【正文】 規(guī)則地分布。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。 ﹙ 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。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。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(duì)周圍金屬施加較大的壓力，產(chǎn)生局部的內(nèi)應(yīng)力。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)。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。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。 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。這些小裂紋由細(xì)小的孔洞排列形成。在縱向斷口上軸心晶間裂紋處出現(xiàn)夾層。鋼錠冷凝后期，邊緣對(duì)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。鋼錠尾部沒出現(xiàn)過晶間裂紋。澆注溫度過高也容易產(chǎn)生晶間裂紋。 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。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。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。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(duì)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(duì)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。 研究 內(nèi)容和 目的 通過實(shí)驗(yàn)研究， 對(duì) 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。 認(rèn)識(shí) Q195 鑄坯低倍典型宏觀缺陷的形態(tài)和分布特征。 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)和研究。 2） 制樣 （ 1） 氧氮樣 在實(shí)驗(yàn)室用線切割機(jī)在從 國豐 所取試樣中切出一個(gè) 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，去除表面的氧 第 3 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 14 化層和銹等雜質(zhì)，然后稍拋一下，最后用無水酒精來洗凈并吹干。 （ 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(duì)切好的試樣進(jìn)行打磨、去銹等處理后，在試樣的頂端焊接 一個(gè)螺母，便于實(shí)驗(yàn)吊掛。 （ 3） 金相樣 鑄坯金相樣在鑄坯厚度方向沿內(nèi)弧到外弧方向均勻切取 8 個(gè) 101010 的金相試樣，編號(hào)分別為 6 、 8。 圖 21 鑄坯金相樣加工方案 對(duì)所有金相試樣進(jìn)行粗磨，細(xì)磨（依次使用 240， 320， 480， 600， 800， 1000，1200 號(hào)砂紙） 和拋光（粗拋和細(xì)拋），使觀察面光亮如鏡沒有劃痕；然后將拋好的試樣用水沖洗，再用無水乙醇擦拭、烘干，最后在顯微鏡下觀察非金屬夾雜物。 （ 4）低倍試樣 本實(shí)驗(yàn)取樣時(shí)采用冷鋸切割方法。使用刨床或銑床把檢驗(yàn)面刨（銑）平，然后，用磨床磨光，檢驗(yàn)面的粗糙度 Ra≤ ，不許有磨痕。每個(gè)試樣都會(huì)得出一組河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 15 氧氮含量的數(shù)據(jù)，最后把數(shù)據(jù) 記錄下來即可 。在電場的作用下，鐵在陰極上形成沉淀，夾雜物由于是非導(dǎo)體化合物，以不溶性殘?jiān)问搅舸嬖陉枠O泥中，最后經(jīng)過人為分離可得到夾雜物。需要注意的一點(diǎn)是在電解前對(duì)試樣再次去銹處理、干燥、稱重以準(zhǔn)備電解。7H2O 為 2020g、 ZnCl2 為 500g、 檸檬酸為 100g 和濃鹽酸 100ml配制成溶液并充分混勻后放入電解槽內(nèi)。 其電 解設(shè)備如圖 24 所示。 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 17 （ 5） 淘洗分離夾雜物 淘洗保留了粒徑大于 50μm的大型夾雜物而把粒徑小于 10μm的碳化物分離出去。 （ 6） 夾雜物的破碎 利用超聲波清洗機(jī)將粒度較大的夾雜物破碎后再次洗滌以達(dá)到進(jìn)一步分離大型夾雜的目的。 （ 8） 夾雜物的挑選 在顯微鏡下將表面皿中的大型夾雜物挑除去鐵等雜質(zhì)。單位是克精確到小數(shù)點(diǎn)后 4 位。制成鋼樣如圖 26 所示。 測定 夾雜物的數(shù)量和大小 用金相光學(xué)顯微鏡在 500倍的情況下對(duì)小樣進(jìn)行觀察，平均每個(gè)試樣選 100個(gè)視場，利用測微目鏡分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)視場中粒徑 0～ 、 ～ 、～ 、 ≥ 。 夾雜物統(tǒng)計(jì)方法有： （ 1） 直線法 對(duì)所有金相試樣進(jìn)行粗磨，細(xì)磨（ 8 道砂紙）和拋光后在 500 倍奧地利 Mef－ 3 萬能金相顯微鏡下進(jìn)行連續(xù)觀察 100 個(gè)視場，主要統(tǒng)計(jì)各階段夾雜物的數(shù)量，類型及尺寸分布情況，按尺寸大小分為三級(jí) 0~5?m， 5~10?m， 10~20?m。 各級(jí)夾雜的平均直徑分別為 、 、 15?m。將每組試樣中取任一坯殼處為第一塊，將每一塊等分為 4 分，每等分處劃一條線，方向與坯殼平行，然后在中心畫一條與坯殼垂直的線，這樣形成了一系列的交叉點(diǎn)，對(duì)交叉處的夾雜物進(jìn)行分析、鑒定。數(shù)出落在網(wǎng)格交叉點(diǎn)上的組織夾雜物的個(gè)數(shù)（網(wǎng)格總數(shù)為1010=100） 。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況（ 2）可轉(zhuǎn)化為公式： )501010/(39。L — 所觀察 50 個(gè)視場夾雜物的總量。 熱酸蝕低倍檢驗(yàn)方法使用的 是 1： 1（體積比）工業(yè)鹽酸水溶液，加熱到 60℃~80℃ ，試樣浸泡時(shí)間為 10~40min 左右。酸蝕后試樣的檢驗(yàn)面必須用堿水和熱水沖刷干凈，然后用吹風(fēng)機(jī)烘干。 第 3 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 20 第 3 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 T[O]、 T[N]含量的研究 在固態(tài)情況下，鋼中的氧通常多數(shù)以氧化物形態(tài)而存在，并且由于顆粒較大的夾雜物比顆粒較小的夾雜物更容易被去除，這樣鋼中夾雜物的尺寸隨 T[O]含量降低而減小。 一般情況下 ，鋼水中的氧以自由氧和結(jié)合氧兩種形式存在。所以，鋼中 T[O]的表達(dá)方式為： T[O]＝ [O]溶＋ [O]夾雜中。 改造前 3 流鑄坯樣全氧的最大值為 ， 最小值為 ，平均值為 ，改造后 3 流全氧的最大值為 ， 最小值為 ，平均值為 ，比改造前全氧含量降低 。 第 3 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 22 中間包改造前后氮含量分析 中間包改造前后 3 流氮含量變化如圖 3 35 所示： 28303234363840424446改造后 N含量/ppm改造前3 6 . 8 54 1 . 3 8 圖 34 中間包改造前后 1 流氮含量3035404550 改造后N含量/ppm改造前3 6 . 3 84 0 . 8 3 圖 35 中間包改造前后 3 流氮含量 由圖 3 35 可知， 改造前 1 流鑄坯樣氮的最大值為 42ppm， 最小值為， 平均值為 ，改造后 1 流氮的最大值為 ， 最小值為河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 23 ，平均值為 ， 比改造前氮含量升高 。 010203040 改造后N含量/ppm42 . 03改造前36 . 61 圖 36 中間包改造前后鑄 坯中 平均氮含量 由圖 36 可知，中間包改造前鑄坯樣中平均氮含量為 ， 中間包改造后鑄坯樣中平均氮含量為 ， 相比改造前升高了 ， 表明鋼液發(fā)生二次氧化。夾雜物類型主要是SiO2Al2O3MgOCaO 復(fù)合夾雜、 SiO2CaOMgO 夾雜、 SiO2 夾雜，以及少量CaSTiO2夾雜，分別占夾雜物總量的 %、 %、 %、 %。 Ca 含量為 %～ %。由此可知，鋼液在澆鑄過程中，中間包、鋼包等耐材侵蝕嚴(yán)重，且結(jié)晶器存 在嚴(yán)重的卷渣現(xiàn)象，與鋼液中的氧化物發(fā)生碰撞，形成一系列復(fù)合夾雜。改造后夾雜物類型主要是 SiO2Al2O3MgOCaO復(fù)合夾雜、SiO2夾雜和 CaS 夾雜，以及少量 SiO2CaO 夾雜，分別占總夾雜物含量的 %、%、 %、 %。 Ca 含量為 %～ %。