履带板用钢25MnBM夹杂物控制实践

贺云鸿

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司特钢事业部，山东莱芜271105）

履带板用钢25MnBM夹杂物控制实践

贺云鸿

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司特钢事业部，山东莱芜271105）

通过对履带板用钢25MnBM连铸坯断面进行分析，发现夹杂物的成分主要是Al2O3。主要介绍在冶炼过程中通过提高电炉终点碳至0.12%以上，电炉出钢过程向钢包中加入2.0 k g/t钢钢芯铝，精炼过程中减少铝的加入量，优化钙处理工艺，提高VD处理强度，延长软吹时间至20min，在连铸生产中全程保护浇注，将B类夹杂物级别控制在0.5级以下,满足产品质量要求。

25MnBM夹杂物钙处理保护浇注

25MnBM是一种低合金钢，其用途是制作挖掘机的鞋底履带板,其较高的性价比很好地满足了市场的要求。但是,在实际使用过程中，夹杂物含量超标会对重型机械履带板的使用寿命产生较大影响。该产品在试制初期，对连铸坯的金相检测过程中，发现有部分夹杂物超标。通过分析，主要是以Al2O3为主的B类夹杂物。25MnBM作为铝脱氧镇静钢，Al2O3是钢中的主要夹杂物，该夹杂物为脆性夹杂，会导致履带板在使用过程中产生开裂。在25MnBM钢的成分设计上，铝作为化学成分进行控制，在生产过程中铝的加入量较大，造成因脱氧产生Al2O3较多。山钢股份莱芜分公司特钢事业部会同山推股份及沃尔沃有关技术人员，对产生的原因进行分析，优化生产工艺，使铸坯中Al2O3夹杂物含量符合质量要求。

1 夹杂物检测情况及原因分析

使用扫描电子显微镜（SEM）和Thermo Noran能谱仪（EDS）对某一炉号的铸坯断面作金相分析，如图1。从能谱图分析，夹杂物为镁铝尖晶石类，主要成分为Al2O3和MgO。从夹杂物的形状看有棱角，是典型的Al2O3的形貌。在生产中，需要对Al2O3进行钙处理，便于排除。但从显示的形状看，Al2O3不是钙处理后的球状，证明钢水中钙的加入量不足，Al2O3变性不充分。25MnBM钢的生产过程中要加入一定量的铝，既要满足脱氧的需要，又要起到细化晶粒的作用，而Al2O3的产生是不可避免的，重要的是尽可能地将其去除掉，这也是所有铝脱氧镇静钢面临的共同问题。

图1 夹杂物形貌及能谱图（100×）

2 生产工艺优化

2.1 工艺流程

25MnBM钢的生产工艺流程为:50 tEAF+50 t LF+60 tVD+CC，出钢量50 t。

2.2 电炉终点控制及合金化

电炉原料采用的是高铁水比例操作模式配料，铁水比例大于70%，保证熔清碳大于0.80%。电炉出钢终点[C]由原先的不小于0.07%增加到0.12%，理论计算可以将钢水中溶解氧质量分数降低了40%以上。电炉出钢温度控制在1 620~1 640℃之间，电弧炉采用偏心底出钢，可以实现无渣快速出钢，50 t钢水的出钢时间控制在180 s以内。预脱氧工艺由原来的硅锰脱氧改为硅锰与钢芯铝复合脱氧，钢芯铝中纯铝的质量分数为70%。脱氧及合金化的顺序为硅锰→高锰→钢芯铝→渣料。电炉出钢预脱氧使用钢芯铝的加入量为2 kg/t钢。铝是强脱氧剂，可以使钢水中的溶解氧迅速降低。电炉出钢后对钢包进行取样分析，将钢包样Als的质量分数控制在0.05%~0.08%，高的酸溶铝含量可以使钢水的溶解w[O]≤0.000 5%，提高钢水的洁净度。

钢液中铝脱氧的反应式为

低碳铝镇静钢中，A12O3是典型的脱氧夹杂物，在高氧浓度条件下，脱氧生成的氧化铝夹杂物呈树枝状[1]，另外脱氧产物弥散细小，具有较高的界面能，氧化铝夹杂容易通过碰撞、聚集形成三维点簇状[2]，更容易上浮。因此，优化后的工艺将铝的加入时机前移，减少LF冶炼过程中铝的加入量。在钢包合金化方面，保证合金成分配比进入规格下限，减少精炼过程合金的微调量。

