [011]zone axis w ere o bserv ed.Key words:steel;inclusion;stacking fault;L PS 作者简介:张金民(1975 ),男,硕士,工程师; E mail :zhangjin_min @yah https://www.doczj.com/doc/9f1577035.html,; 收稿日期:2009 08 12 密堆长周期结构在晶体学中常常用密排层的堆垛来说明[1]。自然界中存在较多长周期结构材料。不同的工艺可以使材料具有不同的长周期结构,如镁合金在凝固过程中就形成18R 结构[2 3],其序列为ABABABCACA CABCBCBC,通过高温退火18R 结构基本转变为14H (ACBCBABABABCBC)。添加M n 、Cr 或V 等合金元素,可以提高T iA1晶体中电荷分布的对称性,可以降低T iA1的层错能[4]。研究长周期结构的堆垛方式,对于揭示材料性能具有重要作用。文章研究了一种T i A1 M n 长周期结构材料的微结构。 1 试验方法 将待观察钢试样线切割为0.5mm 的薄片,用砂纸打磨至50 m 左右。用5%高氯酸+95%酒精溶液双喷电解,然后离子减薄。观察用CM 200透射电镜,加速电压200kV,配有EDS 分析仪。 2 试验结果 图1(a)是夹杂物的T EM 形貌像,具有层状形 貌。EDS 分析其成分(原子数分数x ,%)主要为Ti 46.2、Al 34、M n 14.4、Cr 0.9、Fe 4.5,其选区电子衍射花样中,衍射花样沿密排点列方向上每隔4个弱的衍射斑点出现一个明亮的衍射斑,由于内部存在缺陷,有些斑点已经拉长形成条纹。可见夹杂物为密排长周期结构。绕密排点列进行大角度倾转双倾操作,选取3张特征衍射谱(图2),3张特征衍射谱对应电镜倾转台角度( , )分别为(8.1 ,-5 0 )、(38.06 ,-14.52 )、(48 ,-21.2 ),根据公式cos =cos( 1- 2)cos( 1- 2),可以计算出相对倾转角度分别为31.3 和11.95 。这与立方晶系[011]、[1-12]、[1- 23]晶向夹角30 和10.9 接近。以密排点列方向为x 轴,由平行四边形法则可以绘制密排点列方向晶带轴衍射斑点,如图3呈六角或 三角对称,为面心立方[1-11-]晶带轴电子衍射花样。因此夹杂物为面心立方结构,可以计算晶格常数为0.788nm,密排方向为[1-11-]方向。(1-11-)斑点距离之间有5个斑点[图1(c)]。可见其内部存在15R 长周期结构,可以表示为ABCBABCA CBCABAC 。
夹杂物的生成及控制 作者：shicm 发表日期：2007-5-28 阅读次数：763 1 非金属夹杂物情况及分类 按其化学成分组成和结构可以分以下几类 （1）氧化物夹杂：单一金属氧化物、硅酸盐、尖晶石和各种钙铝酸盐； （2）硫化物夹杂：MnS、CaS等，在轧制过程中具有良好的变形能力； （3）磷化物夹杂：CaP、BaP等还原脱磷产物，在一般钢种中较少出现； （4）氮化物夹杂：TiN、ZrN等夹杂物，是钢液从大气中吸氮的产物； （5）含不同类型夹杂物的复合夹杂。 按其来源主要分为两类： （1）外来夹杂物，主要来源为炉渣卷入钢液形成的卷渣、钢液或炉渣与炉衬耐火材料接触时的侵蚀产物、铁合金及其它炉料带入的夹杂等等，在浇铸过程未及时上浮而残留在钢中，它偶然出现，外形不规则，尺寸大，危害极大；（2）内生夹杂物，在液态或固态钢中，由于脱氧和凝固时进行的各类物理化学反应而形成的，主要是和钢中氧、硫、氮的反应产物,它的形成有四个阶段，钢液脱氧反应时形成的成为原生（一次）夹杂；出钢和浇铸过程中温度下降平衡移动时形成的成为二次夹杂；钢水凝固过程中生成为再生（三次）夹杂；固态相变时因溶解度变化而生成的成为四次夹杂；由于一次、三次夹杂生成和析出的热力学和动力学条件最有利，因此可以认为内生夹杂大部分是在脱氧和凝固时生成的，因此控制夹杂最主要的就是要加强脱氧和严格防止二次氧化。（3）一些尺寸较大的多相复合结构的夹杂物，有时是不同类型的内生夹杂复合而成，有时则是内生夹杂物与外来夹杂物互相包裹而形成的。 