【文章內容簡介】 物要進行必要的變性處理；在造渣方面，應造合適的精煉渣來有利于去除夾雜。（3）中間包可采取的控制措施通過合理優(yōu)化中間包結構及設置內部擋墻的方法來保證鋼液在中間包內有河北聯(lián)合大學輕工學院7足夠的停留時間，使夾雜物能夠得到充分上??；由鋼包到中間包采用長水口，并且通過氬氣密封保護澆注，來減少鋼液暴露在大氣中而使鋼液得到污染；在開澆前，應通過氬氣（或氮氣）對中包內部進行清掃，以防止鋼液的二次氧化；中間包內襯使用的耐火材料質量應當穩(wěn)定較好，及時更換中包；通過中包底部吹氬氣來進一步促使夾雜物上??；使用的中間包覆蓋劑堿度要高，這樣易于吸收更多的夾雜物，造還原性中間包渣，使用堿性耐火材料，降低侵蝕。 鋼中低倍組織缺陷1) 方框形偏析偏析是鋼中化學成分及雜質的不均勻分布現(xiàn)象（通常也稱液析） 。在鋼錠結晶過程中出現(xiàn)有區(qū)域偏析，晶內偏析、晶間偏析等。低倍檢驗所涉及的偏析是區(qū)域偏析，如方框形偏析、點狀偏析、碳化物偏析（碳化物剝落）等，而方框形偏析又是常見的。﹙1﹚特征：在橫向酸浸試片上方框形偏析是組織不均勻致密的易腐蝕的“黑色方框” ，“方框”的形狀由鋼錠模的形狀決定。但由于鋼坯在熱加工時變形程度不同，方框也稍有變化。易腐蝕的暗色方框區(qū)域中主要是碳、硫、磷及合金元素的偏析。當偏析以合金元素為主時，方框形與基體主要是顏色上的差別；而當偏析主要是以低熔點雜質硫、磷、碳為主時，則方框形主要是由受浸蝕后留下的不規(guī)則疏松孔隙所組成。方框經(jīng)常出現(xiàn)在鋼材橫截面 1/2 半徑處，但由于結晶過程的變化，也可能出現(xiàn)在靠近中心部位或靠近邊緣。有時也可出現(xiàn)幾層方框。﹙2﹚產(chǎn)生原因：方框偏析是鋼錠結晶過程的產(chǎn)物。因為大多數(shù)鋼錠是方形，所以偏析區(qū)呈方框形。在鋼錠結晶過程中，由于柱狀晶的成長把低熔點組元、氣體及偏析元素推向尚未冷凝的中心液相交界處，形成一個偏析方框。這個偏析方框中所含的過量雜質沒能充分在剩余鋼液中呈均勻分布，或上浮到冒口，被冷凝下來后便形成啦方框偏析。方形偏析表面在鋼材橫斷面低倍組織中腐蝕較深的一層方框區(qū)域。因其形狀呈方框形，故稱為方形偏析。 2）一般疏松﹙1﹚特征：在橫酸浸試片上呈暗黑色小點和細小的孔隙，可分布在試樣檢驗面的各部第 1 章 文獻綜述8位。暗色小點富集有偏析組元，因而易腐蝕，呈海綿狀。﹙2﹚產(chǎn)生原因：一般疏松在鋼材中比較普遍出現(xiàn)。鋼錠結晶過程中，液態(tài)冷凝而成固態(tài)時，形成樹枝狀晶體。由于選分結晶的結果，樹枝狀晶的成長逐漸把偏析組元、氣體、雜質擠到樹枝狀晶軸之間或各個樹枝狀晶之間的尚未冷凝的少量鋼液中，而這種粘稠的少量鋼液由于周圍樹枝晶的阻礙，不能與鋼錠心部尚未冷凝的大量鋼液結合，隨后冷凝收縮時便形成了富集雜質氣體的一些微小區(qū)域或小孔隙。熱酸浸時，這些區(qū)域不耐腐蝕，因而顯示出黑色小點或孔隙。3)中心疏松﹙1﹚特征：在橫向酸浸試片上，相當于鋼錠軸心部位組織不致密，呈暗黑色海綿狀的小點和孔隙。中心疏松和一般疏松的區(qū)別是：a、分布部位不同，中心疏松是在鋼的軸心部位集中分布；b、表現(xiàn)的特征也不完全一樣，中心疏松以鋼液收縮時得不到補充而形成的孔隙為主。﹙2﹚產(chǎn)生原因：中心疏松是鋼錠最后結晶的產(chǎn)物。在鋼錠凝固后期，中心區(qū)等軸晶充分長大，鋼液很稠，流動性不好，富集大量的夾雜、氣體、偏析組元。粗大的等軸晶間由于沒有鋼液補充，最后凝固時出現(xiàn)分散的孔隙，因此中心疏松也叫收縮疏松，它通常出現(xiàn)在縮孔下面。