IF钢铸坯表层洁净度研究

1、if钢铸坯表层洁净度研究田恩华j崔衡-尤大利-王振炜j杜建新$（1.北京科技大学冶金工程研究院，北京100083； 2.北京科大恒兴高技术冇限公司，北京100083）摘 要：采用金属原位分析仪（opa100）对国内某厂同浇次不同浇铸阶段（开浇头坯、正常坯、 浇铸末期尾坏）的if钢铸坏表层非金属夹杂物含屋及夹杂物粒径分布进行了研究分析。结果 表明：铸坯内弧和外弧表层非金属夹杂物含最及粒径的趋势基本吻合。铸坯中铝系夹杂物含 量：头坯尾坯正常坯，正常坯中铝系夹杂物含量稳定，处于非稳态浇铸期的头坯和尾坯 屮铝系夹杂物含量波动较人，在距铸坯表面5.6mm之后逐渐减小；铸坯屮铝系夹杂物的平 均粒度和人于5

2、/m的夹杂物所占比例均随着距铸坯表面距离的增加而减小。关键词：opa； if钢；夹杂物；非稳态浇铸由于if钢中没有间隙原子，具有优越的深冲性能和非时效性，而广泛应用于汽车面板 的牛产口】。为了保证if钢产品良好的表面质量，不仅要严格满足成分要求，对钢中非金属 夹杂物的要求也非常严格，尤具耍严格控制铸坯表层的非金属夹杂物。1研究方法1.1工艺条件某钢厂生产if钢的流程为：铁水预处理-顶底复吹转炉->rh真空精炼t连铸。连铸机 的工艺参数见表1。表1连铸机工艺参数连铸机 机型断面规格中间包结晶器长正常拉速/ 容址度/mm （memin ）直瓠形 23()mmx 1 6()0mm 60cxx)

3、1. 1 1.41.2取样方法本试验浇次共4个炉次，取本试验浇次的第一炉第一块铸坯（头坯），第二炉第一块铸坯 （正常坯），最后一炉最后一块铸坯（尾坯）。试验浇次屮间包钢水化学成分如表2所示。衰2 1f钢中间包钢水化学成分铸坯类型csimnpsal,alti头坯 止常坯尾坯0. ()02()().()1()0.1200. (m)6(h (m)60. ()280.025() 070() (x)270.02()0.15()0. (m)6(h 0060.0290. ()25() 070() ()023(h0100.12()0. (m)60. (m)60.0290.0260.070在每块铸坯的内弧、外弧

4、分别取金属原位分析试样，金属原位分析试样尺寸为 80mmx60mmx40mmo其中60mm为拉坯方向，80mm为铸坯宽度方向，位置为宽度方向铸 坯边部处，40nm为铸坯厚度方向，位置为内（外）弧至厚度方向40mmo在试验进行之前， 首先要去掉铸坯表而的氧化铁皮，氧化铁皮的厚度人约为0.8mm,之后每次试验刨掉1.6mm, 刨削加工4次，在每次加工后均采用金属原位分析仪对试样表面进行走行扫描分析。1.3分析方法1.3.1金属原位分析采用金属原位分析仪（opa-100）对表层的非金属夹杂物含量及粒度进行分析测定处。 opa-100基本工作参数见表34'5o«3 opa-io 0基

5、本工作参数扫描方式扫描速度/知搂商出澈发频率/激发电容/激发电阻/行间距/激发深度/(mm*s )hz卩卜flmmpm面扫描1.050 mmx 3() mm5007.06.02 mm92()金属原位分析仪在试样表面扫描检测到非金属夹杂物时，反映该夹杂物组成元索的光谱强度会出现异常增加(通称为异常信号)。异常信号的净强度值与夹杂物的粒径分布有相关 性，而界常信号的相对频数则与夹杂物含量具有和关性。通过统计分析界常信号的净强度和 其出现频度门j以获得夹杂物的含量和粒度，其数学表达式见式(1)、式w( ad - w( al,)( r - /<») jp (1)d=t2 / zix/w