为了方便生产评级和比较，按照标准评级图显微检验法根据夹杂物形态和大小分布将夹杂物分为A、B、C、D、DS五类， 这五大类夹杂物代表最常观察到的夹杂物的类型和形态: —A类(硫化物类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(长度/宽度)的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角； —B类(氧化铝类)：大多数没有变形，带角的，形态比小(一般<3)，黑色或带蓝色的颗粒，沿轧制方向排成一行(至少有3个颗粒)； —C类(硅酸盐类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(一般>3)的单个呈黑色或深灰色夹杂物，一般端部呈锐角； —D类(球状氧化物类，如钙铝酸盐)：不变形，带角或圆形的，形态比小(一般<3)，黑色或带蓝色的，无规则分布的颗粒； —DS类(单颗粒球状类)：圆形或近似圆形，直径>13μm的单颗粒夹杂物。 每类夹杂物又根据非金属夹杂物颗粒宽度的不同分成粗系和细系两个系列，每个系列由表示夹杂物含量递增从0.5至3级的六个等级图片组成，根据100倍显微视场下与标准图谱对比，来确定夹杂物级别。
钢中夹杂物的类型及控制技术发展 XX （河北联合大学冶金与能源学院，唐山，063009） 摘要：综合论述了钢中非金属夹杂物的按化学成分、形态、粒度、来源的分类以及控制夹杂物含量时所采用的气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙、电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动、过滤器技术、超声处理技术和渣洗技术，并针对钢中夹杂物的控制技术的优、缺点进行了简要的归纳。随着氧化物冶金工艺纯净钢产品的开发,夹杂物去除技术的不断进步,非金属夹杂物的控制技术仍面临着新任务。 关键词：非金属夹杂物；夹杂物类型；控制技术 Types and Progress on Technique for Removel of inclusions in steel XX (College of Metallurgy and Energy Hebei United University, Tangshan 063009) Abstract：The behavior of inclusions in molten steel includes physical processes such as nucleation, growth, polymerization and transmission. The removal of inclusions can be seen as the result of transmission, which involves inclusion growth, floating and separating. The key progress on technique for removal of inclusions in steel is gas stirring-ladle argon blowing, gas shielding weir and dam in tundish, electromagnetic cleaning-ladle electromagnetic stirring, tundish centrifugal separating and mold electromagnetic braking, slag washing, ultrasonic technique ,and filter technique. Key words：non-metallic inclusions Typesof inclusions, Technique for Removel of inclusions 1引言 钢中非金属夹杂物是指钢中不具有金属性质的氧化物、硫化物、硅酸盐或氮化物。它们是钢在冶炼过程中加入脱氧剂而形成的氧化物、硅酸盐和钢在凝固过程中由于某些元素溶解度下降而形成的硫化
【关键字】质量、问题、充分、整体、制定、研究、措施、规律、关键、稳定、理想、能力、结构、水平、检验、分析、形成、保护、满足、严格、开展、优先、发挥、解决、优化、调整、改善、加强、实现、提高、显著改善、实施、改进 20g钢中夹杂物研究 闫卫兵1，2，杨海平2，任毅1，2 (1．北京科技大学冶金学院，北京100083; 2．河北钢铁集团宣钢公司炼钢厂，河北宣 化075100) 摘要:20g钢在轧制过程中易发生表面纵裂，对钢水中氧、氮含量和纯净度要求严格。研究了宣钢炼钢厂生产20g钢过程中各工序钢中全氧及氮含量的变化，夹杂物的种类及粒度分布，大型夹杂物的组成、分布及其来源。介绍了非稳态浇铸对铸坯洁净度的影响，使用示踪剂追踪了夹杂物的来源，并制定了改进措施，20g钢铸坯质量得到显著改善。 