2.3 精炼冶炼

电炉出钢完毕后，将钢包吊至LF位进行冶炼，到精炼位进行钢水测温，温度控制在1 520~1 540℃之间，保证电炉出钢配入的石灰、炉渣、合金熔化彻底，精炼送电化渣，在稀薄渣前提下使用w（SiC）= 90%进行扩散脱氧。在炉渣的选择方面，既要选择脱氧好的高碱度炉渣，又要保持炉渣良好的流动性，有利于Al2O3夹杂的吸附。高碱度渣能够降低钢水的氧含量，25MnBM钢坯氧含量的控制目标小于15× 10－6，因此在冶炼过程中采用碱度大于4.0的炉渣。高碱度炉渣能够降低炉渣中氧的活度，渣中SiO2中的氧是不稳定的，极易向钢水中传输，高碱度炉渣是目前冶炼低氧含量钢种的最佳选择。对于精炼渣的吸附能力来说，根据赵东伟[3]等人的研究，曼内斯曼指数IM=w（CaO）/[w（Al2O3）·w（SiO2）]=0.1～0.2时，最有利于炉渣吸附Al2O3。

在精炼渣的配比上，使用活性石灰和专用预熔渣配成较为环保的三元渣系，去掉萤石的使用。精炼渣中通过提高Al2O3的含量，来降低炉渣的熔点，保持炉渣合理的流动性。表1和表2分别为专用预熔渣成分和精炼渣系成分。

表1 专用预熔渣成分%

表2 25MnBM钢精炼渣系成分和碱度

在精炼过程中利用全程吹氩来去除夹杂物。朱苗勇[4]等人的研究表明，在精炼过程中先大氩气后小氩气对夹杂物的去除是有效的。王帆[5]研究认为，夹杂物的去除行为主要发生在吹气后的前8min内，且0~4min时间段内夹杂物去除最快。在生产过程中，电炉出钢的同时，钢包内即吹入氩气，直到将钢包吊到精炼位置，全程吹气。从电炉出钢到精炼送电，时间大于8min，这段时间内吹氩的标准是只要钢水不裸露，氩气尽可能大，以便去除脱氧及合金带入的夹杂物。LF送电冶炼以后，将氩气调整到软吹位置，进行冶炼。在炉渣变白以后，白渣保持时间大于20 min，期间将成分微调合格，保证在VD冶炼过程中杜绝进行成分调整，LF出钢前进行钙处理，钙处理是减少钢水中Al2O3夹杂物非常重要的一个环节。

钢液中钙含量达到一定程度时,会发生以下反应[6-7]。

钙处理的目的是将钢水中[Al2O3]进行变性，变成低熔点、球形的钙铝酸盐，便于上浮。从前面夹杂物分析看，带有棱角形状的夹杂物是没有变性的，不易上浮。蔡小锋[8]等人研究认为，在炼钢温度下, 12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3为液态。在1 873 K，当w（Al）为0.030%时,w（O）控制在0.000 5%～0.001 7%时,钢中夹杂物变性效果较好。w（Ca）控制在0.0007%～0.003 0%,钢中夹杂物变性效果较好；当钢中w（Ca）控制在0.001 0%时,Al2O3性为12CaO·7Al2O3,此时达到理想钙处理效果，12CaO·7Al2O3夹杂物中熔点的温度为1 455℃。因此在实际生产中，将w（Ca）控制在0.001 0%～0.003 0%之间。钙处理的前提条件是将钢水中的[O]和[S]脱得尽量低，以减少钙的脱氧损耗和高熔点CaS的生成，CaS也是连铸水口堵塞重要的夹杂物。根据林平[9]等人研究CaS的生成条件，钙处理前对钢水进行深脱S，w（S）控制目标低于0.010%，可减少钙处理时产生CaS。

