浅谈钢中夹杂物的控制对钢质量的影响

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２８卷第４期　２００２年８月　包钢科技　Ｖｏ１．２８．Ｎｏ．４　Ａｕｇｕｅｓｔ，２００２　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｂａｏｔｏｕ　Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　浅谈钢中夹杂物的控制对钢质量的影响　张莉萍，葛建国，赵爱军　（包钢（集团）公司技术监督处，内蒙古　包头０１４０１０）　摘要：钢中夹杂物特别是Ａｌ　Ｏ　夹杂对钢的质量、机械性能等有极大影响，必须严格控制。外来夹杂物可以根据　其来源采取相应措施加以去除，而内生夹杂物却需通过脱氧工艺及钙处理工艺新技术加以控制。包钢为提高重轨　钢质量，在改变脱氧工艺和采用钙处理技术上大胆尝试，并有较大突破，无Ａｌ脱氧工艺和喂线技术的应用对控制　钢中夹杂物，提高重轨钢和其他产品的质量有明显效果。　关键词：夹杂物；控制；钢质量；钙处理；影响　中图分类号：ＴＦ７０　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—５４３８（２００２）０４—００８５—０４　１　前言　随着钢铁工业的进一步发展，钢的材质设计和　应用技术的开发给冶金工业带来了极大的挑战。钢　铁产品将按着钢液洁净度高、成分控制精度高和产　此类夹杂物为钢中内生夹杂物。在镇静钢中，　采用有Ａｌ脱氧工艺即用Ｆｅ—Ａｌ或Ａｌ脱氧时，Ａ１　Ｏ３　是常见氧化物夹杂中对钢质影响最大的一类，它属　于脆性不变形夹杂物，与基体的热变形能力差异较　大，在热加工的应力作用下，大块的ＡＩ　Ｏ。等脆性夹　杂，经变形破碎成具有尖锐菱角的夹杂，并成链状分　布在基体中，这些坚硬的形状不规则ＡＩ　Ｏ　夹杂能　将基体划伤，并在夹杂物周围产生应力集中场直至　在交界面处形成空隙或裂纹…。在中高碳钢，尤其　在重轨钢中，ＡＩ　Ｏ。夹杂在周期应力的作用下，会成　为疲劳源，最终因疲劳裂纹的扩展造成大块金属脱　落的“掉块”导致钢的断裂。根据国内客车运行和制　动条件，应用断裂力学理论计算表明，当ＡＩ，Ｏ　夹杂　大于２６　ｍ时，也可使之成为疲劳裂纹源，因此，在　重轨的有关标准中，对非金属夹杂物ＡＩ，Ｏ　要求特　别严，即“Ｂ类夹杂不大于１级”。　２．２硅酸盐及钙的铝酸盐夹杂　品性能稳定性能高的方向发展，其中高纯净度钢的　生产是２１世纪钢铁企业面临的重大课题，它的解决　与钢的冶炼过程密切相关，而任何钢的冶炼都需要　脱氧，脱氧制度（脱氧剂种类、用量、时问、次序）不　同，钢液的脱氧效率、洁净度乃至钢材产品的质量都　将受到极大的影响。本文将通过分析脱氧产生的夹　杂物对钢质量的影响，结合包钢实际，说明夹杂物的　控制对提高钢液洁净度，改善钢质量的作用。　２　主要夹杂物对产品性能的影响机理　钢的性能主要取决于钢的化学成分和组织。目　前，用户对钢的强度、韧性、加工性能等要求日趋提　高，对钢的化学成分和组织均匀性的要求也越来越　高。钢中夹杂物主要以非金属化合物形态存在，如　氧化物、硫化物、氮化物等，造成钢的组织不均匀，而　且它们的几何形状、化学成分、物理因素等不仅使钢　的冷热加工性能和某些理化指标恶化，而且还能降　此类夹杂物成分复杂，它的产生受钢液脱氧工　艺、钢水条件及浇注系统中耐火材料使用情况等的　影响，有内生的，也有外来的，还有内外共同作用的。　在轧制过程中，这些夹杂物保持原来的球点状。特　别是硅酸盐夹杂，它在钢的凝固过程中，由于冷却速　低钢的机械性能和疲劳性能。　２．