关键词:20g钢;夹杂物;研究 1 前言 宣钢炼钢厂生产20g钢工艺流程为:120 t顶底复吹转炉→130t LF精炼→连铸。选取了20g钢1个中包浇次的中间包前2炉取样。在钢包和中间包钢液中取氧氮样、电解样，在连铸浇铸过程中切取铸坯样，取样前在钢包渣、中间包覆盖剂加入示踪元素，并利用结晶器保护渣中固有的示踪剂K和Na跟踪钢包渣、中间包覆盖剂、结晶器对钢液的污染。根据铸坯样中夹杂物的示踪剂判定夹杂物的来源，对铸坯样进行夹杂物的检验，分析其夹杂物的种类、数量、形态、分布。 2 各工序钢中全氧及氮含量的变化 钢中的氧、氮含量主要与转炉冶炼、炉外精炼及保护浇铸有关。因此，分别在钢包、中间包及铸坯取样，精炼过程钢中平均T［O］和［N］的变化规律如图1所示，浇铸过程中间包钢液中平均T［O］和［N］的变化规律如图2所示，铸坯中平均T［O］和［N］的变化规律如图3所示。 由图1可知，20g 钢在精炼过程中的氧、氮含量变化为:在LF精炼过程中吹氩搅拌，钢液面波动较大，极易发生二次氧化，致使钢中氧氮含量升高;LF精炼末期，钢水通过弱氩气底吹，使钢水中氧氮含量降低。 分析图1、2可知，20g钢在浇铸过程中的氧、氮含量变化为:钢液由钢包流入中间包时保护浇铸效果较差，二次氧化严重，且非稳态钢液面波动较大，容易造成卷渣，致使钢液污染，洁净度下降。非稳态浇铸时钢液洁净度较差，二次氧化严重，应严格保护浇铸。换包时应及时调整拉速，避免中间包钢液面产生较大波动。 一般在浇铸过程中，钢液中的夹杂物经过钢包和中间包的上浮，夹杂物数量减少，钢的洁净度升高。但在图3(a)所示的试验中，铸坯中的T［O］和［N］却有升高的反常现象，为了核实数据的准确性，将铸坯中切取的备样再次进行氧氮分析，结果如图3(b)所示。分析认为:中间包内钢液由1流向6流流动过程中有二次氧化，致使6流铸坯中氧氮含量升高。 3 各工序钢中夹杂物的分析 对20g钢试样进行金相试验，观察钢中夹杂物的形貌，主要有球形、三角形和不规则夹杂物3种。 3．1 LF精炼中夹杂物的组成 LF精炼中钢水的夹杂物主要是球形，其他氧化物和点状硫化物尺寸较小。其中钙铝酸盐和钙硅酸盐较多，硫化钙夹杂较少。钙铝酸盐夹杂组成为Ca 20%～50%、Al 10%～15%、Si 5%～7% 。 3．2 LF处理后夹杂物的组成 LF处理后钢水中沿晶硫化物较多，且有聚集状铝氧化物。钢水中的夹杂物主要有硫化
夹杂物控制方案 夹杂物控制是高品质钢生产的关键环节，也是控制生产成本的重要环节。非金属夹杂物降低了钢的塑形、韧性和疲劳寿命，使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能变坏。中厚板生产，采用铝脱氧工艺，容易出现B类夹杂超标，连铸过程往往在铸坯1/4处夹杂物富集，存在大量的大颗粒氧化物脆性夹杂，造成板材B类夹杂物超标。除此之外，A类硫化物夹杂主要是在钢水凝固过程，随着温度的降低，1415℃时开始大量析出，1000℃左右全部析出，针对凝固过程控制冷却强度等控制A类夹杂物。接下来要开展的工作方案如下： 一、B类夹杂物控制改善 1）转炉终点氧含量。夹杂物的多少与钢水中氧含量有直接的关系，控制终点氧含量，通过副枪测定[%C]和[%O]，保证波动在C-O平衡曲线附近。通过炼几炉235B钢种，统计一下转炉终点[%O]. [%C]=0.16 T=1600℃ Pco=100KPa，得出理论[%O]=160ppm。 2）脱氧剂的选择。ASM复合脱氧剂的脱氧能力大于单一Al脱氧剂，不同脱氧剂形成脱氧产物不同，脱氧剂的消耗量也不同。选择不同的脱氧剂，加入量如何确定？ 3）严禁转炉出钢下渣，通过检测包渣（FeO+MgO）。 4）出钢脱氧后吹氩去除脱氧产物。不同脱氧剂形成的脱氧产物不同，大部分为低熔点液态大颗粒产物，氩气流量的控制加速夹杂物的上浮去除。
5）精炼工艺。根据进站[%O],目标[%O]决定喂多少铝线，在此基础上进行Ca处理，喂多少Ca线必须通过理论计算，生成C12A7。根据钙处理后变性产物，决定精炼渣系成分的选择，包括碱度、MI指数、w[%FeO+MgO]、w[Al2O3]。出站前，软吹气量控制，是根据流量计还是根据渣眼裸露直径？ 6）防止二次氧化。全程保护浇注，长水口及浸入式水口氩封。 二、A类夹杂物控制改善 硫化物夹杂主要是在钢的凝固过程析出，控制工艺从两方面下手：1、LF深脱硫，使得钢中[%S]降低；2、改善冷却条件，调整冷却速率，二冷配水如何使得MnS选分析出。而硫化物主要想控制生成I类硫化物，纺锤状，轧制不易变形。