【正文】 3 4 山東大學(xué)學(xué)士論文 24 φ 95 5 6 7 8 9 10 φ 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 φ 105 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 山東大學(xué)學(xué)士論文 25 φ 110 4 5 6 7 8 9 10 由此數(shù)據(jù)可以得到，本次研究所得的試樣， A類夾雜物即硫化物的含量不多，評級一般在 ，也就是說在工廠實踐中，硫化物基本得到控制。 根據(jù) 45 鋼的生產(chǎn)工藝，推斷 DS 類夾雜物一般有可能是在脫氧過程中聚集形成的大顆粒夾雜物，也有可能是在連鑄過程中，卷 渣形成的夾雜物。按照國標(biāo)規(guī)定，單顆粒夾雜物應(yīng)滿足以下條件：圓形或近似圓形，直徑≥ 13μ m的單顆粒夾雜物。具體來說，裸露的鋼液被大氣氧化或被其它材料氧化生成的二次氧化產(chǎn)物，原因主要是大包吹氬長水口加持不正、浸入式水口加持時不正以及吹氧擴大渣口等造成大包和中間包鋼水裸露，即連鑄保護澆鑄不到位；此外，中間包渣層太厚，容易掛鋼，在澆鑄過程中大包鋼流周圍渣口逐漸縮小，需吹氧擴大渣口，容易造成中間包鋼水二次氧化。 根據(jù) 45 鋼的生產(chǎn)工藝流程判斷，其來源可能是一是脫氧產(chǎn)物未及時脫除或保護澆注不到位導(dǎo)致的二次氧化產(chǎn)物，主要為 SiO MnO 等。 （ 4） D 類夾雜物：球狀氧化物 山東大學(xué)學(xué)士論文 20 圖 34球狀氧化物類夾雜物 圖 34 所示的是 45 鋼中的球狀氧化物類夾雜物，之所以這樣判斷是因為照片中夾雜物滿足如下特征：不變形，帶角或圓形的，形態(tài)比?。ㄒ话?3），黑色或帶藍(lán)色的，無規(guī)則分布的顆粒。 根據(jù)所研究 45鋼的生產(chǎn)工藝，硅酸鹽夾雜一般是由耐火材料、爐渣等在冶金、出鋼、澆注過程中進入鋼液中來不及上浮而滯留在鋼中的外來夾雜物，一般尺寸比較大，外形不規(guī)則，分布無規(guī)律。四幅圖中的硅酸鹽夾雜物沿軋制方向拉長成條狀，顏色為深灰黑色。 根據(jù)所研究的 45 鋼的生產(chǎn)工藝，其 特?zé)挷捎霉?、錳、鈣脫氧，而不是傳統(tǒng)的用鋁脫氧，因此其來源可判斷為鋁碳質(zhì)浸入式水口和結(jié)晶器保護渣。 d 圖中的氧化物夾雜 是 熔煉過程中與外界物質(zhì)接觸發(fā)生作用產(chǎn)生的 外 來粗 夾雜，其特征是外形不規(guī)則，尺寸比較大，分布也沒有規(guī)律。 （ 2） B 類夾雜物：氧化鋁 圖 32氧化鋁類夾雜 圖 32 所示的是 45 鋼中的氧化鋁類夾雜物，其具備氧化鋁類夾雜物的特征：大多數(shù)沒有變形，帶角的，形態(tài)比?。ㄒ话?3） ,黑色或帶藍(lán)色顆粒，沿軋制方向排成一行（至少有 3 個顆粒）。由于電山東大學(xué)學(xué)士論文 18 爐工藝 和轉(zhuǎn)爐工藝流程粗煉鋼水均要經(jīng)過 LF 爐精煉，硫含量控制有保證。 硫在固態(tài)用中的溶解度比在鋼水中要小得多。 對于 A 類夾雜物來說，參照 45 鋼的生產(chǎn)流程，知鋼中的硫化物夾雜屬于內(nèi)生夾雜物，顆粒較細(xì)小，沿晶界分布。 