酒鋼CSP Q345B鋼鑄坯潔凈度的研究

馬明勝， 劉佳偉

（1.酒鋼集團(tuán)宏興股份公司碳鋼薄板廠， 甘肅 嘉峪關(guān) 735100；2.北京科技大學(xué)， 北京 100083）

Q345B鋼具有良好的綜合力學(xué)性能、低溫性能、塑性和焊接性能，廣泛應(yīng)用于橋梁、車輛、船舶、建筑、壓力容器等領(lǐng)域[1-2]。同時(shí)Q345B的鑄坯潔凈度控制是其他高品質(zhì)鋼種生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是限制其他高品質(zhì)鋼質(zhì)量進(jìn)一步發(fā)展的主要因素[3-4]。酒鋼集團(tuán)宏興股份公司（全文簡(jiǎn)稱酒鋼）Q345B采用鐵水脫硫—轉(zhuǎn)爐—LF精煉爐—CSP連鑄坯的流程生產(chǎn)，為進(jìn)一步優(yōu)化和提高酒鋼Q345B鋼鑄坯質(zhì)量，對(duì)酒鋼現(xiàn)行工藝條件下生產(chǎn)的Q345B鋼鑄坯潔凈度進(jìn)行深入的研究和分析，為提高CSP生產(chǎn)鑄坯的質(zhì)量提高提供理論依據(jù)和控制措施。

1 試驗(yàn)方案

本次研究選取酒鋼生產(chǎn)Q345B鋼澆注中期的三個(gè)爐次，在鑄坯寬度方向距離內(nèi)弧1/4處加工出Φ5 mm×50 mm 棒樣、15 mm×15 mm×15 mm 的金相試樣和50 mm×50 mm×150 mm的矩形試樣。分別對(duì)以上試樣進(jìn)行氧氮分析，電子顯微鏡觀察和大樣電解試驗(yàn)。其Q345B具體的化學(xué)成分見表1所示。

表1 Q345B化學(xué)成分 %

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 鋼中T[O]和[N]含量

鋼中T[O]含量可以表征鋼液中夾雜物的總量，鋼液中[N]含量可以表征鋼液的二次氧化情況[3]。因此本研究鑄坯中T[O]和[N]含量，以確定鑄坯的整體夾雜物水平，檢測(cè)結(jié)果如圖1所示。

圖1 鑄坯中w(T[O])和w([N])

由圖1可知，鑄坯中w(T[O])的平均值為28.0×10-6，w([N])的平均值為 41.0×10-6。由于酒鋼 Q345B冶煉流程采用LF精煉工藝，同時(shí)采用先強(qiáng)后弱的脫氧工藝，LF精煉強(qiáng)化鋼包爐中的氣氛控制和連鑄過(guò)程保護(hù)澆注，其鑄坯中T[O]和[N]含量控制均處于較低的水平。

2.2 顯微夾雜物分析

顯微夾雜物指尺寸小于50 μm，且在金相顯微鏡下可以觀察到的夾雜物。這類夾雜物對(duì)于鋼的疲勞性能和韌性都有很大的影響[5]。本次研究統(tǒng)計(jì)了三個(gè)爐次鑄坯顯微夾雜物的尺寸分布和成分組成。

顯微夾雜物按照粒徑 R 分為 R＜5 μm、5 μm≤R＜10 μm、三個(gè)等級(jí)，分布情況如下頁(yè)圖2所示。由圖2可知Q345B鑄坯中夾雜物基本集中在R＜5 μm的范圍內(nèi)，顯微夾雜物尺寸均偏小。

顯微夾雜物多數(shù)呈塊狀或球狀，少量的MnS為不規(guī)則的短棒狀，其主要類型有以下三類:純MnS或MnS-CaS的復(fù)合夾雜；以Al2O3-CaO（MgO）為核心，包裹著MnS和CaS的夾雜；以Al2O3-SiO2-CaO（MgO）為核心，包裹著MnS和CaS的夾雜。分布情況如圖3所示。典型夾雜物掃描電鏡形貌分別如圖4、圖5、圖6和圖7所示。