１　ＡＩ，Ｏ　夹杂　度较快，某些液态硅酸盐来不及结晶，其全部或部分　以过冷液体即玻璃态的形式存在于钢中，在８００一　收稿日期：２００２—０１—１７　作者简介：张莉萍（１９７０－）女，山西省浑源县人，１９９５年毕业于包头钢院钢铁冶金专业，现从事炼钢质量管理工作，工程师。　维普资讯 http://www.cqvip.com 包钢科技　第２８卷　１３００℃内，塑性依其组成不同变化很快　２』。在低碳　钢特别是沸腾钢中，此类夹杂物（通常为外来夹杂）　会使盘条塑、韧性降低，或引起带钢分层等。　３　钢中主要夹杂物的来源　钢中的非金属夹杂物来源于两个方面：一是随　冶炼过程产生，即在出钢时加入铁合金的脱氧产物　和浇注过程中钢水和空气的二次氧化产物，称内生　夹杂，此类夹杂一般颗粒细小，在钢中分布均匀；二　是因种种原因从外界带人的，称外来夹杂物，此类夹　杂物多为外形不规则、尺寸较大且分布不均匀。　３．１　内生夹杂　内生夹杂主要产生于下列几种情况：　（１）在冶炼过程中，脱氧产物未能全部排除，或　浇注过程温度下降，继续反应生成的脱氧产物来不　及上浮残留于钢中，它们有的以小质点存在于钢的　基体组织中，有的则集聚成大颗粒（如ＡＩ，Ｏ　），有的　则以固溶状态存在于钢中（如ＭｎＯ、ＦｅＯ）。　（２）在出钢及浇注过程中，钢液与空气接触被氧　化，氧与钢中元素结合形成二次氧化物留在钢中；在　钢液凝固过程中，低熔点的ＦｅＳ、ＦｅＯ等由于钢液“选　分结晶”，最后在晶粒边界及树枝晶间析出Ｌ３　Ｊ。　３．２外来夹杂　这类夹杂主要由原料带人泥沙、熔渣及保护渣　等卷入或浇注系统的耐火材料受钢水冲刷、浸蚀等　进入钢液滞留于钢中造成的，多为大颗粒夹杂。　４　钢中夹杂物的控制　随着产品质量、性能要求的不断提高，生产非金　属夹杂物少的洁净钢或控制非金属夹杂物性质及要　求的形态是冶炼和浇注过程中一项艰巨的任务。　为减少钢中夹杂物，最根本的途径，一是尽量减　少外来夹杂物对钢水的污染，二是设法促使已存在　于钢水中的夹杂物排出，以净化钢液。　４．１　外部夹杂物的控制　减少外来夹杂物对钢水的污染，应根据其来源　采取相应的措施。对连铸坯来讲，从出钢到钢水进　入结晶器前做好如下工作：控制好出钢时的脱氧操　作及挡渣操作，防止钢包下渣；采用保护浇注，防止　二次氧化；采用炉外精炼新技术；使用大容量中问　包，使夹杂物充分上浮；采用合适的保护渣，高质量　的耐火材料；钢包及中间包等要干净。　包钢于１９９７年引进德马克炉外精炼设备ＬＦ及　ＶＤ处理炉和弧形连铸机后，大大解决了钢中外来夹　杂物多的问题，但值得注意的是，保护渣及耐火材料　的质量在一定程度上成为影响钢质量的主要原因。　４．２　内部夹杂物的控制　任何钢的冶炼过程都要脱氧，因此，脱氧产物　非金属氧化物的产生是不可避免的，但如何控　制好内生非金属夹杂物特别是ＡＩ　Ｏ　夹杂的数量、　形态和分布，合理的选择脱氧剂及脱氧制度具有关　键的作用。包钢是我国生产重轨的主要基地之一，　多年来一直致力于开发生产强度高、耐磨性好的钢　轨产品，如ＢＮｂＲＥ轨，但随着我国铁路运输高速、重　载及行车安全的要求，解决钢中夹杂问题，提高钢轨　耐磨、耐疲劳性能是当前炼钢工作的重点，为此，包　钢在脱氧工艺方面做了大量的研究和试验，通过运　用无Ａｌ脱氧工艺及ｃａ处理技术来控制钢中夹杂　物，取得了一定的效果。　４．２．１　脱氧剂及脱氧工艺的优化选择　根据元素与氧亲和能力的大小，通常冶炼过程　采用的脱氧元素有Ｍｎ、Ｓｉ、ＡＩ等，其中Ａｌ的脱氧能　力最强，其脱氧产物ＡＩ，Ｏ　熔点高、易形成细的固体　颗粒，表面张力比钢液界面张力大，易于上浮，故常　用来做终脱氧剂；相比之下，Ｓｉ、Ｍｎ的脱氧能力差　些，但Ｍｎ可以增加ｓｉ和Ａｌ的脱氧作用，ｓｉ的脱氧　产物ＳｉＯ，只有与ＭｎＯ作用形成低熔点化合物才易　从钢液中排出，且二者都是钢中主要的合金元素。　