山東大學(xué)學(xué)士論文 17 第三章 實驗結(jié)果及分析 典型非金屬夾雜物的類型和形態(tài) 運用金相顯微鏡觀察分析得到的夾雜物如下： （ 1） A 類夾雜物：硫化物 圖 31硫化物夾雜 圖 31 顯示了 45 鋼中的硫化物，四幅圖中的硫化物夾雜沿 軋制方向拉長成紡錘狀或條狀，顏色為淺灰色。 在本實驗中所用的樣品材料為 45 鋼，因此不必作導(dǎo)電處理，可直接進行觀察。分析方法具體包括點分析、線分析和面分析 [27]，從而可以得到 樣品中不同元素的含量。 表 22 評級界限（最小值） 評級圖級別 i 夾雜物類別 A 總長度 um B 總長度 um C 總長度 um D 數(shù)量 個 DS 直徑 um 37 17 18 1 13 1 127 77 76 4 19 261 184 176 9 27 山東大學(xué)學(xué)士論文 16 2 436 343 320 16 38 640 555 510 25 53 3 898 （＜ 1181） 822 （＜ 1147） 746 （＜ 1029） 36 （＜ 48） 76 （＜ 107） 注：以上Ａ、Ｂ和Ｃ類夾雜物的總長度是按附錄Ｄ給出的公式計算的，并取最近的整數(shù)。 每類夾雜物有根據(jù)非金屬夾雜物顆粒寬度的不同而分成兩個系列，每個系列由表示夾雜物含量遞增的六級圖片組成。當(dāng)采用圖像分析法時，各視場應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)給出的關(guān)系曲線評定。（如圖 26 所示，下圖為標(biāo)準(zhǔn)圖譜中單顆粒球狀類夾雜物夾雜物形態(tài)） 山東大學(xué)學(xué)士論文 15 圖 26 單顆粒球狀類 非金屬夾雜物的類型判定及評級方法 進行夾雜物評級時，操作過程如下：對于某試樣 A，置于金相顯微鏡下，選取沒有劃痕的清晰視場，拍照，按國標(biāo)規(guī)定進行夾雜物的評級，記錄，然后移動試樣，換到另一視野下，選取沒有劃痕的清晰位置拍照，按國 標(biāo)進行夾雜物評級，像這樣，對同一塊試樣進行評級 5 次，然后取 5 次試樣評級的平均值，得到該試樣的夾雜物評級。） 圖 22硫化物類 B 類（氧化鋁類）：大多數(shù)沒有變形，帶角的，形態(tài)比?。ㄒ话?３），黑色或帶藍(lán)色的顆粒，沿軋制方向排成一行（至少有三個顆粒）；（如圖 23 所示，左邊的圖是標(biāo)準(zhǔn)圖譜中氧化鋁形狀，右邊為實物夾雜。 附：根據(jù)夾雜物的形態(tài)和分布，標(biāo)準(zhǔn)圖譜為 A、 B、 C、 D 和 DS 五大類。）規(guī)定按照其形態(tài)初步確定它們的種類。 B 法是檢驗整個拋光面，將試樣每一視場同標(biāo)準(zhǔn)圖片相對比，每類夾雜物按細(xì)系和粗系記下與檢驗視場相符合的標(biāo)準(zhǔn)圖片的級別數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)圖片旁邊所示的級別數(shù)）。 拋光面 山東大學(xué)學(xué)士論文 13 實驗方法 夾雜物的觀察方法 按照國標(biāo)規(guī)定，實際檢測方法有 A 法和 B 法。 ③在超聲波清洗機中對斷口試樣用丙酮進行清洗。 后續(xù)步驟： ①在線切割機上將沖擊標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷口切下，切取長度為 10mm。