28MnCr5冶煉過程鋼中夾雜物的變化情況研究

鄭艷 劉兆武 梁娜 盧乃雙 張利平

(山東鋼鐵股份有限公司)

28MnCr5冶煉過程鋼中夾雜物的變化情況研究

鄭艷 劉兆武 梁娜 盧乃雙 張利平

(山東鋼鐵股份有限公司)

通過SEM、EDS和大樣電解試驗(yàn)對(duì)28MnCr5冶煉過程中夾雜物的大小、形貌、數(shù)量進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:LF精煉后夾雜物多為鈣鎂鋁氧化物及硫化鈣夾雜，夾雜物的尺寸較小，多為1μm～3μm，形狀為方形。經(jīng)VD處理后，較LF階段夾雜物尺寸增大，夾雜物的組成多是鈣鎂鋁尖晶石類及MnS夾雜。連鑄過程中夾雜物的成分主要為MgO－Al2O3－MnS－MnO系夾雜物，夾雜物多呈圓形，其尺寸在3μm～6μm。通過大樣電解發(fā)現(xiàn)大部分大型夾雜物都是多元復(fù)合夾雜物，顆粒粒徑多在100μm以上，對(duì)鋼材性能影響極大。

28MnCr5 冶煉過程 夾雜物 大樣電解

0 引言

MnCr系列齒輪鋼是我國(guó)引進(jìn)的德國(guó)高標(biāo)準(zhǔn)轎車齒輪用鋼。這種鋼種不僅要符合德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)，而且要符合德國(guó)大眾公司自己的標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)質(zhì)量要求很嚴(yán)格。28MnCr5鋼的強(qiáng)度和疲勞壽命與鋼材純凈度尤其是夾雜物的尺寸、相貌、數(shù)量有較大的關(guān)系［1－2］，從提高鋼水潔凈度水平和鑄坯質(zhì)量的角度出發(fā)，目前該鋼種的冶煉過程出現(xiàn)的問題也主要集中在鋼中夾雜物控制方面。筆者以萊鋼50 t電爐生產(chǎn)線28MnCr5的冶煉工藝為對(duì)象，研究了冶煉過程鋼中夾雜物的變化情況。

1 研究方法

試驗(yàn)用鋼28MnCr5的冶煉工藝為:50 t EAF→60 t LF→60 t VD→CC。其化學(xué)成分見表1。

表1 鋼的化學(xué)成分 wt%

1.1 微觀夾雜物分析

在實(shí)驗(yàn)室通過SEM、EDS等實(shí)驗(yàn)手段對(duì)28MnCr5鋼在LF精煉后、VD真空處理后以及連鑄坯中夾雜物的大小、形貌、數(shù)量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)鋼中夾雜物在冶煉過程中的演變機(jī)理進(jìn)行了分析［3－4］。

1.2 大樣電解試驗(yàn)

外來夾雜物主要是鋼水和外界(卷渣及耐火材料侵蝕)之間偶然的化學(xué)和機(jī)械作用產(chǎn)物。鋼中外來夾雜物的含量可通過大樣電解的方法測(cè)定。

將所取大鋼樣切去頭部的夾渣，按圖1所示進(jìn)行加工，試樣端部鉆M12×10mm螺孔或頭部刻槽以便電解時(shí)吊裝。大樣電解取樣位置如圖2所示。

圖1 電解大鋼樣加工

圖2 大樣電解取樣位置

2 研究結(jié)果分析

2.1 微觀夾雜物結(jié)果分析

電爐冶煉的鋼水到LF后，經(jīng)調(diào)渣、調(diào)成分、喂線后，鋼中夾雜物的形貌如圖3所示，其對(duì)應(yīng)成分見表2。

圖3 LF精煉過程中鋼液試樣中典型夾雜物形貌

表2 LF對(duì)應(yīng)夾雜物化學(xué)成分 %

由圖3可以看出，LF精煉過程中夾雜物多為鈣鎂鋁氧化物及硫化鈣夾雜，夾雜物的尺寸較小，多為1 ～3μm，形狀為方形［5］。

LF精煉結(jié)束，經(jīng)VD真空處理、軟吹后，夾雜物的形貌及成分變化如圖4和表3所示。

圖4 VD處理后鋼液試樣中典型夾雜物形貌

表3 VD對(duì)應(yīng)夾雜物化學(xué)成分 %

從圖4可以看出，夾雜物的尺寸較LF階段夾雜物尺寸增大，夾雜物的組成多是鈣鎂鋁尖晶石類夾雜物及MnS夾雜［6］，形狀為圓形，尺寸約為2 μm～3 μm。

連鑄過程采用保護(hù)澆注、電磁攪拌技術(shù)，澆鑄成180mm×220mm連鑄坯。連鑄坯中夾雜物的形貌如圖5所示，成分變化見表4。

圖5 連鑄坯中典型夾雜物形貌

表4 連鑄坯中夾雜物化學(xué)成分 %

由圖5可以看出，連鑄過程中夾雜物的成分主要為MgO－Al2O3－MnS－MnO系夾雜物，夾雜物多呈圓形，其尺寸在3 μm ～6 μm。

由于鋼中硫含量較高，硫化錳夾雜物尺寸較大、數(shù)量較多。鋼中硫化錳夾雜物主要有兩種存在方式:一種是獨(dú)立存在，另一種是與鎂鋁尖晶石或鈣鋁酸鹽形成復(fù)合夾雜物。