对脱氧剂和脱氧工艺的选择要根据不同钢种的　成份和要求来定，包钢目前所用的各类脱氧剂有ｓｉ　Ｆｅ、Ｓｉ—Ｍｎ、Ｍｎ—Ｆｅ、Ｓｉ—ＡＩ—Ｆｅ及Ａｌ块等，其中　Ａｌ块主要用于沸腾钢的脱氧。下面以包钢的重轨　钢为例，说明脱氧工艺与钢中夹杂物控制的关系。　脱氧工艺一：包钢连铸投产前，生产重轨钢主要　以平炉模铸为主，其脱氧工艺为：先在炉内加一定量　高碳Ｍｎ—Ｆｅ部分脱氧，后在出钢过程中，罐内加ｓｉ　Ｍｎ合金预脱氧，最后加入ｓｉ—Ａ１一Ｆｅ终脱氧，罐　内吹Ａｒ后模注。此工艺生产的重轨钢均能满足产　品要求，但弊端在于钢中的夹杂、气体不易充分排　出，夹杂物不易控制，钢液不洁净。　脱氧工艺二：包钢引进连铸设备后，９８年开始　采用连铸坯生产重轨，先进的炉外精炼装备给钢水　净化提供了良好条件，其脱氧工艺为：转炉出钢过程　在罐内加入Ｓｉ—Ｍｎ和Ｆｅ—ｓｉ或Ｆｅ—Ｍｎ合金进行　脱氧合金化，终脱氧采用Ｆｅ—Ａｌ—ｓｉ或纯Ａｌ终脱　氧，然后经ＬＦ炉处理后，喂ｓｉ—ｃａ线，或加ｓｉ—ｃａ　维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期　浅谈钢中夹杂物的控制对钢质量的影响　８７　粒压渣，再经ＶＤ炉除去钢中气体。此工艺对提高　钢洁净度有很大作用，钢中大颗粒夹杂基本不存在，　Ｃａ线　其中Ｓｉ—ｃａ合金中ｃａ含量为２４—３１％，Ａｌ含　量＜２．５％。　但不能彻底消除Ａ１，Ｏ　对钢质的影响。　脱氧工艺三：为解决钢中Ａ１，Ｏ　夹杂对钢疲劳　性能的影响，包钢于１９９９年在出口ＵＩＣ５４钢轨上采　另外，在钙合金中含Ｂａ时，可大大提高ｃａ的变　性效果，且含Ｂａ量越高，变性效果越理想。目前，包　钢运用Ｓｉ—Ｂａ—ｃａ脱氧剂所进行的试验，已取得了　明显效果。　用无Ａｌ脱氧工艺，即：在转炉出钢过程中，罐内加入　Ｓｉ—Ｍｎ、Ｓｉ—Ｆｅ或Ｍｎ—Ｆｅ脱氧合金化，用Ｓｉ—Ｃ或　Ｓｉ—ｃａ终脱氧，其后的精炼浇注过程同工艺二。此　（３）金相检验结果　工艺生产出的重轨钢，其钢中［Ａ１］在０．００５％以下，　对控制钢中Ａ１２Ｏ　夹杂起到了一定作用。　通过比较，第三种工艺是最优方案。目前生产　的重轨和８２Ｂ等要求严格的钢种已全部采用此工　艺。　４．２．２　夹杂物的变性处理　目前，在提高钢质方面，钙处理技术被世界广泛　认识，并作为处理夹杂物最有效手段所运用。　（１）钙对夹杂物控制的变性机理　ｃａ是一种很好的钢液净化剂，它不仅可以深脱　氧，还可以深脱硫，在钢液脱氧后，［Ｏ］已很低的情　况下，ｃａ直接脱氧反应成为次要过程，此时它主要　与钢中Ａ１　Ｏ　发生反应：　３ｘＣａ＋３ｙＡ１２Ｏ３＝｛３ｘ（ＣａＯ）（３ｙ—ｘ）Ａ１２Ｏ３｝＋３ｘＡ１　钙在这些Ａ１　Ｏ　夹杂颗粒中扩散，使钙连续的　进入铝的位置，置换出的铝进入钢液，随着Ｃａ的扩　散，使Ａ１２Ｏ３夹杂表面ＣａＯ含量升高，当ＣａＯ＞２５％　时，钙铝酸盐呈液态，这种含ＣａＯ量高的液态钙铝　酸盐夹杂物大部分浮出钢液，进入渣层，少部分未漂　浮的夹杂颗粒也以较小呈球状残留于钢中，这样，不　仅解决了脱氧问题，而且大大减少了钢中Ａ１，Ｏ　夹　杂，同时，还可使钢坯的组织显微结构趋于均匀，并　可改善钢水流动性，减少浇注过程水口堵塞等问题。　（２）钙处理工艺　夹杂物变性处理工艺是：在钢液正常脱氧后，用　喷粉或喂线的方法往钢中加入碱土金属，如钙合金　或稀土等元素，以改变夹杂物的组成，改善氧化物、　硫化物等在钢中的存在形态。