20mnsi螺纹钢筋冶炼过程中的断裂原因分析

20mnsi螺纹钢筋冶炼过程中的断裂原因分析

20kg螺旋管是我国建筑材料中常用的建筑材料。它广泛应用于工业和民用建筑中。它的性能直接影响到设计混凝土的质量。由四川省达州钢铁集团有限公司成立于1958年。现在，它是一家大型企业，拥有3.3.3.105吨铁、3.3.105吨钢和3.0.105吨钢的业务。然而，随着公司产量的增加，20吨螺旋管的质量状况主要取决于c、mn和si。如果c、si和mn含量过高，材料强度的增加会增加，材料强度的增加会增加，材料强度的增加会增加，材料强度的增加会增加。随着材料强度的增加，材料强度的增加会增加，材料强度的增加会增加，材料强度的增加会降低。钢中的混合物主要由钢中氧气和脱氧产物的各种氧化物、氧化物和组成的混合物组成，如硅酸盐和镁酸盐。钢中的金属混合物很多，集中在局部力，破坏了金属主体的连续性，严重影响了钢的耐性和耐性。严重的混合和反演往往是武断的地方，是失败的原因。本文针对该企业20MnSi系列产品发生脆断的现象,对其在冶炼过程中相关环节的取样进行检测,分析试样中夹杂物的形态、大小、成分等性质并以此来判断夹杂来源.1实验过程1.1工艺20MnSi螺纹钢筋生产工艺流程如图1所示.生产过程中终点控制采用增碳法,出钢过程用碳化硅、硅锰合金和铝进行脱氧合金化和增碳.1.2钢包、中间包结晶器及螺纹钢成品金相显微分析为了发现问题产生的原因,从转炉开始后的相关生产环节:钢包、中间包结晶器、连铸以及螺纹钢成品取样,对其进行了O、N、C、S等元素含量的测定,并利用金相显微镜检验,用电镜及能谱进行夹杂物的形态、大小、成分等性质的分析.2结果与分析2.1成品主要成分的氧含量变化实验采用该公司炉号为2-5309的一组全流程连铸试样,其中1号为转炉样,2、3号为钢包样,4、5、6、7为中间包样,8、9、10为结晶器样,11号为方坯样,12号为螺纹钢样(中间包、结晶器样按时间取样).首先采用LECO氮氧仪及LECO碳硫仪进行元素分析.根据厂方提供的铁水成分数据以及在生产各环节进行取样的成分分析可知,虽然生产的20MnSi螺纹钢化学成分在规定的标准内,但其中的C、Mn、Si、P、S都处于标准的上限,而且金属成品样中的氧含量也很高.结果如图2所示.从图2(a)中可发现,整个冶炼过程中金属的氧含量都处于一个很高的水平.在出钢过程中,随着脱氧剂的加入,钢液中的氧含量急剧下降(从0.1282%降到0.0139%).但在后续阶段氧含量有局部增大的趋势.一方面因为取样受到环境的影响,另一方面也表明生产过程中钢液不断发生氧化或有氧化物夹杂进入金属熔体.从氧含量数据上还可以看出,在某些阶段两次取样的数值出现波动,而且幅度较大(最大相差近0.005%),这说明钢液中夹杂物分布不均匀且偏析严重.图2(b)表明钢样碳的含量在一个较小的范围内波动,平均值为0.219%,钢样的碳含量是在20MnSi钢的正常范围内,但不能排除碳在基体中的不均匀性分布.从图2(c)氮含量的变化可以看出,在利用氮气对钢液进行调温调质时,也造成了金属液中氮含量的增加.在该厂生产的品种中,氮含量始终位于(5.0～6.0)×10-7的范围.金属样中氮含量的偏高将增加钢的失效敏感性,直接导致钢的机械性能降低.含氮量高的钢的塑性、韧性和轧制性能很差,而且是形成裂纹、皮下气泡以及中心疏松的因素.图2(d)中硫含量的变化曲线表明,在整个生产过程中钢样中的硫都处于一个较高的水平,这也为成品样中生成硫化物夹杂提供了条件,这一推断在后续的金相及电镜检测中也得到了验证.2.2金相组织的影响合格的20MnSi钢的金相组织是铁素体晶粒加均匀分布其间的珠光体.对该厂提供的螺纹钢产品试样不同部位的金相组织(见图3)进行观察,参比标准图谱,可以看出珠光体的量偏多.同时碳在边缘部分的偏聚,边缘部分组织中珠光体的量明显增加.同时环境温度变化,如在较高的终扎温度及较快的冷却速度下,在边缘容易形成以珠光体、粒状贝氏体为主的组织,这样,钢筋在边面的塑性差,容易形成裂纹.该企业中也发生过此类情况,因此金相组织对螺纹钢的性能也有很大的影响.2.3结晶器夹夹物能谱分析图4所示为转炉试样夹杂的典型能谱分析.从图中可以清楚看出,在这一流程阶段的样品中,夹杂主要体现为C、Ca、O以及S、Fe等的复合体.分析具体的冶炼过程,这些夹杂物主要是来源于外加的增碳剂以及未能溶解的石灰等造渣剂.夹杂物含钙,由于只有炉渣含CaO,说明含CaO的夹杂物来源于转炉渣.分析内在原因,可能是石灰的过烧率较高,导致石灰反应能力差,影响整个吹炼的造渣过程,从而影响杂质的去除,这必将影响温度控制和终点控制.要解决这个问题,使用活性石灰造渣是最好的办法.由于还存在着冶炼的氧过吹现象,这也必然导致钢液的过氧化,产生大量的氧化铁夹杂以及利用脱氧剂脱氧所产生的脱氧产物等.中间包取样的夹杂物中,除了前面已经存在的一些氧化物夹杂以及硫化物夹杂外,一个比较明显的变化就是出现了一些包含有Na、K等元素的夹杂物.分析这些夹杂物产生的原因,可能来源于中间包的覆盖剂.它们的出现,说明钢水的浇注过程波动十分剧烈,使得覆盖剂一部分被卷入钢液中.值得注意的一个现象是夹杂物中含硅高.由于出钢时用Fe-Si、Fe-Mn或Si-Mn合金脱氧,如果脱氧产物来不及上浮就留在钢液中,那么夹杂物中一般Si、Mn的含量就高.而只含硅高的这类夹杂(见图5),分析原因只可能来源于中间包的耐火材料,可见中间包的侵蚀也是非常严重的.结晶器夹杂能谱分析曲线列于图6中.从能谱曲线可以看出,在结晶器中取样的夹杂品种也是复杂多样的.除了具有前面工序中所出现过的各类氧化物夹杂外,一些夹杂中碳含量较高,分析其原因,也主要是由于中间包覆盖剂在浇注过程中进入结晶器而造成.该企业实行的是敞开浇注,这一方面会造成钢液的二次氧化(从氧含量的变化可以看出),另一方面,结晶器钢液液面剧烈波动或者钢液的搅动,将未熔化的渣粉及浮在结晶器液面上的夹杂物卷入铸坯形成夹杂.图7为螺纹钢局部区域的夹杂物电镜形貌,从图中可以清楚看到,夹杂物有一定的取向性,这主要与轧制工艺有关.图8为该夹杂物的能谱分析.从这些过程试样的能谱曲线可以知道,虽然夹杂的外观形态、大小各有差异,但分析其成分,则螺纹钢中的夹杂物主要还是各类氧化物夹杂.从前面的分析可以知道