圖2 顯微夾雜物尺寸分布

圖3 顯微夾雜物類型分布

圖5 MnS-CaS的復(fù)合夾雜形貌及能譜

圖6 以Al2O3-CaO（MgO）為核心夾雜物及能譜

圖7 以Al2O3-SiO2-CaO（MgO）為核心夾雜物及能譜

2.3 大型夾雜物分析

大型夾雜物通常是指尺寸大于50 μm的夾雜物，相比顯微夾雜物其大多由冶金反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和工藝不合理而引起的外來(lái)夾雜物卷入或者鋼液的二次氧化，由于其尺寸大且分布不規(guī)律，對(duì)鋼材性能危害極大，因此必須嚴(yán)格控制鑄坯中大型夾雜物的尺寸和數(shù)量[7-8]。本次研究Q345B鑄坯中大型夾雜物總量如圖8。大型夾雜物按照成分分類統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。

圖8 大型夾雜物總量

表2 夾雜物成分統(tǒng)計(jì)

由圖8可知，三個(gè)爐次夾雜物總量的平均值為6.6 mg/kg，第一爐次大型夾雜物總量1.74 mg/kg與第二爐次大型夾雜物總量13.8 mg/kg相差12.06 mg/kg，說(shuō)明Q345B鋼鑄坯中大型夾雜物具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，酒鋼Q345B冶煉工藝穩(wěn)定性有待優(yōu)化提高。

本次大樣電解試驗(yàn)共發(fā)現(xiàn)28顆大型夾雜物。大型夾雜物主要成分是Al2O3占總體的3.5%，夾雜物尺寸偏小，形狀不規(guī)則；主要成分是SiO2占總體的14.28%，夾雜物為大型球狀?yuàn)A雜。其余夾雜物為CaO、Al2O3、MgO、MnO 和 SiO2形成的復(fù)合夾雜物。大型夾雜物中43%含有鈦氧化物，含鈦的大型夾雜物中氧化鈦占其摩爾總量超過(guò)30%。大型夾雜物中32%含Na，68%含K，25%同時(shí)含有 Na和K；在2爐次中，92.3%的大型夾雜物含有Na或者K，說(shuō)明大型夾雜物的主要來(lái)源為結(jié)晶器卷渣。防止保護(hù)渣卷渣一方面要選擇黏度合理的保護(hù)渣，另一方面對(duì)于直筒式水口要優(yōu)化水口插入深度，對(duì)于側(cè)開孔水口要優(yōu)化水口出口傾角和插入深度，以防止保護(hù)渣卷渣[3]。

3 結(jié)論

1）Q345B 鋼鑄坯中 w（T[O]）的平均值為 28.0×10-6，w（[N]）的平均值為 41.0×10-6，酒鋼 Q345B 鋼鑄坯中T[O]和[N]含量控制水平較高。

2）Q345B鋼鑄坯中顯微夾雜物基本集中在R＜5 μm的范圍內(nèi)，顯微夾雜物尺寸均偏小。顯微夾雜物多數(shù)呈塊狀或球狀，少量的MnS為不規(guī)則的短棒狀，其主要類型有以下三類:純MnS或MnS-CaS的復(fù)合夾雜；以Al2O3-CaO（MgO）為核心，包裹著MnS和CaS的夾雜；以Al2O3-SiO2-CaO（MgO）為核心，包裹著MnS和CaS的夾雜。

3）Q345B鋼鑄坯中大型夾雜物具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，酒鋼Q345B冶煉工藝穩(wěn)定性有待優(yōu)化提高。大型夾雜物中32%含Na，68%含K，25%同時(shí)含有Na和K；在2爐次中，92.3%的大型夾雜物含有Na或者K，說(shuō)明大型夾雜物的主要來(lái)源為結(jié)晶器卷渣。