只有制備 出這樣的金相試樣 ， 才能準(zhǔn)確地測定夾雜物的光學(xué)性質(zhì)。 圖 21 拋光面的取樣方法 試樣制備的好壞 ， 直接影響夾雜物的鑒別工作 ， 如果利用普通金相試樣的制備方法 ， 可能引起大量的夾雜物剝落 ， 或造成嚴(yán)重的 “ 拖尾 ” 現(xiàn)象和相界不清 ，對于準(zhǔn)確地觀察夾雜物的分布、大小和形狀均受到很大的干擾。 本實驗的試樣分別取自 65mm、 70mm、 75mm、 80mm、 85mm、 90mm、 95mm、100mm、 110mm 直徑的鋼棒，直徑均大于 40mm，因此其檢驗面為鋼材外表面山東大學(xué)學(xué)士論文 12 到中心的中間位置的部分徑向截面。用于測量夾雜物含量試樣的拋光面面積應(yīng)約為 200mm2（ 20mm*10mm），并平行于鋼材縱軸，位于鋼材外表面到中心的中間位置。 試樣制備 金相試樣的制備 夾雜物的形態(tài)在很大程度上取決于鋼材壓縮變形程度，因此，只有在經(jīng)過相似程度變形的試樣坯制備的截面上才可能進行測量結(jié)果的比較。 山東大學(xué)學(xué)士論文 11 第二章 實驗方法及內(nèi)容 實驗材料及設(shè)備 本實驗所用的材料是來自某鋼鐵集團的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 (45 優(yōu) 質(zhì)碳素?zé)彳垐A鋼 )，直徑分別為 65mm、 70mm、 75mm、 80mm、 85mm、 90mm、 95mm、 100mm、110mm。由于運用金相顯微鏡觀察確定夾雜物種類存在一定的偏差（設(shè)備和人為的），因此，通過掃描電鏡觀察拉伸和沖擊試樣的斷口來進一步確定可能存在的夾雜物。 課題研究內(nèi)容 本研究的主要內(nèi)容是從工廠生產(chǎn)的 45 優(yōu)質(zhì)熱軋圓鋼上獲取樣品，通過磨制、拋光及拉伸和沖擊處理后，分別進行金相顯微鏡和掃描電鏡觀察。移 位鑒定分析可以避免基體對分析的干擾；但處理不當(dāng)時，會損害夾雜物形貌。夾雜物的移位鑒定彌補了這方面的不足。 （ 2） 另一類鑒定方法是移位檢查鑒定。近些年來隨著 X 光顯微鏡分析技術(shù)的發(fā)展，使微觀在位分析產(chǎn)生了飛躍。 人們根據(jù)這些特征來推斷夾雜物的類型和組成。 微觀在位檢查是用顯微鏡鑒定鋼中的缺陷或夾雜物。但是宏觀在位檢查往往不能確定夾雜物的類型和組成。這些方法可以確定夾雜物（或缺陷）在鋼材或工件中的位置、尺寸和分布。在位鑒定檢查是在夾雜物和鋼的基體不分離的情況下進行檢查，它可分為宏觀在位 檢查和微觀在位檢查。 歸納 一下， 夾雜物鑒定技術(shù)，可分為兩類。過去常用在硫酸鹽溶液中電解，得到夾雜物和陽級泥，用酸把碳化物溶解，然后用化學(xué)方法分析夾雜物成分 SiO CaO、 A12O MnO、 Fe2O3及 MgO 等。但 X 射線法效果與 X 線硬度、透射時間、焦距、底片質(zhì)量、試樣厚度和加工質(zhì)量等是相關(guān)的。采用 X 光透射法可以大面積大批量檢查，發(fā)現(xiàn)鋼中大型夾 雜物數(shù)量和夾雜物分布。 A12O3 以及復(fù)合氧化物夾雜物表面都富集一層硫化物，用硫印法在相紙上可顯示出黑色的不同形態(tài)和斑點，即可判定為宏觀夾雜物。