措施：氧含量控制，w[%O]大于120ppm。[Mn]/[S]比控制，[%S]40-100ppm，锰硫比控制20。钙含量，控制钢中[%Ca]/[%S]大于0.2。除此之外，冷却速率的增加，MnS 析出颗粒较细，数量增多，增加析出温度区域冷却强度（100℃/min)。改善中心偏析。轧制工艺，MnS的塑性变形温度在1000-1050℃较低，控制轧制温度在这个范围。 以上为综合考虑影响夹杂物超标的每个工艺点，具体改变哪个参数，如何选取合适的参数，需要下一步针对性研究，以上只是思路过程。在调整一个工艺参数后，如何取样分析等都需要下一步严格制定。比如转炉高拉碳控制氧含量多少ppm合适，需要摸清现在一次拉碳时氧含量，根据碳含量，确定终点碳氧积在不在平衡曲线附近等等。
电渣重熔过程中夹杂物的控制 摘要：非金属夹杂物在钢的性能中起着重要的作用。它在钢中的分布不仅破坏 了基体的连续性，而且导致材料的塑性、韧性和疲劳性能降低，并且微孔和裂纹 容易在夹杂物和钢的界面形成疲劳断裂或者引起其他缺陷，因此，在炼钢过程中，必须要正确控制夹杂物。电渣重熔（ESR）技术能有效的去除钢中的非金属夹杂物，并能对钢中夹杂物的分布进行改善，随着钢的质量要求的不断提高，一般重 熔技术已不能满足洁净钢的生产要求。 关键词：电渣重熔；夹杂物；控制 前言 随着现代化工业技术迅速发展，对各种钢材纯度的要求日趋严格，势必对钢 材的强度、塑性及疲劳等性能指标提出更高的要求。非金属夹杂物作为独立相存 在于钢中，将导致应力集中，引起疲劳断裂，严重影响了钢的使用性能。同时， 非金属夹杂物的尺寸、形态及在钢中的数量和分布，严重破坏了钢基体的连续性，加大了钢中组织的不均匀性，必然造成钢的使用寿命降低等系列问题。因此，非 金属夹杂物在钢中的尺寸、形态、数量及分布是评定钢材质量的一个重要指标。 鉴于此，提高合金母材的质量和纯度，生产出洁净钢，或有效控制非金属夹杂物 性质、形态及分布，是冶炼和铸锭过程中的一个重要环节。电渣重熔的显著优点 之一就是可以显著降低电渣钢中非金属夹杂物的数量，并改变其在钢中的分布。 但电渣重熔在去除原生夹杂物的同时将产生新的夹杂物，这些夹杂物会对钢材质 量产生影响。 1实验材料与方法 将电渣重熔后的1Cr13钢锻件（锻压工艺参数为镦粗比4，拔长比1.7，始锻 温度1180℃）升温到650℃保温6h，升温到960℃保温5h后雾冷到室温，再升 温到770℃保温8h后空冷到室温，试样取自钢锭热处理后锻坯，制成尺寸为 30mm×30mm×50mm的长方形试样，经磨制、抛光、浸蚀（4%硝酸酒精）后，进行金相显微组织观察。采用蔡司Zeiss金相显微镜观察夹杂物形态，利用日立公 司的S-3000N电镜进行显微组织观察和能谱分析，确定夹杂物的元素组成。 2实验结果与分析 2.1显微组织分析 1Cr13钢电渣重熔显微组织中夹杂物的形貌。黑褐色粒状物经锻压后无变形 只是破碎，初步确定为脆性夹杂。中浅灰色似纺锤体的物质经锻压后沿变形方向 延伸成带状，具有良好的塑性，初步确定为塑性夹杂。 2.2扫描电镜及能谱分析 本实验采用金相法与微观区域成分分析相结合，用金相显微镜和能谱分析测 试仪对1Cr13钢锻件成分进行分析，测定尺寸大于1μm夹杂物的元素组成，并对个别元素进行面扫描分析，通过能谱仪对其进行成分分析，得出各元素的质量分 数谱线。在本测试中Fe、Cr是1Cr13钢的主要成分，在进行夹杂物成分分析时不予考虑。夹杂物中的Fe、Cr、F、O、Si和Ca元素进行能谱分析可以看出，F （wt%）=14.68%、Si（wt%）=3.3%、O（wt%）=11.61%、Ca（wt%）=0.33%，对 比1Cr13锻件用钢的化学成分，O、F、Si和Ca都超出标准。1Cr13钢夹杂物中块 状的脆性夹杂物中含有的主要元素有O和Si，且分布较为集中，而F元素含量居
钢中夹杂物浅析 1. 钢中夹杂物的分类 1.1 根据钢中非金属夹杂物的来源分类 （1）内生夹杂物钢在冶炼过程中，脱氧反应会产生氧化物和硅酸盐等产物，若在钢液凝固前未浮出，将留在钢中。溶解在钢液中的氧、硫、氮等杂质元素在降温和凝固时，由于溶解度的降低，与其他元素结合以化合物形式从液相或固溶体中析出，最后留在钢锭中，它是金属在熔炼过程中，各种物理化学变化而形成的夹杂物。内生夹杂物分布比较均匀，颗粒也较小，正确的操作和合理的工艺措施可以减少其数量和改变其成分、大小和分布情况，但一般来说是不可避免的。 （2）外来夹杂物钢在冶炼和浇注过程中悬浮在钢液表面的炉渣、或由炼钢炉、出钢槽和钢包等内壁剥落的耐火材料或其他夹杂物在钢液凝固前未及时清除而留于钢中。