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30MnSi连铸方坯中非金属夹杂物的形态、类型与分布研究
袁利民
贾丽君 李朝辉 (邯郸钢铁集团公司)
摘
要：论述了邯钢30MnSi连铸方坯中非金属夹杂物的形态、类型与分布规律，并提出了减少方坯中夹杂物的措施。
关键词：连铸方坯；夹杂物；形态；类型；分布
1 前言
邯钢三炼钢方坯连铸机是从法国引进的二手设备，主要设备参数为8机8流全弧型，弧型半径8m，流间距1.1m，常用断面为120mmx120mm。
30MnSi方坯是我公司第一次试生产，共生产6炉，在目前的生产工艺条件下，方坯的纯净度如何?为了提高钢的成材率和合格率，有必要掌握钢中非金属夹杂物的形态、特征及分布规律，从而进一步探讨非金属夹杂物的生成机理和改善途径，以便减轻和去除危害较大的非金属夹杂物，提高产品质量。
本文利用金相观察法、图象仪分析法对30MnSi方坯中的非金属夹杂物进行分析和鉴定，并对典型夹杂物做了扫描电镜分析和能谱分析。
2 研究方法
试样分别取自两炉精炼及中间包的饼样(用取样器取)和三炉连铸坯样。铸坯样从样坯的横断面自内弧至外弧切割成5块金相观察样。金相观察样同时可用于图象分析仪和扫描电镜检测。将抛光好的金相试样在图象仪上进行定量分析，每块试样各取30个视域，分别做出夹杂物面积百分含量、不同粒度夹杂物面积百分含量。对所观察到的典型夹杂物进行金相鉴定并做扫描电镜及能谱分析，从而确定夹杂物的组成成分。
3
试验结果及其分析
3.1
夹杂物的面积百分含量
取两炉精炼及中间包饼样，观察其纵抛面的夹杂物百分含量，见表1。从表1中可以看出，钢水从精炼炉中进入中间包，在浇注过程中钢水的搅动能促进夹杂物的上浮，使得连铸过程中的夹杂物面积百分比有所降低。三炉连铸方坯中非金属夹杂物的面积百分比见表2。三炉连铸方坯中非金属夹杂物的分布特点是内弧侧面积百分比高于外弧侧。方坯内弧侧夹杂物的聚集峰值是在内弧侧的1/4处。
3.2
不同粒度夹杂物面积百分含量分布
内弧侧大于20um的夹杂物面积比率均高于外弧侧。内弧侧夹杂物的聚集峰值是在1/4处，并且有大颗粒夹杂物析出。
3.3
夹杂物的类型
(1)大颗粒蔷薇辉石类夹杂物
金相观察为球形基体上有菊花状的析出相，见图1。经扫描电镜及能谱分析，基体主要含Si，Mn，Ti及少量的S，属于蔷薇辉石类。析出相为方石英，主要成分为Si。球形夹杂物周边有少量的硫化物包围，见图2。另一种夹杂物球形基体上有菊花状析出物，见图3。其边缘被含Ti的夹杂物包围着。这类夹杂物在三炉试样中均可以见到，颗粒比较大(>100um)，主要分布在内弧侧。
图1
金相照片
图2 金相照片
图3
金相照片
(2)硅酸盐类夹杂物
金相观察为球形，钢水坯样中以带光圈为主，铸坯中以不带光圈为主，主要是硅、锰、铝、钙的脱氧产物。这类夹杂物的数量较多。
(3)硫化物
主要存在于方坯的1/4处和心部。
(4)氧化物
主要为氧化铝夹杂物(Al2O3)，其数量较少，分布无规律。
4 讨论
从图象仪定量分析的结果可知，连铸方坯中的夹杂物在内弧侧的1/4处有明显的富集现象，并且有大颗粒夹杂物析出。这说明来自中间包的钢水有较多的大颗粒夹杂物，由于内弧半径小，夹杂物来不及上浮而残留在铸坯中。非金属夹杂物的组成不同，形态各异，故其来源和成因也不同。大颗粒蔷薇辉石类夹杂物是中间罐浮渣被裹人钢液来不及上浮造成的。其它几类夹杂物(如铝硅酸盐玻璃等)则是在钢液凝固过程中产生并聚集长大的复合脱氧产物或低共熔点夹杂物。为了改善连铸方坯的质量，可采取以下工艺措施来减少钢中大颗粒夹杂物。①转炉控制好挡渣出钢；②提高中间包液面；③钢水真空处理；④中间包到结晶器保护浇注；⑤结晶器采用电磁搅拌法。
5 结论
(1)连铸方坯中，非金属夹杂物在厚度上的分布特点是弧侧1/4处有明显的富集现象，并且有大颗粒夹杂物析出。
(2)连铸方坯中主要存在四种类型夹杂物，其中80%以上是属于铝硅酸盐和铁锰硅酸盐玻璃。蔷薇辉石类夹杂物虽少，但颗粒较大，会对钢的性能产生不利影响，为了减少大颗粒夹杂物，必须采取相应的工艺措施。
(3)非金属夹杂物在钢中的分布规律可采取多种测量统计方法(如夹杂物面积百分比、颗粒比率等)。这些方法从不同角膺反映了夹杂物的分布规律，这也是定量金相在材料研究中的具体应用。
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