目前包钢所用的ｃａ　处理工艺为：　重轨钢：无Ａｌ脱氧工艺＋ＬＦ—ＶＤ精炼＋Ｓｉ—　Ｃａ粒压渣　其它钢：正常Ａｌ脱氧工艺＋ＬＦ／ＶＤ精炼后喂Ｓｉ　钢包喂ｓｉ—ｃａ线技术在试验初期，曾在车轴坯　上做过高倍金相夹杂试验，检验结果表明，当喂人一　定量的Ｓｉ—Ｃａ后，钢中夹杂条状及簇状极少，几乎　全部为球状或纺锤状复合夹杂，且球状夹杂中含较　多的Ｃａ、Ｍｎ、Ｓ和少量的Ａ１、Ｏ，即中心多为复合氧化　物，而外围为大量的Ｃａ和Ｍｎ的硫化物。显然，喂　Ｓｉ—Ｃａ线后钢中ＭｎＳ和Ａ１２Ｏ３夹杂同时变性［引。这　实验结果与理论分析基本一致。　５　结论　（１）钢中夹杂物对钢的性能、质量有极大影响，　特别是Ａ１　Ｏ３夹杂，它是影响重轨钢疲劳性能的主　要原因之一，必须在炼钢过程加以控制。　（２）包钢先进的连铸工艺装备对控制钢中内外　部夹杂提供了良好的环境，其中，采用无Ａｌ脱氧工　艺生产的重轨钢，钢中Ａ１２Ｏ３夹杂得到了控制，并取　得了较好效果。　（３）钙处理技术可使钢中Ａ１２Ｏ３、ＭｎＳ等夹杂变　性，改善钢的性能、质量。包钢运用钙处理工艺有效　的控制了钢中夹杂物的形态，使钢质量、机械性能等　均有提高，特别对重轨钢质量的提高有积极作用。　参　考　文　献　周寿好，龚志翔．车轮轮箍钢失效与夹杂物控　制［Ｊ］．钢铁研究，２０００，（６）．　［２］　陈家祥、钢铁冶金学［Ｍ］北京：冶金工业出版　社，１９９３，１２２～１２５．　［３］　吴勉华．特炉炼钢５００１句［Ｍ］北京：中国计量　出版社，１９９３，９０～９５．　［４］　郑培新．喂线技术在转炉冶炼车轴坯钢中的　应用［Ｊ］包钢科技，２０００，（１）．　（下转第８４页）　维普资讯 http://www.cqvip.com ８４　包钢科技　第２８卷　意，而且是在做事业，公司的目的不仅仅是赚钱，而　且是在提高全民族的素质。他们提倡愉快的工作，　认为人的一生中最宝贵、最美好的时光是工作，鼓励　员工在工作中寻找快乐，让工作变为一件趣事。诚　４　结论　只有关注人才的期望，了解人才的需求，然后尽　可能的去满足，是目前一些企业行之有效的留人方　式。企业要根据自身的实际情况，聚集人才。人才　的聚集，可以使企业得到发展，而由于企业的生长性　好，发展潜力大，又可以形成良性的人才吸引机制，　为企业的发展注入新的活力，这样的企业就会不断　创新，赢得市场竞争的主动权。　参　考　文　献　然，物质刺激是必要的，但同时也需要一种精神，这　就是爱事业、爱企业的精神、奉献的精神，很难想象　个没有企业精神、价值观念的企业如何向其员工　传达企业信息，增强企业的凝聚力。　３．６打造良性的人才竞争机制和氛围　人才竞争的基础是平等竞争。企业要做到赏罚　分明，升迁有望，以提高人才的保有率，建立能上能　下的用人机制，使每个人在每一个阶梯都有一种升　［１］　文石．国外公司怎样留住人才［Ｊ］．企业管理，　２０００（９）：４８．　迁的希望，同时也存在降级的可能，时时有危机感，　以此激励人才竞争。　Ｂｒｉｅｆ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　ＤＯＮＧ　Ｊｉｎｇ　（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｂａｏｔｏｕ　Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂａｏｔｏｕ　０１４０１０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｒａｉｎ　ｄｒａｉｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｉｓｕｎｄｅｒｓｔａｎ　