摘 要:采用大樣電解、掃描電鏡分析等方法研究了37Mn5鋼中大型非金屬夾雜物的形貌、尺 寸和來(lái)源。結(jié)果表明:鋼中大型非金屬夾雜物主要來(lái)源于結(jié)晶器保護(hù)渣和脫氧產(chǎn)物,這兩種類(lèi)型的 夾雜物分別占總夾雜物含量的50%和30.8%。

關(guān)鍵詞:37Mn5鋼;非金屬夾雜物;大樣電解

中圖分類(lèi)號(hào):TB31;TG115.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1001-4012(2023)06-0041-03

37Mn5鋼主要用于軋制石油套管,石油套管的 主要作用是加固井壁和保護(hù)井眼。對(duì)石油套管用鋼 的強(qiáng)度、韌性、抗氫致裂紋(HIC)、抗硫化物應(yīng)力腐 蝕開(kāi)裂(SSCC)等性能有嚴(yán)格要求。鑄坯中的非金 屬夾雜物直接影響軋制成品的合格率,其不僅可以 直接或間接地影響軋制后鋼管的工藝性能和使用性 能,而且會(huì)給鋼管的表面質(zhì)量帶來(lái)不利影響[1],因此 需對(duì)鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量、形態(tài)、尺寸、分布等 進(jìn)行嚴(yán)格控制。

1 試驗(yàn)方法

某鋼廠生產(chǎn)37Mn5鋼的工藝流程為:倒灌站→ 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→鋼包精煉爐→圓坯連鑄。采用鑄坯 半徑為9m 的弧形連鑄機(jī)進(jìn)行澆鑄,鑄坯直徑為 150~210mm。

在?150mm圓坯上取樣,對(duì)其進(jìn)行化學(xué)成分分 析,結(jié)果如表1所示。

對(duì)圓坯夾雜物及其徑向分布規(guī)律進(jìn)行研究,結(jié) 果表明:越靠近圓坯中心位置,夾雜物的平均尺寸越 大。因此,主要研究圓坯心部夾雜物的特征,在圓坯 幾何中心處取規(guī)格為60 mm×60 mm×90 mm (長(zhǎng)×寬×高)的長(zhǎng)方體試樣,用大樣電解法對(duì)其進(jìn) 行分析[1],研究37Mn5鋼中非金屬夾雜物的來(lái)源, 取樣位置如圖1所示。

2 鑄坯大樣電解結(jié)果分析

對(duì)試樣電解后得到的大型夾雜物進(jìn)行分類(lèi),再利用 天平對(duì)分類(lèi)的夾雜物分別進(jìn)行稱(chēng)量,結(jié)果如表2所示。

由選取試樣的大樣電解結(jié)果可知:雖然夾雜物 的含量不同,但兩個(gè)試樣上的夾雜物種類(lèi)基本一致。 選取1# 試樣中的夾雜物進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 1# 試樣中大型夾雜物形貌、尺寸和組成

1# 試樣中不同尺寸大型夾雜物宏觀形貌如圖2 所示。

將大樣電解后的夾雜物置于JSM-6480LV 型 掃描電鏡(SEM)下觀察,并對(duì)夾雜物進(jìn)行能譜分 析。1# 試樣中大型夾雜物SEM 形貌如圖3所示, 選取12處夾雜物進(jìn)行能譜分析,結(jié)果如表3所示。

2.2 鑄坯中大型夾雜物來(lái)源分析

2.2.1 來(lái)源于鋼包或中間包耐火材料

測(cè)點(diǎn)4的夾雜物成分以 Ca、O、Mg元素為主,其他元素含量較少,其中 Mg元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 15.73%,一般認(rèn)為 Mg元素主要來(lái)源于鋼包或中包 耐火材料和合金[1]。其他試樣中也發(fā)現(xiàn)少量的 Mg 元素,但是總體比例較低,可以推測(cè)耐火材料整體耐 腐蝕性能較好,而合金中夾雜物主要以鎂鋁尖晶石 形式出現(xiàn)[2-3]。綜合分析認(rèn)為,該類(lèi)夾雜物為異常沖 刷引起的耐火材料脫落。

2.2.2 來(lái)源于結(jié)晶器夾渣

測(cè)點(diǎn)1,3,5,6,7,10中的夾雜物存在較為明顯 的共同特征,均含有 K 元素或F元素,該類(lèi)元素常 見(jiàn)于各類(lèi)夾渣中,一般認(rèn)為 K元素是結(jié)晶器保護(hù)渣 中的特征元素[4]。典型保護(hù)渣、精煉渣、覆蓋劑的化 學(xué)成分如表4所示。

將表4中結(jié)晶器保護(hù)渣、精煉渣、鋼包覆蓋劑的成 分與點(diǎn)1,3,5,6,7,10中夾雜物的組分進(jìn)行對(duì)比可知, 該類(lèi)夾雜物組分與保護(hù)渣成分相似,并含有K元素。

2.2.3 來(lái)源于鋼水的脫氧產(chǎn)物或鈣處理產(chǎn)物

點(diǎn)2,8,11,12的夾雜物為脫氧或鈣處理產(chǎn)物, 由于精煉工藝不合理,因此夾雜物長(zhǎng)大后未能及時(shí) 上浮或者上浮后被二次卷入鋼水中,最終滯留在鑄 坯中形成非金屬夾雜物。

2.2.4 來(lái)源于中包卷渣

點(diǎn)9處夾雜物主要有Ca、Si、O 元素,為硅酸鈣 的夾雜物,根據(jù)夾雜物的組分可以推斷出,夾雜物中 CaO、SiO2 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比小于1.0%,該類(lèi)夾雜物 有可能來(lái)源于中包卷渣。

3 結(jié)論與建議

(1)大樣電解檢測(cè)和理論分析確定了鑄坯中非 金屬夾雜物主要來(lái)源于結(jié)晶器卷渣、脫氧或鈣處理 產(chǎn)物、中包卷渣。

(2)試樣中的大型夾雜物有一半來(lái)源于結(jié)晶器 夾渣。連鑄時(shí)應(yīng)嚴(yán)格參照水口插入深度的要求,規(guī) 范執(zhí)行浸入式水口對(duì)中,保證結(jié)晶器流場(chǎng)的穩(wěn)定;建 議煉鋼時(shí)保證鋼水溫度和純凈度,減少或杜絕異常 變速和由堵水口引起的結(jié)晶器液位異常波動(dòng)。

(3)針對(duì)脫氧或鈣處理產(chǎn)物多的問(wèn)題,建議控 制好精煉渣成分,并根據(jù) Al元素含量調(diào)整鈣棒的 供給量。

(4)絕大部分夾雜物中 Mg元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均 小于5%,但個(gè)別試樣中 Mg元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到 15.73%,且以Ca、Mg元素為主,建議精煉鈣處理過(guò) 程,避免非正常腐蝕。

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