高级别管线钢精炼过程中夹杂物的控制研究

赵孝章　方磊

摘要：以南钢高级别管线钢为研究对象，研究管线钢精炼过程中钢中全氧含量以及夹杂物组成、类型和数量的变化规律。结果表明，南钢高级别管线钢全氧含量平均为10×10-6，钢中10μm以下夹杂物所占比例为95.89%，钢水具有很高的洁净度；LF精炼过程中夹杂物的转变规律为Al2O3、MgO-Al2O3、Ca-MgO-Al2O3，钙处理后为CaO-Al2O3-CaS，表明钢中夹杂物得到了有效地变质处理。

关键词：管线钢；夹杂物；全氧；钙处理

1前言

管线钢中的非金属夹杂物是产生氢致裂纹（HIC）和硫化物应力开裂（SCC）的主要根源之一[1-4]，因此必须严格控制管线钢冶炼过程中夹杂物的析出、变质以及去除等。管线钢冶炼过程中，精炼的主要作用是将MnS和Al2O3类夹杂物变质为球形的CaS和钙铝酸盐，从而提高管线钢的低温冲击韧性和抗HIC性能，减少钢板的各向异性[5-7]。

随着管线钢级别要求的提高，用户对钢中非金属夹杂物的要求也日益苛刻。为了尽可能地降低钢中非金属夹杂物，必须对精炼各个环节中夹杂物的形貌、数量、组成及变化规律进行研究，以便深入了解各个环节钢中夹杂物的行为特性，从而采取针对性措施，更加有效地控制钢中夹杂物。

本文以南钢生产的高级别管线钢为研究对象，系统地研究分析了精炼过程中夹杂物的变化规律，为南钢高级别管线钢的稳定高质生产提供了有力的保障。

2研究方法

采用铁水预处理-150t转炉-LF炉-RH-钙处理-连铸工艺路线冶炼高级别管线钢。在冶炼过程中，铁水预处理按照终点[S]≤0.002%模式处理，扒渣后可见铁水面保证≥3/4；转炉采用自产废钢，出钢采用铝脱氧，同时加入合金进行合金化；LF快速造白渣，进行脱氧、深脱硫；RH真空脱气，去夹杂；之后进行钙处理和静搅，达到变质和去除夹杂物的目的；连铸采取严格的密封保护浇铸，防止钢水的增氮和二次氧化。

本文对LF到站、LF出战、RH处理结束和中间包钢水进行夹杂物的取样分析。对所取试样的全氧进行了分析，利用ASPEX夹杂物自动检测分析系统分析夹杂物的组成、类别和数量。

3结果分析与讨论

图1为冶炼过程中钢中全氧的变化情况。钢中全氧含量可以大体表征钢中氧化物夹杂的水平，钢的全氧含量越低则钢中氧化物夹杂越少。由图1可知，LF进站时钢中的全氧含量平均为30×10-6，在LF精炼过程中钢水全氧含量逐步降低，至LF处理结束时，钢中全氧含量已经降低到19×10-6；经RH真空处理后，钢中全氧含量进一步降低到14×10-6；在经过钙处理和静搅后，钢中全氧含量降低到11×10-6，中间包钢水中的全氧仍保持在10×10-6左右。由此表明，经过上述工艺处理后，钢水具有比较高的洁净度。

图2和图3表示冶炼过程中夹杂物形貌、组成、类别和数量的变化规律。由图可知，在LF进站前，钢中夹杂物主要以氧化铝为主，这是转炉炉后采取铝脱氧的结果，且夹杂物的数量较多，尺寸较大呈簇群状分布；经过LF处理后，钢中夹杂物的成分发生了改变，主要以CaO-MgO-Al2O3系夹杂为主，其中的MgO主要来自于钢包侵蚀和渣金反应，同时夹杂物的数量也略有降低，夹杂物的形貌也以球形为主；在经过RH真空处理后，钢中夹杂物的组成基本不变，但其数量大大降低，说明RH真空处理能有效地去除钢中夹杂物；通过钙处理和静搅后，钢中夹杂物的组成又发生了改变，主要以CaO-Al2O3-CaS系夹杂为主，说明钙处理起到了很好的变质效果，但夹杂物的数量略有增加；通过中间包对夹杂物的上浮去除，钢水到中间包后，夹杂物的数量大大减少，起到了良好的去除夹杂物的目的。

4结论

以南钢高级别管线钢为研究对象，研究管线钢精炼过程中钢中全氧以及夹杂物组成、类型和数量的变化规律。结果表明：

（1）南钢高级别管线钢中全氧含量平均为10×10-6，钢中10μm以下夹杂物所占比例为95.89%，表明钢水具有很高的洁净度；

（2）LF精炼过程中夹杂物的转变规律为Al2O3、MgO-Al2O3、Ca-MgO-Al2O3，钙处理后为CaO-Al2O3-CaS，表明钢中夹杂物得到了有效地变质处理。

参考文献：

[1]刘建华,包燕平.高级别管线钢精炼工艺分析[J].北京科技大学学报,2007,20(08):56.

[2]Takahashi A, Ogawa H. Influence of Microhardness Inclusion on Stress Oriented Hydrogen Induced Cracking of Line Pipe Steel [J]. ISIJ International, 1996,36(03):334.

[3]张彩军,蔡开科.管线钢的性能要求与炼钢生产特点[J].炼钢, 2002,18(05):40.endprint