X80管线钢精炼过程中夹杂物行为研究.doc

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1、冶金之家网站X80管线钢精炼过程中夹杂物行为研究尹娜1，景财良2，李强3，李海波1，崔阳1，李飞1，朱国森1(1．首钢技术研究院，北京100043；2．首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山063200；3．北京科技大学，北京100083)摘要：研究了国内某厂生产X80管线钢精炼过程中夹杂物的转变。BOF出钢阶段加铝脱氧，钢中夹杂物以伴有极少量MgO的Al2O3为主；LF过程采用高碱度高还原性渣精炼，钢中Al2O3夹杂物向钙铝酸盐和CaO—MgO—Al2O3复合夹杂物转变，平均成分靠近低熔点区；RH真空处理后，夹杂物中Al2O

2、3和MgO的含量减少，CaO含量增加，夹杂物成分分布较为分散；钙处理后，钢中CaO—MgO—Al2O3复合夹杂比例明显减少，CaO与CaS比例明显增加，夹杂物平均成分已经远离低熔点区，达到了高品质管线钢的冶炼效果。关键词：管线钢X80；二次精炼；夹杂物转变西气东输二线所采用的X70、X80级别管线钢，要求A类(MnS)夹杂物和B类(CaO—Al2O3系条串夹杂物)夹杂物的评级低于2．0，即在试样夹杂物检验最差视场夹杂物总长度分别小于436、343μm，以避免轧制后成为氢致裂纹(HIC)与应力腐蚀(SCC)裂纹源[1—3]。目前

3、，国内外生产管线钢的主要钢厂分别采用超低硫冶炼以及合适的钙处理工艺后，管线钢中A类MnS夹杂物已经得到了有效的控制[4—5]，但是CaO—Al2O3系条串夹杂物(B类)超标间题却日益突出[2，6—7]。魏立国等人在X52管线钢探伤不合格的钢板中发现了主要成分为铝、钙和少量硫的夹杂物[2]；李永东等人对管线钢中B类夹杂物进行了研究，发现其为ω(Al2O3)=54％～58％的低熔点钙铝酸盐夹杂物[6]；张卫华等人对X80管线钢中夹杂物进行了研究后发现类似现象[7]。而相关文献中对其来源和控制都没有令人信服的解释。另外由于该类型夹杂

4、物的控制涉及抗HIC管线钢等顶级中厚板的核心技术，国外相关报道很少。从中国石油天然气集团公司的反馈来看，新日铁送交西气东输二线检验的管线钢的A、B、C、D类夹杂物均为零级，而国内最好水平为2％的不合率(要求A、B类夹杂物不超过2．0级)。为弄清楚该类型夹杂物的产生原因，并提出控制措施，对管线钢精炼过程中夹杂物转变行为及其机理的研究具有重要指导意义。1研究方法研究的工业试验钢种为X80管线钢，生产工艺路线：铁水预处理→复吹转炉→LF精炼→RH精炼→钙处理→连铸→热轧。分别在LF进站5min内、LF出站5min内、RH破真空后、钙

5、处理后取样。主要工艺要求：铁水KR深脱硫、扒渣，入炉铁水目标ω(S)≤0．003％；出钢严格挡渣，下渣厚度不大于80mm；转炉出钢过程加入足够铝进行脱氧；LF精炼过程通过调节炉渣成分、渣面加铝粒等措施，将炉渣中T．Fe含量降到较低程度，维持较低氧势；RH真空处理20min，真空度为200Pa；钙处理之后软吹搅拌10min；保护浇铸要求钢包长水口挂正、塞棒吹氩、以中间包和结晶器液面微动为准，不允许液面沸腾、裸露。试验采用专门设计的提桶器进行取样，将所取钢样进行切割、磨样、抛光处理后，采用扫描电镜和能谱分析仪对钢样中非金属夹杂物形

6、貌和成分进行分析，试验中每个试样随即观察5～20个夹杂物。采用氮氧分析器测定钢中的T．O和氮含量，红外吸收法分析钢样硫含量。2结果与讨论2．1洁净度的变化图1是钢水中T．O、氮含量和终点硫含量的分析结果。可以看出，ω(T．O)随着精炼的进行而逐步下降，最终在浇铸前达到了10×10-6冶金之家网站以下，精炼结束后，钢中绝大多数夹杂物尺寸在3～5μm，未发现超过10μm的较大尺寸夹杂物，说明精炼后钢液具有很高的洁净度；钢中ω(N)一直控制在40×10-6左右，说明对二次氧化控制得很好；另外精炼终点钢水ω(S)也达到了10×10-6

7、以下，实现了超低氧超低硫冶炼的目的。2．2夹杂物的转变试验中所取试样中观察到的夹杂物主要成分是CaO、MgO、Al2O3和CaS(钙处理后)，其他成分的含量很小(总质量分数不超过5％)，它们对夹杂物的整体性质影响很小。虽然观察到部分夹杂物外围有少量MnS包裹，但一般认为MnS是在钢液凝固过程中生成的。因此，不考虑MnS的影响。另外，为了更直观地描述夹杂物成分的变化，在CaO—MgO—Al2O3系三元体系中对夹杂物在本流程中的变化加以比较，对钙处理后的CaO—CaS—Al2O3做单独分析。对精炼不同时刻所取试样中非金属夹杂物形貌

8、和成分进行分析，其典型的夹杂物成分主要成分如表1所示。图2为不同阶段取样分析得出的夹杂物分布图与典型夹杂物形貌图(图中两条线为热力学软件Thermal—calc计算出该体系1773和1873K时的液相线，其围成的区域即为低熔点区)。冶金之家网站由表1与图2可知，由于转炉出钢采