由于氣體、低熔點雜質，偏析組元都集中在心部最后凝固的鋼液中，使這些最后凝固的部分易腐蝕，在酸浸蝕呈黑色海綿狀的小點。中心疏松在材料橫斷面上中心部位呈現(xiàn)腐蝕程度較深的暗黑小點及不規(guī)則的圓形小孔隙，顏色較深。4）縮管殘余﹙1﹚特征：在橫向酸浸試片的軸心部，呈不規(guī)則的空洞或裂紋，空洞或裂紋中往往殘留著外來夾雜?？斩春土鸭y周圍疏松嚴重，在粗大的等軸晶之間留下許多細小孔隙，并富集大量夾雜?？紫额伾话爿^深。在縱向斷口上相應于縮孔部位出現(xiàn)夾層。殘余縮孔嚴重時，空洞較大，延伸很深，甚至于對穿橫試樣正、反面。﹙2﹚產(chǎn)生原因：河北聯(lián)合大學輕工學院9縮管殘余是由于鑄錠過程中，鋼液冷凝收縮產(chǎn)生縮孔，而在熱加工過程中，切頭不夠所造成的。一般說來，若在熱加工時保證適當?shù)那蓄^率，可將鋼錠的縮孔部分切除。但是，當縮孔在鋼錠中延伸很深或切頭掌握不好時，將會使部分縮管殘余留于鋼中，造成鋼材中的縮管殘余缺陷。5）皮下氣泡﹙1﹚特征：皮下氣泡是單個或成簇的紡錐形，并沿縱向排列的小孔洞或內壁光滑的小裂紋。皮下氣泡分布在鋼錠表面下一定深度處，有的深達數(shù)十毫米。在鋼材橫向算浸試片上，皮下氣泡分布在表面下十幾毫米以內的區(qū)域，但經(jīng)常是距表皮幾毫米的區(qū)域最多。有時皮下氣泡穿透鋼材表面而呈小裂紋，裂紋的末端是園角，與其他原因形成的裂紋有所區(qū)別。﹙2﹚產(chǎn)生原因原材料不干燥，鋼液去氣不良，脫氧不完善，出鋼槽、成鋼桶、下鑄磚干燥不充分，鋼錠模內壁鐵銹末刷凈，涂料水分高或未涂均勻等。采用上鑄法時，操作不當造成鋼水飛濺也能引起皮下氣泡。因為飛濺的鋼液在模壁上被空氣氧化，當鋼液上升，與黏在模壁上的氧化鐵接觸時，鋼液中的碳與氧化鐵皮發(fā)生反應，生成一氧化碳氣泡，不能及時排除而被包圍在鋼錠急冷層中，便成為皮下氣泡。皮下氣泡在材料橫斷面上呈現(xiàn)成簇的或分散的小氣孔隙，有的呈細而微彎傾向且垂直于表面的長條裂紋。6）翻皮﹙1﹚特征：在橫向酸浸試片上呈灰白或暗黑色的聚集大量夾雜的不規(guī)則條帶，有時條帶上鑲嵌著肉眼可見的爐渣或耐火材料的夾雜。翻皮通常出現(xiàn)在相當于鋼錠上部的鋼材上?；野咨姆な怯捎谘趸撎嫉慕Y果，而在保護澆注中產(chǎn)生的翻皮大部分是暗黑色。翻皮在斷口上表現(xiàn)為夾雜或夾層。翻皮處搭形試樣的發(fā)紋也很嚴重，顯微鏡觀察翻皮處，發(fā)現(xiàn)堆集著大量的氧化物、硅酸鹽夾雜。﹙2﹚產(chǎn)生原因：鑄錠操作不熟練，疏忽大意，使鋼水在錠模中上升不平穩(wěn)。當鑄速忽然增大時，涌入模內的鋼水沖破氧化層和富陽夾雜的液面結膜，使結膜卷入鋼中。第 1 章 文獻綜述10模壁不光滑，阻礙鋼水上升，易使液面結膜局部破裂。鑄溫偏低，液面結膜太厚，使鋼水上升受到阻礙，因而引起局部結膜破裂。冒口結殼破裂，落入為凝固鋼水中。翻皮在材料橫斷面上呈現(xiàn)彎曲的細長條的發(fā)紋，其四周常伴有氣泡及夾雜，與被腐蝕的小孔共存，顏色灰暗。7）非金屬灰雜物﹙1﹚特征：酸浸試片上的夾雜指肉眼可見的耐火材料、爐渣、及其他非金屬夾雜物。夾雜物細小，可用 5——10 倍的放大鏡觀察。這些夾雜物通常稱為低倍夾雜，他們在試片上以鑲嵌形式存在，并保持其固有的各種顏色。最常見的有灰白、米黃和暗灰色幾種。夾雜在鋼中的分布沒有一定規(guī)律。當夾雜在表面附近時評皮下夾雜，夾雜物分布在整個酸浸試片檢驗面者，評斷面夾雜。