6、o(2)式中，负al)为铝系夹杂物的质量分数，%； e(alj为钢中全铝质量分数，%； r为界常 火花强度；a)为总体平均强度；p为异常频数；只为火花总频数；q为夹杂物粒径；6为 夹杂物粒径阈值；仆b为常数项。1.3.2金相法分析在光学显微镜下观察和统计夹杂物的数量、尺寸分布。对所有金相试样(12mmx 12mmx 1 omm)进行粗解、细磨和抛光后，在金相显微镜下放大500倍，各观察50 个视场，对不同粒径夹杂物的数量进行统计。133扫描电镜和能谱仪分析对表面抛光好的金相试样(12mmxl2mmxl0mm),用zeiss ultra 55热场发射扫描电 子显微镜观察典型夹杂物的形貌和尺寸，并

7、用x射线能谱仪分析夹杂物成分。2试验结果及讨论2.1铝系夹杂物含量分析图1为距内弧、外弧表而不同距离的铝系夹杂物含量。可以看出，头坯的铝系夹杂物含虽均高于同浇次英他铸坯，这主要是由于此时处于开浇阶段，发生了较严重的卷渣和二次氧 化。夹杂物在屮间包内没有足够的上浮时间而被凝固坯壳捕获，同时，屮间包覆盖剂和结品 器保护渣还没有及时熔化、铺展，还没有形成稳定的熔渣层而不足以防止二次氧化，且当液 而波动大时由于液渣层较薄而更易引起卷渣，致使头坏铝系夹杂物含量鮫高。55 w 50 ? 45 5 402 35 黒30 畫25 牛20 宴153 105 0.8 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 5.6

8、 6.4 7.2距内弧农面距离/mm图1距铸坯表面不同距离的铝系夹杂物含址由图1还可以看出，铸坯内弧和外弧表层铝系夹杂物含量的趋势基木吻合。正常坯中铝 系夹杂物含量比较稳定，在距离铸坯表面2.4mm之后，随着距铸坯表面距离增加，铝系夹 杂物含量逐渐减小。头坯和尾坯中铝系夹杂物含量，随着距铸坯表血距离的增加而上卜波动, 在距离铸坏表面5.6mm z后，铸坯中铝系夹杂物含量明显降低，这主耍是由于头坏和尾坯 处于非稳态浇铸阶段，发生了卷渣和二次氧化，造成铸坯中铝系夹杂物含量波动较人。建议头坯和尾坯的扒坯深度大于5.6mm,正常坯扒坯深度大于2.4mm,但由于只对一 个浇次的铸坏进行了分析，还不足以对

9、该钢种的扒坯深度提出指导性原则，下一步还需加大 试验样本量。2.2铝系夹杂物粒度分析正常坯距铸坯内外弧表而不同距离的铝系夹杂物粒度如图2所示。可以看出，与铸坯内 弧和外弧表层非金属夹杂物含屋相同，内弧和外弧铝系夹杂物粒径的趋势也基木吻介。(a)内瓠%/逗壬七辰黑冬s j y 6055504540353025208.0(b)外弧ffl2距铸坯衣面不同距离的铝系夹杂物轻度605040302010000 7 6 5 4 3 2由图2a可以看出，随着距内弧表血距离的增加，其铝系夹杂物平均粒径越來越小，在 距内弧0.8mm表面处铝系夹杂物的平均粒径最人，为7.086/m,在距内弧7.2mm表面处铝 系夹

10、杂物平均粒径最小，为4.215/zm；大于5z/m的铝系夹杂物所占比例也越来越小，在距 内弧0.8mm表面处所占比例为52.18%,到距内弧7.2mm表面处降到30.60%,两者变化规 律一致。由图2b可以看出，随着距外弧表血距离的增加，其铝系夹杂物平均粒径越來越小，在 距内弧0.8mm表面处铝系夹杂物的平均粒径最大，为7.108/zm,在距内弧7.2mm表面处铝 系夹杂物平均粒径最小，为2.074/m；人于5/zm的铝系夹杂物所占比例也越来越小，在距 内弧0.8mm表面处所占比例为52.83%,到距内弧7.2mm表面处降到6.18%,两者变化规律 一致。2.3显微夹杂物粒径分布分析在距铸坯表

