【文章內(nèi)容簡介】 制。 （ 1） 轉(zhuǎn)爐冶煉的控制 在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，盡量減少 補(bǔ)吹 ，要嚴(yán)格控制 下渣量 ，以 降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)的氧含量 ；對 轉(zhuǎn)爐 冶煉完的 渣 子中，應(yīng)適當(dāng)提高其 MgO 含量和 渣的 堿度 ，并且保證 減少下渣 ；在轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格 采取出鋼擋 渣制度 和爐渣 變 性 處理；在 轉(zhuǎn)爐出鋼過程中 應(yīng)進(jìn)行 渣洗脫硫， 這樣可 降低鋼水硫含量 ，從而 抑制硫化物夾雜 得形成而污染鋼水； 利用渣洗過程中液態(tài)高堿度脫硫熔渣與鋼水重度差，促使熔渣在與鋼水充分接觸的同時(shí) ， 從鋼水內(nèi)部不同層面 上 不斷上浮析出形成脫氧及脫硫產(chǎn)物，為后續(xù)鋼水的鈣處理創(chuàng)造條件，促進(jìn)鋼中夾雜物 變 性 。 （ 2） 精煉過程可采取的夾雜物控制 利用真空吹氬攪拌來有效去除鋼中夾雜物；在精煉過程中，加入粉劑來去除鋼中有害雜質(zhì)；對鋼液中夾雜物要進(jìn)行必要的變性處理；在造渣方面，應(yīng)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(jié)構(gòu)及設(shè)置內(nèi)部擋墻的方法來保證鋼液在中間包內(nèi)有足夠的停留時(shí)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(hù)澆注，來減少鋼液暴露在大氣中而使鋼液得到污染；在開澆 第 1 章 文獻(xiàn)綜述 8 前，應(yīng)通過氬氣（或氮?dú)猓χ邪鼉?nèi)部進(jìn)行清掃，以防止鋼液的二次氧化；中間包內(nèi)襯使用的耐火材料質(zhì)量應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定較好，及時(shí)更換中包；通過中包底部吹氬氣來進(jìn)一步促使夾雜物上?。皇褂玫闹虚g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(xué)成分及雜質(zhì)的不均勻分布現(xiàn)象（通常也稱液析）。在鋼錠結(jié)晶過程中出現(xiàn)有區(qū)域偏 析，晶內(nèi)偏析、晶間偏析等。低倍檢驗(yàn)所涉及的偏析是區(qū)域偏析，如方框形偏析、點(diǎn)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(shí)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(dāng)偏析以合金元素為主時(shí)，方框形與基體主要是顏色上的差別；而當(dāng)偏析主要是以低熔點(diǎn)雜質(zhì)硫、磷、碳為主時(shí)，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(jié)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(shí)也可出現(xiàn)幾層方框。 ﹙ 2﹚產(chǎn)生原因： 方框偏析是鋼錠結(jié)晶過程的產(chǎn)物。因?yàn)榇蠖鄶?shù)鋼錠是方形，所以偏析區(qū)呈方框形。在鋼錠結(jié)晶過程中，由于柱狀晶的成長把低熔點(diǎn)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(zhì)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(diǎn)和細(xì)小的孔隙，可分布在試樣檢驗(yàn)面的各部位。暗色小點(diǎn)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(jié)晶過程中，液態(tài)冷凝而成固態(tài)時(shí)，形成樹枝狀晶體。由于選分結(jié)晶的結(jié)果，樹枝狀晶的成長逐漸把偏析組元、氣體、河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 9 雜質(zhì)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(jié)合，隨后冷凝收縮時(shí)便形成了富集雜質(zhì)氣體的一些微小區(qū)域或小孔隙。 熱酸浸時(shí)，這些區(qū)域不耐腐蝕，因而顯示出黑色小點(diǎn)或孔隙。 3)中心疏松 ﹙ 1﹚ 特征： 在橫向酸浸試片上，相當(dāng)于鋼錠軸心部位組織不致密，呈暗黑色海綿狀的小點(diǎn)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(shí)得不到補(bǔ)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(jié)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(bǔ)充，最后凝固時(shí)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(diǎn)雜質(zhì)，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(diǎn)。 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(diǎn)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(yán)重，在粗大的等軸晶之間留下許多細(xì)小孔隙，并富集大量夾雜?？紫额伾话爿^深。在縱向斷口上相應(yīng)于縮孔部位出現(xiàn)夾層。殘余縮孔嚴(yán)重時(shí) ，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： 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(shí)保證適當(dāng)?shù)那蓄^率，可將鋼錠的縮孔部分切除。但是，當(dāng)縮孔在鋼錠中延伸很深或切頭掌握不好時(shí)，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(nèi)壁光滑的小裂 第 1 章 文獻(xiàn)綜述 10 紋。皮下氣泡分布在鋼錠表面下一定深度處，有的深達(dá)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(nèi)的區(qū)域，但經(jīng)常是距表皮幾毫米的區(qū)域最多。有時(shí)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(nèi)壁鐵銹末刷凈，涂料水分高或未涂均勻等。 采用上鑄法時(shí)，操作不當(dāng)造成鋼水飛濺也能引起皮下氣泡。因?yàn)轱w濺的鋼液在模壁上被空氣氧化，當(dāng)鋼液上升，與黏在模壁上的氧化鐵接觸時(shí)，鋼液中的碳與氧化鐵皮發(fā)生反應(yīng)，生成一氧化碳?xì)馀荩荒芗皶r(shí)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(xì)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(shí)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(dāng)于鋼錠上部的鋼材上?