摘 要:采用大样电解、扫描电镜分析等方法研究了37Mn5钢中大型非金属夹杂物的形貌、尺 寸和来源。结果表明:钢中大型非金属夹杂物主要来源于结晶器保护渣和脱氧产物,这两种类型的 夹杂物分别占总夹杂物含量的50%和30.8%。 

关键词:37Mn5钢;非金属夹杂物;大样电解 

中图分类号:TB31;TG115.2                         文献标志码:A                            文章编号:1001-4012(2023)06-0041-03

37Mn5钢主要用于轧制石油套管,石油套管的 主要作用是加固井壁和保护井眼。对石油套管用钢 的强度、韧性、抗氢致裂纹(HIC)、抗硫化物应力腐 蚀开裂(SSCC)等性能有严格要求。铸坯中的非金 属夹杂物直接影响轧制成品的合格率,其不仅可以 直接或间接地影响轧制后钢管的工艺性能和使用性 能,而且会给钢管的表面质量带来不利影响[1],因此 需对钢中非金属夹杂物的数量、形态、尺寸、分布等 进行严格控制。 

1 试验方法 

某钢厂生产37Mn5钢的工艺流程为:倒灌站→ 顶底复吹转炉→钢包精炼炉→圆坯连铸。采用铸坯 半径为9m 的弧形连铸机进行浇铸,铸坯直径为 150~210mm。 

在?150mm圆坯上取样,对其进行化学成分分 析,结果如表1所示。

对圆坯夹杂物及其径向分布规律进行研究,结 果表明:越靠近圆坯中心位置,夹杂物的平均尺寸越 大。因此,主要研究圆坯心部夹杂物的特征,在圆坯 几何中心处取规格为60 mm×60 mm×90 mm (长×宽×高)的长方体试样,用大样电解法对其进 行分析[1],研究37Mn5钢中非金属夹杂物的来源, 取样位置如图1所示。 

2 铸坯大样电解结果分析 

对试样电解后得到的大型夹杂物进行分类,再利用 天平对分类的夹杂物分别进行称量,结果如表2所示。

由选取试样的大样电解结果可知:虽然夹杂物 的含量不同,但两个试样上的夹杂物种类基本一致。 选取1# 试样中的夹杂物进行详细分析。

2.1 1# 试样中大型夹杂物形貌、尺寸和组成 

1# 试样中不同尺寸大型夹杂物宏观形貌如图2 所示。 

将大样电解后的夹杂物置于JSM-6480LV 型 扫描电镜(SEM)下观察,并对夹杂物进行能谱分 析。1# 试样中大型夹杂物SEM 形貌如图3所示, 选取12处夹杂物进行能谱分析,结果如表3所示。

2.2 铸坯中大型夹杂物来源分析 

2.2.1 来源于钢包或中间包耐火材料 

测点4的夹杂物成分以 Ca、O、Mg元素为主,其他元素含量较少,其中 Mg元素的质量分数为 15.73%,一般认为 Mg元素主要来源于钢包或中包 耐火材料和合金[1]。其他试样中也发现少量的 Mg 元素,但是总体比例较低,可以推测耐火材料整体耐 腐蚀性能较好,而合金中夹杂物主要以镁铝尖晶石 形式出现[2-3]。综合分析认为,该类夹杂物为异常冲 刷引起的耐火材料脱落。

2.2.2 来源于结晶器夹渣 

测点1,3,5,6,7,10中的夹杂物存在较为明显 的共同特征,均含有 K 元素或F元素,该类元素常 见于各类夹渣中,一般认为 K元素是结晶器保护渣 中的特征元素[4]。典型保护渣、精炼渣、覆盖剂的化 学成分如表4所示。

将表4中结晶器保护渣、精炼渣、钢包覆盖剂的成 分与点1,3,5,6,7,10中夹杂物的组分进行对比可知, 该类夹杂物组分与保护渣成分相似,并含有K元素。 

2.2.3 来源于钢水的脱氧产物或钙处理产物 

点2,8,11,12的夹杂物为脱氧或钙处理产物, 由于精炼工艺不合理,因此夹杂物长大后未能及时 上浮或者上浮后被二次卷入钢水中,最终滞留在铸 坯中形成非金属夹杂物。

2.2.4 来源于中包卷渣 

点9处夹杂物主要有Ca、Si、O 元素,为硅酸钙 的夹杂物,根据夹杂物的组分可以推断出,夹杂物中 CaO、SiO2 的质量分数占比小于1.0%,该类夹杂物 有可能来源于中包卷渣。

3 结论与建议 

(1)大样电解检测和理论分析确定了铸坯中非 金属夹杂物主要来源于结晶器卷渣、脱氧或钙处理 产物、中包卷渣。 

(2)试样中的大型夹杂物有一半来源于结晶器 夹渣。连铸时应严格参照水口插入深度的要求,规 范执行浸入式水口对中,保证结晶器流场的稳定;建 议炼钢时保证钢水温度和纯净度,减少或杜绝异常 变速和由堵水口引起的结晶器液位异常波动。 

(3)针对脱氧或钙处理产物多的问题,建议控 制好精炼渣成分,并根据 Al元素含量调整钙棒的 供给量。 

(4)绝大部分夹杂物中 Mg元素的质量分数均 小于5%,但个别试样中 Mg元素质量分数达到 15.73%,且以Ca、Mg元素为主,建议精炼钙处理过 程,避免非正常腐蚀。

参考文献: 

[1] 刘莹,田庆荣.37Mn5管材内壁表面上鼓包缺陷形成 原因分析[J].物理测试,2014,32(1):40-42. 

[2] OKUYAMA G,YAMAGUCHIK,TAKEUCHIS, etal.Effectofslagcompositiononthekineticsof formationof Al2O3 MgO inclusionsinaluminum killedferriticstainlesssteel[J].ISIJInternational, 2000,40(2):121-128. 

[3] FUJIIK,NAGASAKAT,HINO M.Activitiesofthe constituentsinspinelsolidsolutionandfreeenergies offormation of MgO,MgO· Al2O3 [J].ISIJ International,2000,40(11):1059-1066. 

[4] 张国滨,宁玫,周欣欣.钢中非金属夹杂物分析[J].理 化检验(物理分册),2021,57(12):1-7,17. 

<文章来源> 材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 59卷 > 6期 (pp:41-43)>