11、面5.6mm处取金相试样，进行粗磨、细磨和抛光后，采川传统“数夹杂”的方法，对各个坯次的金相试样进行统计，得到了显微夹杂物的粒径分布情况。z前的研究表 明，铸坯内弧和外弧非金属夹杂物的含最和粒径趋势都基木吻合。因此，此处只对铸坯内弧 的夹杂物粒径分布进行分析。100%/至兰瘁*me乍8040&头坯 宙用坯 魁正常坯200<335577 10 10-15 >15显微夹杂物粒径/啊图3不同坯次铸坯内弧显微夹朵物粒径分布图3是金相法统计的铸坯内弧夹朵物的粒径分布情况。其中，各铸坯小于的夹朵 物所占比例最大，平均达到84%o头坏中小于的夹杂物所占比例大于其他坯次，随着 夹杂物粒径范

12、围的递增，头坯屮夹杂物其所占比例逐渐减小，且小于其他坯次。与之相反, 正常坯中小于3m的夹杂物所占比例小于其他坯次，随着夹杂物粒径范围的递增，正常坯 111夹杂物具所占比例逐渐减小，但大于其他坯次。金属原位分析得到的距内弧5.6mm表血铝系夹杂物粒径分布如图4所示。小于3/m和 35“m的铝系夹杂物所占比例最大，分别占到32.73%和30.82%,小于3“m的铝系夹朵物 所占比例远远小于金相法统计结果。1015“m和大于15“m的铝系夹杂物所占比例分別达 到4.42%和4.58%,比金相法统计结果高很多。这是山于金相法统计视场面积总和小于金属 原位分析统计的而积，且金相法不易发现较大尺寸夹朵物

13、，金属原位分析是统计更大而积中 的全部夹杂物，更容易发现较人尺寸夹杂物。因此，金属原位分析发现的1015m和人于 15z/m的铝系夹杂物所占比例比金相法高很多，从而得到的小于的夹杂物所占比例远小 于金相法统计结果。与金相法统计结果一样，随着夹杂物粒径区间的增大，头坯相应的铝系 夹杂物所占比例相对越來越低。50403020100匸头坯 见坯<335 5 7 710 10 15 >!5铝系夹杂物粒径/呵图4不同坯次铸坯内弧铝系夹杂物粒径分布叠i正常坯但这并不能说明头坯屮人尺寸铝系夹杂物含量就少，结合金属原位分析得到的铝系夹杂 物含虽结果进行分析，头坯中大于5pm的铝系夹杂物质量分数为1

14、3.35x10-而尾坯和正常 坯中分别为6.08x10-6和5.88x10",因此，头坯中大尺寸铝系夹杂物含量也高于其他坯次。 2.4铸坯中典型夹杂物分析铸坯屮显微夹杂物主要有：ai2o3、tin以及al2o3-tin复合夹杂物。ai2o3夹杂物是if 钢中比较普遍的一种夹杂物，主要冇2种形态：块状和群簇状。块状ai2o3夹杂物主要为脱 氧产物，数最较多，尺寸较小，一般在10“m以下；群簇状ai2o3夹杂物，主要是块状的 ai2o3夹杂物聚集长大而成，尺寸较大，-般在20“m以上。tin夹杂物也是if钢中比较普 遍的一种夹杂物尺寸鮫小，多数在5z/m以下，其主要呈方形，少数呈多边形，

15、tin夹杂物 主要是在钢液降温冷却凝固过程屮形成的。al2o3-tin复合夹杂物是以ai2o3为tin的异质 形核核心，外围大多为方形tin,少数为多边形，此类夹杂物尺寸较小，在钢中大量分布。3结论1) 头坯中铝系夹杂物含量明显高于尾坯及止常坯，正常坏中铝系夹杂物含量比较稳定， 头坯和尾坯由于处于非稳态浇铸阶段，造成铸坯屮铝系夹杂物含量波动较人，在距铸坯表面 5.6mm之后逐渐减小。2) 铸坯中铝系夹杂物平均粒径和大于5z/m的铝系夹杂物所占比例变化规律一致，均随 着距铸坯表面距离的增加而减小。3) 铸坯中的纯ai2o3夹杂物主要有2种形态：块状和群簇状，群簇状夹杂物尺寸较大， 对铸坏质量影响鮫大。出现较多的夹杂物还有纯tin及al2o3-tin复合夹杂物，具尺寸都较 小。参考文献：1 崔衡，岳峰,包燕平,等.if钢连铸头坯洁净度研究j钢铁,2010, 45(3)： 38-41.2 马衍伟，王先进.超深冲if钢研究的最新进展j.钢铁，1998, 33(4)： 65693 wangm, bao y p.cui h, et