應用金屬原位分析儀對連鑄板坯偏析的分析

尹顯武

（天津天鐵冶金集團有限公司技術中心，河北涉縣056404）

應用金屬原位分析儀對連鑄板坯偏析的分析

尹顯武

（天津天鐵冶金集團有限公司技術中心，河北涉縣056404）

針對連鑄坯產品質量缺陷中的偏析問題，應用金屬原位分析儀對連鑄板坯、方坯、圓坯及中厚板偏析度進行分析。通過分析，對樣品的缺陷情況有了比較系統和全面的了解。分析得出，生產中頻繁出現的偏析主要是P和S偏析度過大造成的，為今后冶煉生產過程中產品質量控制提供了依據。

連鑄坯 金屬原位分析儀 成分 偏析 分析

1 引言

天鐵集團生產的連鑄坯主要包括板坯、中厚板、圓坯及方坯。隨著市場的需求和生產工藝的不斷改進，使得產量越來越大，在這過程中連鑄坯產品質量缺陷也隨之增加，出現的主要缺陷有偏析、疏松、夾雜、裂紋等。為此，天鐵技術中心按相關標準嚴格對生產工藝進行監督，并按生產流程取樣進行光譜化學成分分析和低倍實驗。在現有條件下，為了更加完善質量管理和控制，技術中心于2009年從鐵研究總院引進金屬原位分析儀OPA-100（original position statistic distribution analysis），對現有連鑄板坯、圓坯及連鑄方坯進行全面地材料化學成分、表面偏析、疏松和夾雜分析，這樣有利于在煉鋼冶金生產過程中使質量得到控制，為進一步提高產品質量，在產品的新鋼種研發方面提供更加有力的依據。

本文應用金屬原位分析儀對天鐵常煉連鑄坯進行偏析度分析，并從大量樣品的分析結果中，總結出能用于促進生產質量的提高、煉鋼工藝的改進的方法，質檢部門以此作為對連鑄坯質量偏析評比的依據。相比光譜分析和低倍實驗，OPA可更直觀地反映出材料的成分高低以及區域面積分布，對質量缺陷（偏析、疏松、夾雜、裂紋等）做出綜合的定性判定[1-2]。

2 偏析度的分析

利用金屬原位無預燃、連續掃描激發的火花放電所產生的光譜信號，進行高速的數據采集和解析的特點，對連鑄板坯進行偏析分析，可以測定樣品表面不同位置的化學成分和含量以及表面的結構信息[3]。

對連鑄厚板坯進行金屬原位偏析度統計分布分析，并結合煉鋼生產工藝對該連鑄厚板的材料性能進行分析評價。取連鑄板坯的橫截面（含中心線）區域進行分析。天鐵連鑄坯部分鋼種化學成分見表1。

2.1 實驗儀器和方法

表1天鐵連鑄坯部分鋼種化學成分/%

金屬原位分析系統：OPA-100。

2.1.1 實驗參數設置

樣品掃描方式為線性掃描，運動方式為連續，掃描速度為1mm/s，X、Y步進根據樣品大小設定，充氣時間10 s，激發模式為低。

2.1.2 設備參數

激發頻率：480 Hz；激發電阻：6.0Ω；激發電容：7.0μF；氬氣純度：99.999%；氬氣流量：85m l/s；火花間隙：2.0mm；電極材料：45°頂角純鎢電極，直徑3mm。

2.1.3 數據采集和處理

信號采集速度為100 kHz/通道。工作曲線的制作和分析結果的處理采用OPA-100軟件自行進行處理。

2.1.4 測定元素及其波長

C:193.0 nm;Si:288.1 nm；Mn:293.3 nm;P：178.3 nm;S:180.7 nm。

2.2 樣品要求

將待測鑄坯在銑床分別粗加工成長×寬×厚為30 mm×80 mm×50、60 mm×80 mm×40 mm、50 mm×80 mm×50mm的3個平面后，在銑樣機上或者砂帶機上快速磨出一個干凈新鮮的表面，并在OPA上激發得到成分和分析結果。見圖1。