它是金属在熔炼过程中与外界物质接触发生作用产生的夹杂物。如炉料表面的砂土和炉衬等与金属液作用，形成熔渣而滞留在金属中，其中也包括加入的熔剂。这类夹杂物一般的特征是外形不规则，尺寸比较大，分布也没有规律，又称为粗夹杂。这类夹杂物通过正确的操作是可以避免的。 1.2 根据夹杂物的形态和分布，标准图谱分为A、B、C、D和DS五大类。 这五大类夹杂物代表最常观察到的夹杂物的类型和形态: （1）A类(硫化物类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(长度/宽度)的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角； （2）B类(氧化铝类)：大多数没有变形，带角的，形态比小(一般<3)，黑色或带蓝色的颗粒，沿轧制方向排成一行(至少有3个颗粒)； （3）C类(硅酸盐类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(一般>3)的单个呈黑色或深灰色夹杂物，一般端部呈锐角； （4）D类(球状氧化物类)：不变形，带角或圆形的，形态比小(一般<3),黑色或带蓝色的，无规则分布的颗粒； （5）DS 类(单颗粒球状类)：圆形或近似圆形，直径>13μm的单颗粒夹杂物。 2. 钢中夹杂物主要类型及特征 2.1 硫化物
钢中夹杂物分析方法探讨 钢中夹杂物主要以非金属化合态存在，如氧化物、硫化物、氮化物等，造成钢的组织不均匀。夹杂物的几何形状、化学成分、物理性能等不仅影响钢的冷热加工性能和理化性能，而且影响钢的力学性能和疲劳性能。随着产品对夹杂物的分析提出更高的要求，需要建立适合生产现场的快速检测钢中夹杂的分析方法，以便降低钢中的夹杂含量，因此，对各种夹杂分析方法进行调研，并从单一和综合两方面进行分析。 单一方法 (1)金相显微镜观测法(MMO)。金相显微镜观测法是一种传统的方法，用光学显微镜检测二维钢样薄片，并且用肉眼定量。通过观察夹杂物的形状、光学特征或用化学法辅助，可以测定夹杂物类型，直接观测夹杂物的尺寸与分布情况，判断夹杂物的生成。 (2)图像扫描法(IA)。采用高速计算机显微镜扫描图像，根据灰度的断续分辨明暗区，比肉眼观测的MMO法大有改进，容易测定较大面积和较多数量的夹杂物，自动化程度高，可获得体积分数、粒度分布直方图、定量等信息，但有时易将非金属夹杂物引起的划痕、麻点和凹坑分析错，且易受尘埃干扰，细小夹杂可能从磨面脱落。 (3)硫印法。通过对富硫区进行腐蚀，区分宏观夹杂和裂纹。 (4)电解(蚀)法。该方法精确度高但费时，以钢样作为电解池的阳极，电解槽为阴极，通电后钢的基体呈离子状态进入溶液溶解，非金属夹杂物不被电解呈固相保留。较大的钢样(2～3kg)被电解，然后对电解泥淘洗、磁选、氢气还原分离铁，最后称量分级；较小的钢样(50～120g)被电解或稀酸溶解，将残渣经碳化物处理、过滤、灼烧，得到氧化物总量。马钢钢研所和北京科技大学成人教育学院运用大样电解法对钢样进行测定，并得到夹杂物不同粒度分布的百分含量。 (5)电子束熔炼法(EB)。在真空条件下，用电子束熔化钢样，夹杂物上浮到钢水表面。通常电子束熔炼查找的是上浮夹杂物特定区域。电子束熔炼的升级法(EB-EV)用来评估夹杂物尺寸分布，根据测定区域的上浮夹杂物尺寸，推断所有夹杂物的上浮结果，从而计算夹杂物尺寸分布指数。 (6)水冷坩埚熔炼法(CC)。在电子束熔炼的条件下，先将熔融钢样表面的夹杂物浓缩，冷却后，样品被分解，夹杂物被分离出来。 (7)扫描电子显微镜法(SEM)。将电子束用电磁透镜聚焦照射于试样表面，同时用电子束扫描，在显像管上显示出试样发出的信号，可清晰地观测到各种夹杂物的主体像，了解其分布和形态，用电子探针分析仪(EPMA)测定其组成及含量，特别是鉴定夹杂物局部组成最有效，可分析的元素范围4Be～92U，对0.1μm以上的区域进行定性分析，对2μm以上的区域进行定量分析。 (8)单火花光谱分析法(SSA)即原位分析仪。对被分析对象原始状态的化学和结构进行分析。通过对无预燃、连续扫描激发的火花放电所产生的光谱信号进行高速的数据采集和解析，测定样品表面不同位置的原始状态下的化学成分分布、缺陷判别和夹杂状态分析，可获得夹杂物数量、组成、分布和粒度等多方面的信息；一次扫描即可得到元素成分、偏析、疏松和夹杂的定量分布结果，扫描范围达300mm×200mm，分析灵敏度优于常规火花光谱分析，样品无需抛光及处理，分析结果显示方式丰富，除了以列表方式显示各项分析数据和计数外，还同时以二维和三维多种图形显示成分、偏析、疏松和夹杂的分析结果，可直接应用于冶金炉前分析，实现临线快速分析，当样品太少时不能反映大型夹杂。 (9)曼内斯曼夹杂物检测法(MIDAS)。又名LSHP法，先使钢样波动，以排除气泡，然后超声扫描检测固态夹杂物和固气复合夹杂物。 (10)激光衍射颗粒尺寸分析法(LDPSA)。采用激光技术检测其他方法(如定泥法)已检测出夹杂物的尺寸分布。
