喂CaSi线(钙处理)对钢中夹杂物变性的分析研究..doc

喂CaSi线（钙处理）对钢中夹杂物变性的分析研究 摘要:用光学显微镜和电子显微镜及能谱仪分析研究了钙处理对连铸坯中夹杂物形态和组成的影响。通过分析研究发现：经钙处理的连铸坯中共存在六种类型的夹杂物。正常工艺情况下，多数夹杂物是以钙铝酸盐为核心外裹一层硫化钙的球形复合夹杂物。钙处理使氧化物、硫化物变性变态，改善钢的各向异性和耐蚀性等。 关键词:钙处理 夹杂物变性 氧化物 硫化物 各向异性 1 前言 　 天津钢管集团有限公司是专业生产无缝钢管的大型企业，主要产品为石油套管、高压气瓶管、高压锅炉管、管线管等。这些产品使用条件一般都比较苛刻，既要求有高的强度和良好的韧塑性、较低的脆性和良好的焊接性，还要求有高的耐压、耐H2S应力腐蚀及抗氢脆等特性。影响钢管性能的因素是多方面的，往往涉及到炼钢、轧管和热处理等多道工序，但可以肯定的是钢中非金属夹杂物的存在是影响钢管性能的重要因素，有时甚至是决定性因素。因此，生产出低非金属夹杂物含量、低气体含量的“洁净钢”是获得性能优良钢管的先决条件。在目前冶炼技术水平条件下，天津钢管集团有限公司装备有先进的精炼设备，掌握“洁净钢”生产技术，钢的非金属夹杂物始终控制在较低的含量水平，而且一直采用喂线的方法对钢中残留的非金属夹杂物进行处理，并开展了喂线技术对钢中夹杂物形态和组成影响的机理研究。同时还从两方面研究夹杂物对钢质量的影响：一方面是经喂线（钙）处理的夹杂物的含量、尺寸和分布状态，另一方面是经喂线（钙）处理的夹杂物的类型、物理性质及在加工过程的变形能力等。 2 试验研究结果和讨论 　 对钢管性能长期的试验研究发现，钢管存在化学成分和组织基本相同，而某些性能（主要是纵向性能和横向性能）却有较大差异的现象。这种差异主要是由于夹杂物不同的形态和组成引起的。夹杂物的形态和组成反映了钙处理的效果，消除和减弱夹杂物对钢管性能的有害影响是钙处理的主要任务。钢包喂线技术（钙处理）对连铸坯中夹杂物形态和组成影响的研究发现：经钙处理的连铸坯中存在六种类型的夹杂物，钙处理使氧化物、硫化钙变性变态，改善钢的各向异性。 2.1 炼钢、连铸工艺 　 炼钢、连铸生产的基本工艺流程是： 　 原料（废钢、海绵铁等）→超高功率电弧炉（EBT—EAF）→炉外精炼(LF)→真空处理(VD)→ 喂线（WF）→连铸机（CCM）。 　 钢包喂线技术的核心就是借助于喂线机将比较轻、易氧化、易挥发的合金元素制成包芯线或实心线快速输入钢液，在钢液深处熔化溶解，从而达到脱氧、脱硫、改变夹杂物形态、实现成分微调等冶金目的，这种技术可使这类金属元素如：铝、钙、钛、硼及稀土等元素提高收得率，大幅度节约贵金属元素加入量，降低精炼成本。喂线技术对于炉外精炼起到了进一步提高和完善的作用。2.2 钢包喂线技术的冶金原理和工艺 　 炼钢厂精炼跨设有一台双线喂线机，是用来向钢包喂入Al线和CaSi包芯线。Al线一般在钢包刚放入LF位时喂入；而CaSi线则在LF处理结束后进行，如果钢种要求VD处理，则在VD之后喂CaSi线，喂完CaSi线之后，不允许再进行加热调温或添加其它合金，缓缓搅动三分钟然后连铸。 2.2.1 钢包喂Al线 　 Al在炼钢中是最常用的脱氧剂，它具有比重轻、易氧化等特点，因此比较难以加入钢中。喂线机可以将Al线迅速插入钢液深处，并使之与钢水有较大面积的接触，从而使Al绝大部分溶解于钢液中，并有效地脱出钢中的溶解氧。向钢包喂入Al线，可提高Al收得率、命中率，起到改善钢液脱氧、细化晶粒等作用。 2.2.2 钢包喂CaSi线—Ca处理 　 喂CaSi线的速度为3.5～4m/s，喂入量以控制合理的Ca/Al为准，不同钢种略有差异。在喂线过程的同时从钢包底部吹入惰性气体（氩气）进行搅拌。向钢包中喂CaSi包芯线—即Ca处理，主要是使夹杂物进行变性，通常情况下，未经Ca处理的Al脱氧钢中，常见的夹杂物是球状或块状硫化物、块状或簇状氧化铝类夹杂。经Ca处理的钢，使氧化物、硫化物变性，改变它们的形态。 　 钙与氧、硫均有很强的亲和力。其反应方程式如下： [Ca]＋[S]=（CaS）[Ca]＋[O]=（Ca0） 　 Ca处理钢中存在五种钙铝酸盐相，表1为这五个相的物理参数。由表可见：Ca量越多，则所形成的钙铝酸盐（mCa0.nAl2O3）的熔点越低，钙铝酸盐的成分可作为Ca处理结果如何的衡量标志。 表1 　钙铝酸盐相的物理参数 相的种类 C3A C12A7 CA CA2 CA6 化学组成 Ca0% 62 48 35 22 8 Al2O3% 38 52 65 78 92 熔点 ℃ 1535 1455 1605 1750 1850 密度 g/mm3 3.04 2.83 2.98 2.91 3.38 显微硬度 kg/mm