在酸浸試片上有時只看到一些拉長了的不規(guī)則的空洞，經(jīng)證實是堿性夾雜物在酸浸中被侵蝕掉而形成的，這些空洞邊緣不整齊，呈海綿狀，往往成群出現(xiàn)。﹙2﹚產(chǎn)生原因：低倍夾雜主要是外來夾雜，來源有幾方面：（1）冶煉和澆注設備上剝落的耐火。在整個煉鋼和澆注過程，鋼液都接觸耐火材料。由于化學浸蝕和鋼液沖刷，把耐火材料顆粒帶到鋼液中；（2）爐渣。煉鋼過程中不能沒有渣。如果由于某些原因（例如鑄溫過低，渣的流動性不好） ，爐渣不能浮出液面，則造成夾雜；（3）鑄錠設備上的塵土。8）白點鍛軋的合金鋼中比較容易出現(xiàn)白點。它實際上是存在于鋼坯和大短劍內部的小裂紋，通常分布在鋼材接近于中心的部位。﹙1﹚特征：在橫向酸浸試片上表現(xiàn)為鋸齒狀裂紋，這些裂紋一般呈輻射狀或不規(guī)則地分布。在淬火或調質狀態(tài)的縱向斷口上，呈圓形銀亮色的粗晶狀斑點，斑點直徑一般在幾毫米以內，有時也可能幾十毫米。在縱向酸浸試片上輕微的白點一般呈平行于壓延方向成一定角度或垂直于壓延方向。在裂紋處取樣，在顯微鏡下觀察時，發(fā)現(xiàn)裂紋既有晶界的，也有穿晶的，在裂紋周圍沒有塑性變形，沒河北聯(lián)合大學輕工學院11有氧化脫碳和富集非金屬夾雜物。﹙2﹚產(chǎn)生原因：白點的形成原因有各種不同的說法，但大多數(shù)都認為是氫氣和組織應力共同作用下產(chǎn)生的。大致可以解釋如下：氫的冶煉和澆鑄過程中通過不同途徑進入鋼液。在鑄錠凝固過程中，氫在鋼中的溶解度隨溫度的下降而降低。由于過飽和而析出的氫有些來不及逸出鋼錠外，仍以原子狀態(tài)過飽和的固溶在鋼中，隨后部分擴散至鋼錠中的微隙等中去，結合成分子。當這種鋼錠進行鍛軋時，微隙將被焊合或壓縮，其中的氫將有一部分重新固溶于鋼中，使固溶體的氫含量增加一部分未固溶的分子氫，且由于體積壓縮而對周圍金屬施加較大的壓力，產(chǎn)生局部的內應力。這些鋼坯在冷卻過程中由奧氏體轉變?yōu)殍F素體和珠光體時氫的溶解度劇烈降低，使鋼中氫的過飽和度不斷增加。當冷卻過程緩慢時，氫有足夠的時間逐漸向外擴散，組織應力也很小，則不致產(chǎn)生白點。而當冷卻過程較快時氫來不及充分擴散逸出，大部分繼續(xù)以過飽和狀態(tài)溶于固溶體中。當溫度降到 200℃以下時，氫的擴散極慢，固溶體中析出的氫只能向附近的微隙中擠，并在微隙中結合成分子，與微隙壁上的碳化合成甲烷。這些氫和甲烷分子在較低溫度很難重新分解而進入固溶體中，只能被封閉在微隙中。由于從固溶體中析出的氫原子很快結合成分子，產(chǎn)生巨大的壓力。這種壓力和微隙附近的金屬因冷卻和相變及其他原因形成的應力總合，超過了金屬的強度，從而以微隙為核心，發(fā)生穿晶脆裂，形成白點。9）軸心晶間裂紋軸心晶間裂紋常出現(xiàn)在高鉻鋼和高合金的鎘鎳結構鋼中。﹙1﹚特征：在橫向酸浸試片的軸心部位，呈蜘蛛網(wǎng)狀或放射狀的細小裂紋。這些小裂紋由細小的孔洞排列形成。顯微鏡觀察時晶間裂紋處有較多的氧化物夾雜，經(jīng)硝酸酒精腐蝕后發(fā)現(xiàn)夾雜物沿晶界分布。在縱向斷口上軸心晶間裂紋處出現(xiàn)夾層。﹙2﹚產(chǎn)生原因：某些鋼對軸心晶間裂紋非常敏感，可能與鋼錠冷卻的收縮應力有很大關系。鋼錠冷凝后期，邊緣對中心部的拉應力很大，使中心富集氣體、夾雜的最后結晶部分沿脆弱的晶界形成裂紋。軸心晶間裂紋都出現(xiàn)在鋼錠中上部。鋼錠尾部沒出現(xiàn)過晶間裂紋。這說明夾雜和氣體是促使晶間裂紋形成的原因之一。澆注溫度過高也容易產(chǎn)生晶間裂紋。鋼錠中極細小的無氧化夾雜或夾雜很少的軸心第 1 章 文獻綜述12晶間裂紋，在熱加工鍛壓比足夠時可以焊合。