《钢材质量检验》单元教学设计一、教案头
二、教学过程设计
三、讲义 1.钢中非金属夹杂物的种类和特征 非金属夹杂物显著影响钢的使用性能，同时对钢的切削性能及表面粗糙度也有重要影响。分析夹杂物的类型、数量、大小、形状和分布是冶金质量检验及失效分析的重要方面。 钢中非金属夹杂物依其来源可分为两大类： （1）外来夹杂物：这类夹杂物是由耐火材料、炉渣等在冶炼、出钢、浇注过程中进入钢液中不及上浮而滞留在钢中造成的，外来夹杂物尺寸较大，故又称粗夹杂，外形不规则，分布也没有规律。 （2）内夹杂物：溶解在钢液中的氧、硫、氮等杂质元素在降温和凝固时，由于溶解度降低，它们与其他元素化合并以化合物形式从液相或固溶体中析出，最后包含在钢锭中，这类化合物称为内生夹杂物，内生夹杂物的颗粒一般比较细小，故又称为细夹杂。通常钢中非金属夹杂物主要是内生夹杂物。 内生夹杂物是不可避免的，正确的操作只能减少其数量或改变其成分、大小及分布情况；至于外来夹杂物，只要操作正确、仔细，则可避免。 钢中常见的非金属夹杂物，依其性质、形态和变形特征等又可分为以下几种。 （1）氧化物：常见的氧化物有FeO、MnO、SiO2、AL2O3、Cr2O3等。多数氧化物的塑性极低，脆性大、易断裂，属脆性夹杂物，经轧、锻后沿加工方向排列成串或点链状分布，在明场下呈灰色。抛光性差、易剥落，如图4-12所示。 （2）硫化物：如MnS、FeS等，塑性较好，属塑性夹杂物。经轧、锻加工后沿加工方向变形，呈纺锤形或线段状。在明场下呈浅灰色。抛光性好，不易剥落，如图4-13所示。 （3）硅酸盐：硅酸盐夹杂有易变形的（如2MnO.SiO2），也有不易变形的。易变形的硅酸盐夹杂与硫化物相似，沿加工方向延伸变形呈线段状，明场下呈灰色或暗灰色；不易变形的硅酸盐与氧化物相似，沿加工方向呈颗粒状分布，明场下也呈暗灰色。在定量评级时，脆性硅酸盐按氧化物评级，而塑性硅酸盐按硫化物评级。 （4）点状不变形夹杂物：简称点状鸡杂，铬轴承钢的点状夹杂物主要是由镁尖晶石和含钙的铝酸盐或含铝、钙、锰的硅酸盐所组成。这种不变形夹杂物经加工后不变形，以后球状形式存在，如图4-14所示。 （5）氮化物：通常遇到的氮化物夹杂有AlN、TiN、VN、ZrN等，它们的形状一般比较规则，多呈长方形、正方形、三角形。压力加工不变形。在明场下呈浅黄、金黄或玫瑰色。 非金属夹杂物是钢中不可避免的夹杂，它的存在使金属基体的连续性受到破坏，非金属夹杂物在钢中的形态、含量和分布都不同程度地影响了钢的各种性能，诸如常规力学性能、疲劳性能、加工性能等。因此，正确测定与评价钢中非金属夹杂物是提高钢材质量不可忽视的环节。 2. 非金属夹杂物的鉴定方法 3.夹杂物的评级 四、训练任务
学号： HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕业论文 G RADUA T ETHESIS 论文题目：板坯大型夹杂物研究 学生姓名： 专业班级： 学院：冶金与能源学院 指导教师：教授 年月日
摘要 本文以唐钢最新投产的FTSC连铸技术生产的板坯为研究对象，将板坯加工成Φ50×130mm的圆柱形试样。通过大样电解实验，经过电解、淘洗分离碳化物和分级称重等步骤得到了试样中的大型夹杂物，再用KYKY-2800型扫描电子显微镜对夹杂物进行定性分析。研究表明：板坯中的大型夹杂物主要来源于脱氧产物、结晶器保护渣和中间包覆盖剂的污染，其次是水口的熔损；大型夹杂为球形的钙铝酸盐夹杂、透明的SiO2夹杂和复杂化合物夹杂。 此外，根据试验结果和讨论提出相应的改善措施。如：选用优质原料、转炉要提供优质的钢水、钢包底吹氩搅拌、采用全程保护渣浇注、优化中间包流场和减少液面波动等。通过研究了解大型夹杂物的来源、成因以及影响因素等，以期找出减少板坯中大型夹杂物夹杂物的办法，提高钢的质量。 关键词：板坯；电解；大型夹杂物；来源