通過觀察發(fā)現(xiàn)，復(fù)合硫化錳夾雜物多為球狀。夾雜物心部是鎂鋁尖晶石或鈣鋁酸鹽，外圍是硫化錳。硫化錳以鋼中的鎂鋁尖晶石或鈣鋁酸鹽為形核核心，包覆在其上析出。硫化錳夾雜物的尺寸多在5μm ～10μm。

獨(dú)立析出的硫化錳夾雜物多為塊狀，也有一些為球狀或條狀。硫化錳夾雜物的尺寸多在5μm～15μm。硫化物在鋼中分布比較均勻，但是硫化物的形狀既有呈兩頭尖的細(xì)長(zhǎng)條狀，也有一些如國(guó)外齒輪鋼中呈短粗形狀。細(xì)長(zhǎng)狀硫化物集中于晶間，產(chǎn)生應(yīng)力集中，會(huì)導(dǎo)致齒輪鋼疲勞性能降低，在機(jī)械加工時(shí)，會(huì)形成長(zhǎng)金屬屑，可能纏繞工具，降低可加工性。

3.2 大樣電解試驗(yàn)結(jié)果分析

把試樣進(jìn)行大樣電解后，得到結(jié)果見表5。表中列出了28MnCr5鑄坯試樣中的大型夾雜物的平均含量［7］。

表5 鋼中大型夾雜物

由表5可以看出，內(nèi)弧夾雜物含量明顯多于外弧夾雜物含量，內(nèi)弧夾雜物含量為20.32 mg/10kg，外弧夾雜物含量為15.55 mg/10kg。這是由于夾雜物從外弧上浮到內(nèi)弧并聚集于此。

對(duì)大型夾雜物顆粒篩選、稱重后，對(duì)所有大型夾雜物顆粒進(jìn)行SEM－EDX分析，連鑄坯中大型夾雜物掃描電鏡照片如圖6所示，對(duì)典型的大型夾雜物進(jìn)行的成分分析見表6。

圖6 鑄坯中典型大型夾雜物形貌

表6 鑄坯大型夾雜物成分%

由圖6可以看出，大部分大型夾雜物都是圓形，有棱角的大型夾雜物不多。由表6可以看出，大部分大型夾雜物都是多元復(fù)合夾雜物，大型夾雜物顆粒粒徑多在100 μm以上，對(duì)鋼材性能影響極大。

4 結(jié)論

通過對(duì)28MnCr5冶煉過程鋼中夾雜物變化的研究，可以得到以下結(jié)論:

1)LF精煉后夾雜物多為鈣鎂鋁氧化物及硫化鈣夾雜，夾雜物的尺寸較小，多為1 μm ～3 μm，形狀為方形。經(jīng)VD處理后，夾雜物的尺寸較LF階段夾雜物尺寸增大，夾雜物的組成多是鈣鎂鋁尖晶石類夾雜物及MnS夾雜。

2)連鑄過程中夾雜物的成分主要為MgO－Al2O3－MnS－MnO系夾雜物，夾雜物多呈圓形，其尺寸在3 μm ～6 μm。

3)復(fù)合硫化錳夾雜物多為球狀，夾雜物心部是鎂鋁尖晶石或鈣鋁酸鹽，外圍是硫化錳。硫化錳以鋼中的鎂鋁尖晶石或鈣鋁酸鹽為形核核心，包覆在其上析出，硫化錳夾雜物的尺寸多在5 μm～10 μm。獨(dú)立硫化錳夾雜物多為塊狀，也有一些為球狀或條狀，硫化錳夾雜物的尺寸多在5 μm～15 μm。

4)通過大樣電解發(fā)現(xiàn)大部分大型夾雜物都是多元復(fù)合夾雜物，大型夾雜物顆粒粒徑多在100 μm以上，對(duì)鋼材性能影響極大。

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STUDY ON INCLUSIONS BEHAVIOR IN28MNCR5 SMELTING PROCESS

Zheng Yan Liu Zhaowu Liang Na Lu Naishuang Zhang Liping
(Shandong Iron and Steel Co.，Ltd)

The size、morphology and amount of inclusions in28MnCr5 smelting process were analyzed by SEM、EDS and sample electrolysis methods.The results indicated that the main inclusions after LF refining were square CaO－Mgo－Al2O3and CaS ranging from1μm to3μm.The main inclusions were CaO－Mgo－Al2O3－MnO－CaS and MnS during VD period which were larger than the former.The main inclusions were round MgO－Al2O3－MnS－MnO ranging from3μm to6μm during casting period.Most large inclusions in steel were multielements through sample electrolysis and their sizes were above100 μm which greatly affect steel performance.

28MnCr5 smelting process inclusion sample electrolysis

:2012—4—1