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源,結果可為進 一步提高連鑄板坯的純凈度提供借鑒。
關鍵詞:大樣電解法;大顆粒非金屬夾雜物;連鑄板坯
中圖分類號:TG115.5 文獻標志碼:A 文章編號: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,是基體中的應力集中點?；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力后, 裂紋快速擴展導致金屬斷裂。較大顆粒的非金屬夾 雜物對鋼材質(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明 顯降低鋼材的各種性能;而在鋼絲和滾動軸承鋼中, 僅尺寸大于10μm 的夾雜物就會對鋼材的性能造 成影響。對于不同的鋼材,有不同的非金屬夾雜物 臨界尺寸,即超過該臨界尺寸的非金屬夾雜物才會 對鋼材的性能產(chǎn)生影響。由于大顆粒非金屬夾雜物 對鋼材的力學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 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、不連續(xù)的,要準確地測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 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 大 塊 鋼 材 試樣進行電解和分離,以獲取 尺 寸 大 于 80μm 的 大型非金屬 夾 雜 物,并 對 其 進 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 2~4kg),提取大顆粒夾雜物較為全面,試樣代表 性強,電解時間長(約10d左右)的特點[3]。筆者 利用大樣電解法對連鑄坯的內(nèi)外弧和中心部位的 夾雜物進行 研 究,以 確 定 整 個 工 藝 過 程 中 大 顆 粒 夾雜物的分 布 和 來 源,從 而 有 針 對 性 地 改 進 控 制 工藝,提高產(chǎn)品質(zhì)量。
1 試驗方法
針對連鑄板坯生產(chǎn)過程中存在的問題,采用大 樣電解法來獲取鋼坯試樣中尺寸大于80μm 的大 顆粒非金屬夾雜物,并對這些大顆粒非金屬夾雜物 的數(shù)量、尺寸、形貌、成分及來源進行研究[4]。
1.1 電解試樣的制備
選取了生產(chǎn)過程中的 Q235B鋼種的連鑄板坯, 澆注斷面的尺寸(長×寬)為 230mm×1600mm, 在連鑄坯1/4處的內(nèi)弧、外弧和中心部位(見圖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 × 寬 × 高 )約 為 150 mm × 50mm×50mm 的長方體,試樣質(zhì)量約為2.5kg。
1.2 試驗過程
板坯鋼試樣電解完成后,對所獲取的陽極泥進 行淘洗分離,得到非金屬夾雜物。然后對非金屬夾 雜 物進行分級、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 行掃描電鏡及能譜分析[5]。大樣電解主要設備結構 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)量分數(shù))。
2 試驗結果及分析
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、無色的透明 不規(guī)則顆粒(見圖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)量來定義,普遍認為,每10kg鋼中夾 雜物 含 量 小 于 1.5 mg。 通 過 大 樣 電 解 試 驗, Q235B鋼板坯大樣電解夾雜物分析結果如表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 到 普 通 碳 素 結 構 鋼 的 潔 凈 度 要求。
由1 # ~3 # 試樣電解的結果可知,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 分布如圖4所示,各粒級夾雜物含量如圖5所示。
2.3 夾雜物微觀形貌及來源分析
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 夾雜物成分及來源如表3~5所示。
夾雜物來源分析如下所述。
(1)在重點分析的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 保護渣中特有的成分,故可認為大部分夾雜物應來 源于結晶器保護渣。
(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19例大型夾雜物進行分析,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,鋯元素是復合水口的特征成 分,說明在澆筑過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)量分數(shù) 為41.82%,鐵元素質(zhì)量分數(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,這部分夾雜物來源于二次氧化、結晶 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存在,就會造成污染,因 此在后續(xù)的夾雜物分揀時應注意避免鹽分的污染。
3 結語及建議
(1)大顆粒夾雜物大部分來源于結晶器保護 渣,建議對結晶器侵入式水口進行調(diào)整,以確保結晶 器內(nèi)夾雜物的上浮,同時對保護渣的性能進行改善, 確保液渣層的厚度,減少保護渣帶來的夾雜物。
(2)根據(jù)連鑄板坯大顆粒夾雜物中有中包渣卷 入的特點,要保持高液面澆鑄,并建議建立氣幕擋墻 防止形成渦流。
(3)對含有復合鋯質(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,因此建議對板坯連鑄進行電磁攪拌,使夾雜物的 分布相對均勻一些,避免中心大量夾雜物聚集和長 大,影響板材的性能。
參考文獻:
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[3] 李宏.鋼中非金屬夾雜物存在狀態(tài)的不確定性與檢測 [J].冶金分析,2008,28(9):1-6.
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