In this paper, We introduce the continuous casting technology of the latest production of FTSC Tangshan Iron and Steel Production slab as research object, in which Φ50×130mm slab is processed into a cylindrical sample. By large sample electrolysis experiment, after electrolysis, separating washing steps such as carbides and classification, we have been weighing the sample in the large inclusions, and then by KYKY-2800 scanning electron microscope for qualitative analysis of inclusions. The results show that: a large slab of deoxidation products mainly from inclusions, mold powder and tundish covering flux of pollution, followed by the outlet of the melt loss; large inclusions of calcium aluminate inclusions are spherical, transparent SiO2 inclusions and complex mixture of compounds. Moreover, according to the corresponding test results and discuss we can propose improvements, such as: high quality raw materials, the converter to provide high-quality steel, ladle bottom blowing argon stirring, the use of flux throughout the casting, the tundish flow and optimized to reduce surface fluctuations. Through research to understand the source of large inclusions, causes and contributing factors, so as to reduce the slab in identifying large inclusions to approaches to improve the quality of steel. Key words: slab, electrolysis, large inclusions, source
钢中非金属夹杂物特征 钢中氧和硫分别以氧化物和硫化物夹杂形式存在，很早以前就发现，钢的洁净度取决于上述氧化物和硫化物夹杂，这些夹杂物的尺寸、形状、物理性质、出现频率对钢的质量有很大的影响。 钢中常见的内在夹杂物有脆性夹杂物（氧化物及脆性硅酸盐）塑性夹杂物（硫化物及塑性硅酸盐）、点状不变形夹杂物和氮化物等。 一、氧化物： １．氧化铝夹杂物：Al2O3（脆性） 这种夹杂物热加工后不变形、而是沿加工方向分布成短线状颗粒带，在明场下呈灰色。过多的Al2O3会使钢的疲劳强度和其他力学性能下降。 ２．SiO2夹杂物 除了氧化铝夹杂物外，在钢中还有硅脱氧产物SiO2，也称石英。 二、硫化物：FeS、MnS（塑性） 这类属于塑性夹杂物，具有很高的塑性，热加工后沿加工方向延伸成条状分布，在明场下呈灰色。 三、氮化物： 在含钛、锆、钒的合金中，钛、锆和钒容易和氮结合成稳定的氮化物夹杂，氮化物热加工中不变形，多呈方形、长方形，在明场下有淡黄和金黄色彩。四、点状不变形夹杂物： 铬轴承钢中的点状不变形夹杂物主要由镁尖晶石和含钙的铝酸盐所构成，此外还有含铝、钙、锰的硅酸盐，点状不变形夹杂物加工后仍不变形，仍保持较规则的图形。 五、硅酸盐： 硅酸盐是金属氧化和硅酸根的化合物，是钢中常见的夹杂物，在使用硅锰、硅铁合金脱氧时，形成可变形的硅酸盐，最常见的硅酸盐是硅酸亚铁和硅酸亚锰。 钢中常见的硅酸盐有硅酸亚铁（２FeO.SiO2）、硅酸亚锰（２MnO.SiO2），硅酸盐分脆性硅酸盐和塑性硅酸盐。脆性硅酸盐热加工后沿加工方向成为短线状颗粒带，类似氧化物，塑性硅酸盐热加工后沿加工方向延伸成条状。但硅酸盐一