軸心晶間裂紋在材料橫斷面心部位呈現(xiàn)放射狀的細小裂紋。 10）外來金屬夾雜物﹙1﹚特征：外來金屬稱金屬夾雜或異形金屬，是在酸浸試片上呈各種形狀的鑲在試樣面上的金屬塊。由于外來金屬大多數(shù)與基體化學成分不同，抗腐蝕能力也有差別，因此與基體有明顯的顏色區(qū)別。一般情況下，外來金屬與基體有明顯的界面，但有時候外來金屬塊較小，落入鋼液中時間較長，被鋼液熔化了一部分。這種狀態(tài)的外來金屬在試片上與基體的界面具有連續(xù)的過渡層。河北聯(lián)合大學輕工學院13第 2 章 研究內容及方案 課題來源唐山國豐鋼鐵有限公司成立于 1993 年，是一家集制氧、燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼為一體的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，具備年產(chǎn)鐵、鋼、材各 800 萬噸的綜合生產(chǎn)能力。為了進一步提高技術水平、增加品種、提高產(chǎn)品附加值、穩(wěn)定產(chǎn)品質量，河北聯(lián)合大學與國豐公司商定，廣泛進行技術合作，充分發(fā)揮學校和企業(yè)在理論研究、技術開發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)營等方面的各自優(yōu)勢，對國豐所冶煉的典型鋼種Q195 進行系統(tǒng)研究，明確國豐生產(chǎn)水平與國際、國內先進鋼廠相比所處的相對地位，以明了存在的差距和進一步提高的方向，并優(yōu)化工藝與設備參數(shù)，穩(wěn)定產(chǎn)品質量，保證生產(chǎn)順行。通過國豐 Q195 鋼研究，分析國豐鋼鐵公司生產(chǎn)的鋼種中非金屬夾雜物，氧氮含量及鋼的缺陷組織，通過中間包改造前后的對其的研究以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析，提出相應的改進措施和優(yōu)化方案。 研究內容和目的通過實驗研究，對國豐中間包改造前后生產(chǎn) Q195 鋼的鑄坯觀察，進行鋼中非金屬夾雜物的研究。了解氮氧在各工序中的變化，揭示氮氧對 Q195 鋼潔凈度的影響。認識 Q195 鑄坯低倍典型宏觀缺陷的形態(tài)和分布特征。對比中間包改造前后的數(shù)據(jù)，分析鋼坯質量是否提高。 研究方案 取樣1）取樣從國豐鋼廠取中間包改造前后的 Q195 鋼試樣，分不同的爐次進行取樣，便于實驗和研究。實驗選取 4 塊研究試樣，均為 3 流鑄坯，分別為：中間包改造前選取試樣編號為：22133,22223；中間包改造后選取試樣編號為：E129613,E231203。2）制樣（1）氧氮樣在實驗室用線切割機在從國豐所取試樣中切出一個 555mm 的正方體氧氮樣，要求切出氧氮樣不能有表面缺陷，然后把試樣在砂紙上打磨，去除表面第 3 章 實驗結果分析14的氧化層和銹等雜質，然后稍拋一下，最后用無水酒精來洗凈并吹干。要求處理完后就馬上進行氧氮分析。（2）大樣電解樣在所取的鑄坯樣上首先加工成 1506015mm 的大樣電解樣，然后對切好的試樣進行打磨、去銹等處理后，在試樣的頂端焊接一個螺母，便于實驗吊掛。電解前必須經(jīng)過再次去銹處理、干燥。（3）金相樣鑄坯金相樣在鑄坯厚度方向沿內弧到外弧方向均勻切取 8 個 101010 的金相試樣，編號分別為 68。如圖 21 所示。圖 21 鑄坯金相樣加工方案對所有金相試樣進行粗磨，細磨（依次