利用硫印圖來評估鋼中夾雜物用硫印法評定鋼中宏觀夾雜物的原理是：連鑄坯存在 A12O MnO （ 2）硫印法是在煉鋼廠，每個澆次 按規(guī)定在線切取鑄坯橫斷面試樣，按國家山東大學(xué)學(xué)士論文 9 標(biāo)準(zhǔn) (GB423684)做硫印檢驗。 [10]這種方法廣泛用于對給定用途鋼適應(yīng)性的評估。 （ 1） 金相法是有國家標(biāo)準(zhǔn)評級圖，用于軋材或鑄坯中夾雜物評級。 夾雜物的鑒定方法 鑒定夾雜物的方法有：金相法、巖相法、 X 射線粉末衍射法以及采用電子探針、透射電鏡、掃描電鏡等技術(shù)對夾雜物作定性鑒定和夾雜物定量分析 [8]，此外，還可用電解分離與化學(xué)分析方法。 Al2O CaO在出鋼 ,澆鑄過程中鋼流與空氣接觸 ,空氣中的氮在鋼中溶解使氮化物的數(shù)量顯著增加。由于低熔點的 FeS 易形成“熱脆”，所以一般均要求鋼中要含有一定量的 Mn，使 S 與 Mn形成熔點較高的 MnS 而消除 FeS 的危害。這類夾雜物在鋼的凝固過程中，由于冷卻速度較快，某些液態(tài)的硅酸鹽來不及結(jié)晶，其全部或部分以玻璃態(tài)的形式保存于鋼中； ，如 FeS、 MnS、（ MnS SiO2(錳硅酸鹽 )、 CaO這類夾雜物有 2FeO [30]復(fù)雜氧化物，包括尖晶石類夾雜物和 各種鈣的鋁酸鹽等。 Al2O3 在鋼中常常以球形聚集呈葡萄狀。 [6] （ 3）按夾雜物的組成： [18]，簡單氧化物有 FeO、 Fe2O MnO、 SiOAl2O MgO、 Cu2O 等。另外，有時因冶煉操作的疏忽使耐火磚產(chǎn)生裂紋，受熱沖擊而脫落下來，與其他各類氧化物形成的產(chǎn)物，稱為外來夾雜物； 一些夾雜物是外來和內(nèi)生相結(jié)合形成的。這些從鋼中分離出來所形成的產(chǎn)物，都稱為內(nèi)生夾雜物； ：又稱外在夾雜物或偶然夾雜物。這些夾雜物大部分都在鋼液凝固前浮出，但是 還有極少部分仍殘留在鋼中。 5．結(jié)晶器液面波動 如果中間包塞棒開閉和拉速調(diào)整是由人工控制，結(jié)晶器有時液面波動較大，并且前一時期浸入式水口側(cè)孔角度偏小，插入深度經(jīng)常變化以改變水口渣線的位置，都加劇了結(jié)晶器液面的波動，保護渣被鋼流沖至水口到 側(cè)弧板 1／ 2的位置聚集，并被鋼流卷入鋼水中，而結(jié)晶器面上下波動最易造成鑄坯彎月面處初生坯殼皮下裹渣。 4．中間包污染 澆注過程中，上下爐鋼水連接時，往往由于生產(chǎn)組織或其它方面的原因，造成連接不好，下爐鋼水不能及時再澆，中間包液面過低，上層的渣子隨水口渦旋進入結(jié)晶器。還有澆注過程中用氧氣燒高壓保護箱內(nèi)壁上的鋼瘤等時形成的氧化物極易進入結(jié)晶器凝入坯殼。另外，澆注后期涂料侵蝕透后，中間包打結(jié)料侵蝕進入鋼水也造成污染。 2．鋼包、中問包包襯侵蝕物 在生產(chǎn)過程中如果鋼包包襯侵蝕物進入鋼水，尤其是 LF精煉爐升溫時對鋼包上部打結(jié)料的侵蝕嚴(yán)重，會造成包襯侵蝕污染鋼水。 可能出現(xiàn)夾雜物的環(huán)節(jié) 根據(jù)煉鋼鑄鋼和軋鋼的過程可知，可能產(chǎn)生夾雜物的環(huán)節(jié)如下： 山東大學(xué)學(xué)士論文 6 1．轉(zhuǎn)爐出鋼下渣 擋渣出鋼效果相對較差，出鋼時帶入鋼包中的爐渣較