第6卷第2期 材 料 与 冶 金 学 报Vol 16No 12 收稿日期:2006209220. 基金项目:国家自然科学基金宝钢联合基金重点项目(50334050) 作者简介:李慧改(1979-),女,河北石家庄人,上海大学博士研究生,E 2mail:lshj5h@1631com;郑少波(1961-),男,浙江 省人,博士,副教授,E 2mail:sbzheng@shu 1edu 1cn . 2007年6月 Journal ofMaterials and Metallurgy June 2007 2006年全国博士生学术论坛(冶金学科)优秀论文 超细夹杂物析出研究 李慧改,郑少波,王利伟,翟启杰,蒋国昌 (上海大学 材料科学与工程学院,上海200072) 摘 要:非金属夹杂物往往是钢材表面和内部缺陷的成因.但是,当夹杂物的分布适当和颗粒小到一定尺寸时,就能对钢的性能有利.本文研究了氧化物在凝固过程中的析出,采用定向凝固工艺,精确控制了凝固速率,研究了钛、锰、硅及硅–锰复合元素的加入以及冷却速率对夹杂物析出的影响规律. 关键词:超细夹杂物;析出;凝固 中图分类号:TG 113 文献标识码:A 文章编号:167126620(2007)022******* Research on the prec i p it a ti on of superf i n e i n clusi on s L I Hui 2gai,Z HE NG Shao 2bo,WANG L i 2wei,Z HA IQ i 2jie,J I A NG Guo 2chang (College of Material Science and Technol ogy,Shanghai University,Shanghai 200072,China ) Abstract:Non metallic inclusi ons are considered t o be the s ource of defects in steel p r oducts .However,this is the truth just in relatively large inclusi ons .I nclusi ons s maller than a fe w m icr ometers in size may enhance the steel quality .The p reci p itati on of oxide during s olidificati on has been investigated .The s olidificati on rate was accurately contr olled by directi onal s olidificati on technol ogy .The effect of additi on of Ti,Si,Mn and Mn -Si elements and the cooling rate on the p reci p itati on of inclusi ons have been studied .Key words:superfine inclusi on;p reci p itati on;s olidificati on 钢中一些尺寸较大的非金属夹杂物会降低钢 的强韧性,有效去除这些非金属夹杂物一直是冶金工作者的努力方向[1,2] .但是,“氧化物冶金”的 思想 [3,4] 提出可以利用细小弥散的夹杂物使其成 为晶内铁素体的形核核心,细化晶粒,提高钢的性 能.研究[5-7] 证明:小于1～3μm 的超细且弥散分布的夹杂物有显著改善钢材质量和性能的作用.所以,寻求可以使夹杂物细小弥散析出的方法成为利用夹杂物技术的关键.这些夹杂物主要有氧化物、硫化物、氮化物.钢板焊接时热影响区的硫化物、氮化物夹杂会溶入钢基体,导致晶粒的粗化,钢韧性的降低.若使硫化物、氮化物在高温比较稳定的氧化物表面析出,就会有效地防止晶粒 的粗化,提高钢的韧性[8] .因此,研究氧化物夹杂 的析出成为首要问题. 钢中非金属夹杂物的析出可以分为几个阶段,脱氧元素加入之后以及钢液冷却过程中生成的夹杂物容易长大,尺寸不容易控制.近年来,对凝固过程中析出的夹杂物的研究逐渐增多,结果发现,凝固过程中析出的夹杂物尺寸相对较小[9,10],有利于晶内铁素体的形核.因此,本文锁定在控制非金属夹杂物在凝固过程中析出;采用定向凝固工艺,精确控制了熔融钢的凝固速率,研究了钛、锰、硅及硅–锰复合元素的加入以及冷却速率对夹杂物析出的影响规律.