2.3 分析結果與討論

2.3.1 C元素的偏析度的分析結果

C元素的偏析度的分析結果見圖2。

從圖2中可以看出，在該樣品的左下區域有一明顯的塊狀偏析，且該偏析帶屬連續分布狀態，表明C元素的偏析比較嚴重，而且成分高低分布較大。

2.3.2 Si元素的偏析度的分析結果

Si元素的偏析度的分析結果見圖3。

從圖3可以看出，在該樣品的左下區域有一帶狀偏析，但不太明顯，表明Si元素的偏析相對輕微，成分分布也相對比較均勻。

2.3.3 Mn元素的偏析度的分析結果

Mn元素的偏析度的分析結果見圖4。

在該樣品的左邊細條狀和中心區域，Mn元素有一帶狀偏析，且該偏析帶不屬明顯的連續分布狀態，在帶狀偏析線的中間有含量不是很高的部分存在。表明Mn元素的偏析沒有C元素的偏析嚴重。

2.3.4 P元素偏析度的分析結果

P元素的偏析度的分析結果見圖5。

在該樣品的左邊區域，P元素有一明顯的偏析區存在，但該偏析區屬連續分布狀態；正負偏析比較明顯，P元素的成分比例分布也不均，所以P元素的偏析比較嚴重。

2.3.5 S元素的偏析度的分析結果

S元素的偏析度分析結果見圖6。

從圖6中可以看出，在該樣品的中心區域S元素的偏析分布比較分散，而且該偏析帶屬斷續分布狀態，此外在中心偏析帶外還有一些比較低的偏析區域存在。表明S元素的偏析最嚴重。

3 分析結論

分析結果比較見表2。

表2分析結果比較

通過以上分析可以得出以下分析結果。

3.1 該連鑄板坯中S元素的最大偏析度最大，其次是P、C，而Mn和Si的最大偏析度較小，其中又以Si元素的最大偏析度為最小。

3.2 S元素在國家標準GB/T21834中規定的允許差含量區間內所占的統計權重最小，這說明該樣品中S元素的偏析情況最為嚴重。

3.3 在樣品的分析結果中，主要以集中在邊部，其中又以S元素的中心偏析最嚴重，其次是P元素的中心偏析嚴重，再次是C元素的。而Mn和Si元素的中心偏析相對較輕，相比之下以Si元素的中心偏析為最輕。

3.4 C、Si、Mn元素在中心偏析帶以外，元素的偏析情況不是很嚴重，但是S、P兩個元素在中心偏析帶以外的分布也很不均勻，尤其是S元素的中心偏析情況最為嚴重。

3.5 在同一樣品中，不同元素的偏析情況也是不相同的；有的元素偏析較重，有的元素偏析較輕。

4 結束語

傳統的對鑄坯偏析分析主要是硫印和低倍，而且只能得出主要是S和P所造成的，對試驗條件要求高，比如場地的選擇，實驗過程的安全因素，對實驗后酸的處理，得出試驗結論時間長，另外傳統的分析結果只是表征材料的宏觀信息，范圍面積小，得不到各個元素的成分分布。應用金屬原位分析儀進行分析的特點是，得出質量缺陷結論時間短，速度快，分析范圍大，能分析出導致質量缺陷的各個元素的分布并且對微觀區域進行準確的定量分析；操作簡單，對樣品要求只需有一個品面即可，分析結果以二維和三維形式得出，有立體感，更加直觀[4]。

通過運用金屬原位偏析分析,對連鑄板坯在內的許多金屬材料（連鑄板坯、中厚板、圓坯及連鑄方坯）的偏析情況進行綜合評價，分析樣品中各元素偏析度的差異情況，得出生產中頻繁出現的偏析主要是P和S偏析度過大造成的，為今后冶煉生產過程中產品質量控制和生產工藝的優化提供了依據。

（收稿2011－05－12責編崔建華）

[1]劉志勇，王振宗.連鑄坯（材）的低倍檢驗[J]．冶金標準化與質量，1997（9）：28-32.

[2]趙良仲，劉世宏，潘承璜.粗糙表面小面積成像XPS變角分析法[J]．分析儀器，1998（2）：57-60.

[3]王海舟，李美玲，陳吉文，吳超.連鑄鋼坯質量的原位統計分布分析研究[J]．中國工程科學，2003，5（10）：34-42.

[4]王海舟，楊志軍，陳吉文，等．金屬原位分析系統[J]．中國冶金，2002（6）：20-22．

尹顯武，男，2006年7月畢業于天津科技大學材料科學與化學工程專業，現在天津天鐵冶金集團有限公司技術中心從事產品化驗工作。

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