；野咨姆な怯捎谘趸撎嫉慕Y(jié)果，而在保護(hù)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(yán)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(dāng)鑄速忽然增大時(shí)，涌入模內(nèi)的鋼水沖破氧化層和富陽夾雜的液面結(jié)膜，使結(jié)膜卷入鋼中。 模壁不光滑，阻礙鋼水上升，易使液面結(jié)膜局部破裂。 鑄溫偏低，液面結(jié)膜太厚，使鋼水上升受到阻礙，因而引起局部結(jié)膜破裂。 冒口結(jié)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(xì)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(xì)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，他們河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 11 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(dāng)夾雜在表面附近時(shí)評皮下夾雜，夾雜物分布在整個酸浸試片檢驗(yàn)面者，評斷面夾雜。 在酸浸試片上有時(shí)只看到一些拉長了的不規(guī)則的空洞，經(jīng)證實(shí)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(shè)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(xué)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(shè)備上的塵土。 8） 白點(diǎn) 鍛軋的合金鋼中比較容易出現(xiàn)白點(diǎn)。它實(shí)際上是存在于鋼坯和大短劍內(nèi)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(diào)質(zhì)狀態(tài)的縱向斷口上，呈圓形銀亮色的粗晶狀斑點(diǎn)，斑點(diǎn)直徑一般在幾毫米以內(nèi)，有時(shí)也可能幾十毫米。在縱向酸浸試片上輕微的白點(diǎn)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(shí)，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，沒有氧化脫碳和富集非金屬夾雜物。 ﹙ 2﹚ 產(chǎn)生原因： 白點(diǎn)的形成原因有各種不同的說法，但大多數(shù)都認(rèn)為是氫氣和組織應(yīng)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(jìn)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?jǐn)U散至鋼錠中的微隙等中去，結(jié)合成分子。當(dāng)這種鋼錠進(jìn)行鍛軋時(shí)，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(nèi)應(yīng)力。這些鋼坯在冷卻過程中由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和珠光體時(shí)氫的溶解度劇烈降低，使鋼中氫的過飽和度不斷增加。當(dāng)冷卻過程緩慢時(shí)，氫有足夠的時(shí)間逐漸向外擴(kuò)散，組織應(yīng)力也很小，則不致產(chǎn)生白點(diǎn)。而當(dāng)冷卻過程較快時(shí)氫來不及充分?jǐn)U散逸出，大部分繼續(xù)以過飽和狀態(tài)溶于固溶體中。當(dāng)溫度降到 200℃以下時(shí)，氫的擴(kuò)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(jié)合成分 第 1 章 文獻(xiàn)綜述 12 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(jìn)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(jié)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(yīng)力總合，超過了金屬的強(qiáng)度，從而以微隙為核心，發(fā)生穿晶脆裂，形成白點(diǎn)。 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(jié)構(gòu)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(xì)小裂紋。這些小裂紋由細(xì)小的孔洞排列形成。顯微鏡觀察時(shí)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(yīng)力有很大關(guān)系。鋼錠冷凝后期，邊緣對中心部的拉應(yīng)力很大，使中心富集氣體、夾雜的最后結(jié)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(xì)小的無氧化夾雜或夾雜很少的軸心晶間裂紋，在熱加工鍛壓比足夠時(shí)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(xì)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(xué)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(shí)候外來金屬塊較小，落入鋼液中時(shí)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(xué)輕工學(xué)院 13 第 2 章 研究內(nèi)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(jié)、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(jìn)一步提高技術(shù)水平、增加品種、提高產(chǎn)品附加值、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，河北聯(lián)合大學(xué)與國豐公司商定，廣泛進(jìn)行技術(shù)合作，充分發(fā)揮學(xué)校和企業(yè)在理論研究、技術(shù)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(jìn)行系統(tǒng)研究，明確國豐生產(chǎn)水平與國際、國內(nèi)先進(jìn)鋼廠相比所處的相對地位，以明了存在的差距和進(jìn)一步提高的方向，并優(yōu)化工藝與設(shè)備參數(shù)，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)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(yīng)的改進(jìn)措施 和優(yōu)化方案。 研究 內(nèi)容和 目的 通過實(shí)驗(yàn)研究， 對 國豐中間包改造前后生產(chǎn) Q195 鋼的鑄坯觀察，進(jìn)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(rèn)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(zhì)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(jìn)行取樣，便于實(shí)驗(yàn)和