中厚板管线钢非金属夹杂物控制探讨
钢构之窗 2015-05-18 13:45:00
    目前,随着钢铁市场竞争越来越激烈,客户对中非金属夹杂物(简称夹杂物)的要求也越来越刻,如一些高级别钢种中夹杂物评级要求B类+D小于2级以及A类+B类+D类小于4级,根据STME45-05标准,A类(硫化物类):具有高的延性,有较宽范围形态比(长度/宽度)的单个灰夹杂物,一般端部呈圆角;B类(氧化铝类):大数没有变形,带角的,形态比小(一般<3),黑色带蓝色的颗粒,沿轧制方向排成一行(至少有3颗粒)。在B类条状夹杂物的中心线±15μm范围的颗粒都视为该夹杂物的一部分;C类(硅酸盐):具有高的延展性,有较宽范围形态比(一般>)的单个呈黑色或深灰色夹杂物,一般端部呈锐;D类(球状氧化物类):不变形,带角或圆形的,态比小,黑色或带蓝色的,无规则分布的颗粒。多研究者和钢铁企业对中厚板管线钢夹杂物的控研究结果表明,中厚板管线钢夹杂物控制由最初熔点的Al2O3、MnS和镁铝结晶石类夹杂物经钙处的发展转化为钙铝酸盐类夹杂物,同时近年来随一些高品质管线钢的生产,使得很多钢铁企业管钢中夹杂物控制策略开始向复合夹杂物控制策略展。铝脱氧钢产生的复合夹杂物中包含高熔点的镁铝酸盐类夹杂物的复合、高熔点和低熔点夹杂的复合、CaS与上述夹杂物的复合以及CaS—CaO夹杂物的复合等。但这些研究者和钢铁企业对于厚板管线钢夹杂物控制理论没有统一的结论,只各自提出了夹杂物的控制策略。目前,国内很多钢铁企业夹杂物控制水平还达不到上述要求,也没有形成明确的夹杂物控制方向和策略。为此,本文对夹杂物控制策略进行了探索研究,以期为钢板的生产和研发储备奠定基础,也为夹杂物控制理论和控制策略做好研究基础。
  工艺路线
  本文对同一厂家生产的不同规格中厚板管线钢进行夹杂物跟踪检验和分析研究,由于除部分厂家抗HIC(抗氢致裂纹)管线钢除外,大多数厂家在不同规格高级别管线钢夹杂物控制上比较类似,故选取以X65管线钢(厚度为14.1mm)和X80管线钢(厚度为16.3mm)为代表的中厚板管线钢进行夹杂物对比研究。其中,X80管线钢采用双联工艺生产,X65管线钢采用单联工艺生产。双联工艺为铁水预处理—转炉—LF炉精炼—RH真空处理—钙处理—软吹—板坯连铸;单联工艺路线为铁水预处理—转炉—LF炉精炼—钙处理—软吹—板坯连铸。出钢采用铝脱氧,在LF炉精炼完成深脱硫,RH精炼完成脱气处理和夹杂物去除,并采用钙处理对夹杂物进行形态控制。
  研究方法
  利用扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对钢板试样进行检验和分析,采用CaO—MgO—Al2O3三元相图和CaO—Al2O3—CaS三元相图表示不同阶段夹杂物。再将由EDS分析得到的夹杂物中钙、硫和锰等元素含量折算为氧化物和硫化物含量时采用了以下方法:首先将钙与硫结合,计算出CaS含量。如硫与钙结合后硫有富余,则将剩余的硫与锰结合为MnS;如钙与硫结合后钙有富余,则将剩余的钙与氧结合为CaO。
  夹杂物成分控制探讨
  采用双联工艺生产的X80管线钢中夹杂物主要为钙铝酸盐,存在形式为钙铝酸盐被CaS包裹或镁铝结晶石被CaS包裹。大多数夹杂物尺寸为5—20μm,B类夹杂物尺寸最大达到110μm,同时存在少量最大尺寸达30μm的Ds类夹杂物。B类夹杂物均为复合夹杂物,夹杂物的类型为高熔点钙镁铝酸盐和低熔点钙镁铝酸盐的结合体或为钙镁铝酸盐和CaS的结合体。
  X80管线钢中夹杂物成分在低熔点区域较多。夹杂物由高熔点夹杂物和低熔点夹杂物组成时,轧制后容易形成大型的点链状和条串状的B类夹杂物,或者夹杂物中低熔点成分所占比例较大时,也会延展成B类夹杂物,导致夹杂物含量超标,因此夹杂物要控制为成分单一的夹杂物。
  采用单联工艺生产的X65管线钢中夹杂物,主要为钙铝酸盐且以高熔点为主,也有少量的低熔点钙铝酸盐类夹杂物,存在形式为镁铝结晶石或被CaS包裹的钙铝酸盐。多数夹杂物尺寸为5—20μm,B类夹杂物尺寸最大达到60μm,同时存在少量的最大尺寸为20μm的Ds类夹杂物。B类夹杂物成分均为高熔点的钙镁铝酸盐与少量的CaS。
  综上所述,采用单联工艺生产的X65管线钢中夹杂物将尺寸控制在小于2级对钢板的力学性能影响较小,超声波探伤合格。
  本文采用两种工艺生产不同规格的管线钢,夹杂物控制思路不同,夹杂物的类型也不同,成分分布相差很大,但均同时满足了探伤和力学性能等要求,说明对于夹杂物的控制,单纯的工艺路线选择并不是控制的关键,而选择哪种工艺路线应针对不同的工装设备和不同的条件而定。从X80管线钢和X65管线钢中夹杂物成分、数量和尺寸对比可以看出,夹杂物控制的核心是夹杂物的数量和尺寸。
  夹杂物形状控制探讨
  夹杂物在形状上控制也很关键,尤其轧制对夹杂物的形状影响很大,因此必须在精炼过程中对夹杂物的形状进行控制,去除X65管线钢和X80管线钢中条串状夹杂物。当夹杂物尺寸较小时,夹杂物在轧制过程中不变形或者轻微变形,但当夹杂物尺寸较大后,部分夹杂物容易被轧成长链状而向夹杂物尺寸超标发展,因此应将夹杂物尺寸控制在较小范围内(不大于15μm),以利于钢板的各向异性控制要求。
  成分较单一的夹杂物相对来说更容易保持球形或类球形,而较明显的复合夹杂物,尤其是高熔点和低熔点的复合夹杂物、变性未完全的夹杂物(如以镁铝结晶石为核心的钙铝酸盐类夹杂物)或未被完全包裹的夹杂物(如CaS包裹未完全的复合夹杂物),则更易被轧制为点链状或条串状,在保证较好的洁净度的前提下,单一成分的球形或类球形夹杂物在轧制过程形成B类夹杂物较少。因此,夹杂物的形状控制应为单一成分的球形或类球形的夹杂物,以减少在轧制之后B类夹杂物出现夹杂物超标的现象。
  综上所述,采用不同工艺生产的管线钢中夹杂物成分相差较大,但均能满足夹杂物检验要求。管线钢中夹杂物控制策略应为小尺寸、单一成分、轧后为球形或类球形,而夹杂物的成分并不重要。(来源:首钢)
葛玲
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