其形貌及能譜如圖 3131 314 和表 3 3 36 所示： 第 3 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 26 圖 312 SiO2CaO 復(fù)合夾雜形貌及能譜 表 34 SiO2 CaO 復(fù)合夾雜成分表 成分 C O Na Mg Al Si S Ca Fe 含量 圖 313 SiO2夾雜形貌及能譜 表 35 SiO2夾雜成分表 成分 C O Na Si Fe 含量 圖 314 CaS 夾雜形貌及能譜 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 27 表 36 CaS 夾雜成分表 成分 C O Na Mg S Cl K Ca Fe 含量 3） 改造前后大型夾雜物形貌及成分對(duì)比分析 鑄坯內(nèi)大型夾雜物主要成分為鈣鋁酸鹽和硅鈣酸鹽復(fù)合夾雜，此 外均含有SiO2夾雜和少的 CaSTiO2夾雜，其量如表 37 所示： 表 37 改造前后鋼中大型夾雜物成分對(duì)比（ %） 夾雜物類型 SiO2Al2O3MgOCaO 復(fù)合夾雜 SiO2CaOMgO 夾雜 SiO2夾雜 CaS 夾雜 CaSTiO2 夾雜 改造前 改造后 改造前后大型夾雜物含量分析 22133 22223 E129613 E1396230500100015002020鑄坯中大型夾雜物含量(mg/10kg) 圖 315 各爐次鑄坯中大型夾雜物含量 由 圖 315 可知， 22133 爐次 鑄坯中大型夾雜物含量為 ， 22223爐次鑄坯 中大型夾雜物含量為 ， E129613 爐次 鑄坯中大型夾雜物含量為 ， E129623 爐次 鑄坯中大型夾雜物含量為 。 第 3 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 28 改造前 改造后05101520253035改造前后鑄坯中大型夾雜物的含量（mg/Kg） 圖 316 中包改造前后鑄坯中 大型夾雜物平均含量 由圖 316 可知，改造前 鑄坯中大型夾雜物 平均 含量為 ， 改造后鑄坯 中大型夾雜物 平均 含量為 ， 改造后比改造前降低了 %。 改造后鑄坯中各級(jí)夾雜物分別占 44%、39%、 17%。 中間包改造前后 顯微夾雜物分析 中間包改造前后顯微夾雜物形貌劑成分分析 中間包改造前后鑄坯顯微夾雜物主要為球形 SiO2CaOMnO 夾雜、SiO2Al2O3MnO 夾雜 、 SiO2夾雜、 Al2O3夾雜，部分夾雜物含有 MnS 夾雜，改 第 3 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 30 造前夾雜物分別占總夾雜物含量的 %、 %、 %、 少量 Al2O3夾雜，改造后夾雜物分別占總夾雜物含量的 43%、 %、 %、 29%。鑄坯中顯微夾雜物平均含量為 個(gè) /mm2。鑄坯中顯微夾雜物平均含量為 個(gè) /mm2。 鑄坯中顯微夾雜物平均含量為 個(gè) /mm2。 鑄坯中顯微夾雜物平均含量為 個(gè) /mm2。 鑄坯的內(nèi)部組織分析 檢驗(yàn)室經(jīng)常用熱酸低倍檢驗(yàn)方法來檢驗(yàn)鋼的內(nèi)部質(zhì)量，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定鋼的內(nèi)部缺陷級(jí)別，判斷鋼的質(zhì)量優(yōu)劣。 本實(shí)驗(yàn)主要以鑄坯的中心質(zhì)量為研究對(duì)象。 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 35 (a) (b) (c) (d) 第 3 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 36 圖 329 中間包改造前鑄坯的低倍檢驗(yàn) 從圖 329 中可以看出， a、 b 兩圖對(duì)應(yīng)爐次的鑄坯中間柱狀晶發(fā)達(dá)，中心疏松及縮孔問題嚴(yán)重，相比較而言 ， c、 d 兩圖對(duì)應(yīng)爐次的鑄坯柱狀晶區(qū)較 a、 b 兩圖要小，柱狀晶不如 a、 b 兩圖對(duì)應(yīng)爐次鑄坯發(fā)達(dá)，因此中心疏松及縮孔情況有所改善，且并未出現(xiàn)連續(xù)的大面積縮孔。 (a) 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 37 (b) (c) (d) 第 3 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 38 (e) (f) (g) 圖 330 中間包改造后鑄坯低倍檢驗(yàn) 從圖 330 中可以看出，中包改造后的七塊鑄坯低倍結(jié)果中， a、 b、 c、 d 對(duì)應(yīng)爐次鑄坯的中心疏松及縮孔嚴(yán)重，而 e、 f、 g 對(duì)應(yīng)的爐次鑄坯中心質(zhì)量稍好。 河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院 40 結(jié) 論 （ 1）中間包改造前鑄坯樣中平均全氧含量為 ，中間包改造后鑄坯樣中平均全氧含量為 138ppm， 比改造前減少了