ｄｉｎｇ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ａｎａｇｅｍｅｎｔｍ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｗｉｔｈ　ＳＯｍｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｐｕｔ　ｏｕｔ　ｔｏ　ｐｒｅｖｅｎｔ　ｔｈｅ　ｂｒａｉｎ　ｄｒａｉｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｒａｉｎ　ｄｒａｉｎ；ｈｕｍａｎ　ｌ￣ＳＯｌｕ＇ｅｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　（上接第８７页）　Ｂｒｉｅｆ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｏｎ　ｉｔｓ　ｑｕａｌｉｔｙ　ＺＨＡＮＧ　Ｌｉ—ｐｉｎｇ，ＧＥ　Ｊｉａｎ—ｇｕｏ，ＺＨＡＯ　Ａｉ—ｊｕｎ　（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＢａｏｔｏｕ　Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂａｏｔｏｕ　０１４０１０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　Ａ１２０３　ｏｎ　ｓｔｅｅｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｉｓ　ｇｒｅａｔ．Ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｍｏｖｅｄ　ｆｒｏｍ　ｉｔｓ　ｏｒｉｇｉｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｃａｎ　ｂｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ｄｅｏｘｉｄａｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｃａ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｓｔｅｅｌ　ｑｕａｌｉｔｙ，ＳＯｍｅ　ａｔ—　ｔｅｍｐｔｓ　ｈａｖｅ　ｍａｄｅ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅｓｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ｇｏｔ　ｇｏｏｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｄｅｏｘｉｄａｔｉｎｇ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ＡＬ　ａｎｄ　ｗｉｒｅ—　ｆｅｅｄ　ｉｓ　ｇｏｏｄ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｒａｉｌ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｐｒｏｄｕｃｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｔｅｅｌ　ｑｕａｌｉｔｙ；Ｃａ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｅｆｆｅｃｔ