摘 要:采用大樣電解方法萃取 Q235B鋼連鑄板坯中的大顆粒非金屬夾雜物,用掃描電鏡及能 譜對(duì)比分析了連鑄坯內(nèi)弧、外弧、中心部位的夾雜物成分,判斷了非金屬夾雜物的來(lái)源,結(jié)果可為進(jìn) 一步提高連鑄板坯的純凈度提供借鑒。 

關(guān)鍵詞:大樣電解法;大顆粒非金屬夾雜物;連鑄板坯 

中圖分類號(hào):TG115.5                                                文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A                                               文章編號(hào):1001-4012(2022)06-0029-05 

鋼中的非金屬夾雜物破壞了金屬基體的連續(xù) 性,是基體中的應(yīng)力集中點(diǎn)?；w與夾雜物間的初 始空隙為裂紋萌生位置,金屬材料受到外部應(yīng)力后, 裂紋快速擴(kuò)展導(dǎo)致金屬斷裂。較大顆粒的非金屬夾 雜物對(duì)鋼材質(zhì)量的影響更大。在鋁脫氧的厚鋼板 中,只有尺寸大于200μm 的非金屬夾雜物才會(huì)明 顯降低鋼材的各種性能;而在鋼絲和滾動(dòng)軸承鋼中, 僅尺寸大于10μm 的夾雜物就會(huì)對(duì)鋼材的性能造 成影響。對(duì)于不同的鋼材,有不同的非金屬夾雜物 臨界尺寸,即超過(guò)該臨界尺寸的非金屬夾雜物才會(huì) 對(duì)鋼材的性能產(chǎn)生影響。由于大顆粒非金屬夾雜物 對(duì)鋼材的力學(xué)性能及加工性能影響很大,因此需要 找到大顆 粒 非 金 屬 夾 雜 物 的 來(lái) 源,并 去 除 該 類 夾 雜物。

大顆粒 非 金 屬 夾 雜 物 在 鋼 材 中 的 分 布 是 隨 機(jī)、不連續(xù)的,要準(zhǔn)確地測(cè)定鋼中大顆粒非金屬夾 雜物的含量 以 及 粒 徑 的 組 成,就 必 須 擴(kuò) 大 研 究 的 范圍。大樣電解法是分析大顆粒非金屬夾雜物最 有效的 方 法 之 一。大 樣 電 解 法[1-2]是 對(duì) 大 塊 鋼 材 試樣進(jìn)行電解和分離,以獲取 尺 寸 大 于 80μm 的 大型非金屬 夾 雜 物,并 對(duì) 其 進(jìn) 行 深 入 分 析 的 一 種 研究方法。該 方 法 具 有 試 樣 尺 寸 大(試 樣 質(zhì) 量 達(dá) 2~4kg),提取大顆粒夾雜物較為全面,試樣代表 性強(qiáng),電解時(shí)間長(zhǎng)(約10d左右)的特點(diǎn)[3]。筆者 利用大樣電解法對(duì)連鑄坯的內(nèi)外弧和中心部位的 夾雜物進(jìn)行 研 究,以 確 定 整 個(gè) 工 藝 過(guò) 程 中 大 顆 粒 夾雜物的分 布 和 來(lái) 源,從 而 有 針 對(duì) 性 地 改 進(jìn) 控 制 工藝,提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1 試驗(yàn)方法 

針對(duì)連鑄板坯生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題,采用大 樣電解法來(lái)獲取鋼坯試樣中尺寸大于80μm 的大 顆粒非金屬夾雜物,并對(duì)這些大顆粒非金屬夾雜物 的數(shù)量、尺寸、形貌、成分及來(lái)源進(jìn)行研究[4]。

1.1 電解試樣的制備 

選取了生產(chǎn)過(guò)程中的 Q235B鋼種的連鑄板坯, 澆注斷面的尺寸(長(zhǎng)×寬)為 230mm×1600mm, 在連鑄坯1/4處的內(nèi)弧、外弧和中心部位(見(jiàn)圖1中 的位置1,3,2)沿垂直板坯澆鑄方向各截取一塊試 樣,制 成 尺 寸 (長(zhǎng) × 寬 × 高 )約 為 150 mm × 50mm×50mm 的長(zhǎng)方體,試樣質(zhì)量約為2.5kg。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程 

板坯鋼試樣電解完成后,對(duì)所獲取的陽(yáng)極泥進(jìn) 行淘洗分離,得到非金屬夾雜物。然后對(duì)非金屬夾 雜 物進(jìn)行分級(jí)、稱重、形貌分類及觀察,并在體式顯微鏡下挑選具有典型代表性的非金屬夾雜物顆粒進(jìn) 行掃描電鏡及能譜分析[5]。大樣電解主要設(shè)備結(jié)構(gòu) 如圖2所示。大樣電解工藝參數(shù)如表1所示(表中 電解液組成為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析 

2.1 夾雜物宏觀形貌 

將分離挑選出的夾雜物置于體式顯微鏡下觀察 及分類,大部分夾雜物為蠟黃色不規(guī)則形狀或類球 狀顆粒,少部分夾雜物為紅色、黑褐色、無(wú)色的透明 不規(guī)則顆粒(見(jiàn)圖3)。

2.2 夾雜物分布及其所占比例 

鋼的潔凈度通常以每10kg鋼中含有非金屬 夾雜物的數(shù)量來(lái)定義,普遍認(rèn)為,每10kg鋼中夾 雜物 含 量 小 于 1.5 mg。 通 過(guò) 大 樣 電 解 試 驗(yàn), Q235B鋼板坯大樣電解夾雜物分析結(jié)果如表2所 示,由表2可以看出:連鑄板坯潔凈度較潔凈鋼還 有差 距,但 能 夠 達(dá) 到 普 通 碳 素 結(jié) 構(gòu) 鋼 的 潔 凈 度 要求。

由1 # ~3 # 試樣電解的結(jié)果可知,鋼中夾雜物種 類和含量呈不均勻分布。由粒徑大于140μm 的夾雜 物含量可知,該連鑄板坯完全滿足生產(chǎn)需求,但距離 潔凈鋼還有一定的差距。Q235B鋼板坯夾雜物粒級(jí) 分布如圖4所示,各粒級(jí)夾雜物含量如圖5所示。

2.3 夾雜物微觀形貌及來(lái)源分析

1 # ~3 # 試樣典型大顆粒非金屬夾雜物微觀形 貌如圖6~8所示,1 # ~3 # 試樣典型大顆粒非金屬 夾雜物成分及來(lái)源如表3~5所示。 

夾雜物來(lái)源分析如下所述。 

(1)在重點(diǎn)分析的19例夾雜物中,有10例含 有鈉、鉀元素,約占總數(shù)的 60%以上,鈉、鉀元素是 保護(hù)渣中特有的成分,故可認(rèn)為大部分夾雜物應(yīng)來(lái) 源于結(jié)晶器保護(hù)渣。 

(2)粒徑為80μm~140μm 的大部分夾雜物 以氧、硅、鋁、鐵等元素為主,顏色分別為透明、蠟黃 和褐黑等,該類夾雜物為脫氧產(chǎn)物。

(3)對(duì)19例大型夾雜物進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)1例含 有鋯元素,夾雜物在顯微鏡下為乳白色,呈半透明球 狀,尺寸約為120μm,鋯元素是復(fù)合水口的特征成 分,說(shuō)明在澆筑過(guò)程中有水口熔損脫落現(xiàn)象。

(4)二次氧化產(chǎn)物為不規(guī)則大顆粒(140μm~ 300μm)夾雜,夾雜物呈黑色,氧、鐵元素含量極高, 比較典型的是3 # 試樣的示例5,其氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為41.82%,鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56.75%,夾雜物呈 片狀堆積,尺寸約為200μm~300μm。有一部分 二次氧化物除含有氧、鐵元素外,還有一定量的硅、 鈣、鎂等元素,這部分夾雜物來(lái)源于二次氧化、結(jié)晶 器卷渣、中間包下渣等,呈現(xiàn)淡黃色,為不規(guī)則形狀。 在這19例大型夾雜物檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)了10例含有二次 氧化產(chǎn)物的成分,因此二次氧化也是 Q235B鋼大顆 粒夾雜物的主要來(lái)源。 

(5)在大顆粒非金屬夾雜物中還發(fā)現(xiàn)有9例含有氯 離子,如果氯離子與鈉離子同時(shí)存在,就會(huì)造成污染,因 此在后續(xù)的夾雜物分揀時(shí)應(yīng)注意避免鹽分的污染。

3 結(jié)語(yǔ)及建議 

(1)大顆粒夾雜物大部分來(lái)源于結(jié)晶器保護(hù) 渣,建議對(duì)結(jié)晶器侵入式水口進(jìn)行調(diào)整,以確保結(jié)晶 器內(nèi)夾雜物的上浮,同時(shí)對(duì)保護(hù)渣的性能進(jìn)行改善, 確保液渣層的厚度,減少保護(hù)渣帶來(lái)的夾雜物。

(2)根據(jù)連鑄板坯大顆粒夾雜物中有中包渣卷 入的特點(diǎn),要保持高液面澆鑄,并建議建立氣幕擋墻 防止形成渦流。

(3)對(duì)含有復(fù)合鋯質(zhì)水口熔損產(chǎn)物的夾雜物, 建議提高整體耐材質(zhì)量和砌筑質(zhì)量,并采用合理的 烘烤制度等手段進(jìn)行控制。 (4)由于大顆粒夾雜物在連鑄坯中的分布不均 勻,因此建議對(duì)板坯連鑄進(jìn)行電磁攪拌,使夾雜物的 分布相對(duì)均勻一些,避免中心大量夾雜物聚集和長(zhǎng) 大,影響板材的性能。

參考文獻(xiàn): 

[1] 褚立新,李金柱,曹陽(yáng).用大樣電解法分析大型非金屬 夾雜物[J].昆鋼科技,2007(1):22-31. 

[2] 李宏.陽(yáng)極泥法分離提取鋼中夾雜物方法的評(píng)價(jià)[J]. 物理測(cè)試,2005,2(3):32-36. 

[3] 李宏.鋼中非金屬夾雜物存在狀態(tài)的不確定性與檢測(cè) [J].冶金分析,2008,28(9):1-6. 

[4] 李慧改.水溶液電解法提取鋼中超細(xì)非金屬夾雜物研 究[J].上海金屬,2010,32(6):43-46. 

[5] 劉桂江,程麗杰,谷強(qiáng),等.對(duì)非金屬夾雜物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) GB/T10561—2005 的 探 討 [J].理 化 檢 驗(yàn) (物 理 分 冊(cè)),2021,57(1):15-18.

<文章來(lái)源> 材料與測(cè)試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 58卷 > 6期 (pp:29-33)>