2.4 VD处理

真空精炼是冶炼洁净钢不可缺少的环节，VD炉是较为普遍采用的设备。在实际生产过程中发现，凡是未经过VD处理的钢水，其流动性明显较处理过的差。有统计资料表明，VD过程去除夹杂物的效率可以达到40%以上。朱伦才[10]研究指出，通过VD后期及破空以后的软吹弱搅拌去除夹杂物，夹杂物数量大幅减少，由14.2个/mm2降至7.1个/mm2。葛允宗[11]等试验指出，钢水经过VD真空处理后，w(TO)由36.7×10-6下降到19.8×10-6,此过程中钢水w（TO）平均降低了16.9×10-6下降幅度为46.05%。真空状态下的强氩气搅拌，能促进夹杂物的相互碰撞和快速上浮。

在钢水进行VD处理过程中，钢水中Al（s）会与渣中的（SiO2）反应，反应式：

以上反应位置位于钢渣界面，如果破空后的软吹效果不好，会导致（Al2O3）卷入钢水中，污染钢水，因此软吹的作用不可替代。

为保证钢的性能，VD处理后钢水中w（Als）要控制在0.020%~0.040%之间，考虑到[Al]在VD过程中的损耗，进VD之前钢水中w（Al）控制在0.035% ~0.060%之间，才能保证VD后合格。较高的铝含量不仅能降低钢水中的溶解[O]，而且能够保证钢材良好的物理性能。用贺力氏定氧仪VD后溶解[O]含量，全部小于0.000 5%，保证了成品w（TO）≤0.001 5%符合要求。钢材的全氧含量反映了B类夹杂物级别的高低，钢水在精炼过程中，全氧呈下降趋势，图2为钢水从LF到VD后的全氧降低趋势图。

钢水在小于67 Pa真空状态以下保持不小于12 min，氩气流量控制在60~80 L/min，破空后进行软吹20~25min后上连铸，钢水流动性较好，使用整体塞棒中间包连续工作时间可达到18 h。

2.5 连铸保护浇注

连铸过程是钢水被污染的过程，25MnBM钢中铝含量高，铝在连铸过程中会发生一定的降幅，降幅的大小反映的是保护浇注的效果好坏。从实际检测分析，钢水中的铝质量分数与铸坯中的铝质量分数的差别最高的可达0.012%，出现在中包第一炉，证明铝与空气中的氧气、钢包耐材中MgO、保护渣中SiO2等发生反应，产生（Al2O3），增加了夹杂物的数量。

图2 各个冶炼过程的全氧含量变化

钢水中溶解铝与渣中和耐火材料中的氧镁发生的反应如下[12-13]:

为减少铝的二次氧化产生Al2O3夹杂，在连铸生产中采用大包长水口氩气保护，使用整体塞棒中间包，减少浸入式水口吸气，中间包涂料采用高强度耐火材料，使用时间控制在18 h以内。连铸第一炉开浇采用满包开浇，保证夹杂物在中间包内充分上浮，对铸坯进行分流逐支标示，对第一炉铸坯作低倍分析，直至夹杂物合格判为合格产品为止。中间包最后一炉，中包液面不低于400mm停浇，防止后期卷渣。

3 工艺优化后产品中夹杂物分析

工艺优化后，对连续6个炉号的连铸坯取低倍样做金相分析，对B类夹杂物中B粗、B细分别分析两次，检测夹杂物级别全部小于0.5级（见表3），级别符合技术要求B细不大于2.0，B级粗不大于1.0，达到预期效果，表3为6个炉号的夹杂物检验情况。

表3 工艺优化后25MnBM连铸坯夹杂物级别

4 结论

1）电炉通过提高终点碳含量来减少钢水氧含量，是减少脱氧夹杂物最根本、最经济、最有效的措施。冶炼过程中通过提高铁水加入量，保证配碳量，减少因脱P导致的碳损耗。

2）大氩气搅拌钢水对去除电炉出钢过程中产生的大颗粒簇状氧化铝夹杂很有效。

3）LF后期加入的铝生成的Al2O3夹杂物为球形夹杂，熔点高，颗粒小不易上浮，合理的钙处理工艺使之变成低熔点的钙铝酸盐，进行排除。

4）真空处理对于去除夹杂物非常有效，真空处理过程中合理的吹氩曲线，防止二次卷渣。软吹的作用是不可替代的，可以消除真空处理过程中因卷渣造成的夹杂物超标。

5）连铸使用大包自动下渣检测，整体塞棒包，氩气保护浇注可以减少因钢水二次污染导致的夹杂物超标。

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（编辑：苗运平）

Practice of Process for Inclusion Control of 25M nB Steel Track Board

HE Yunhong

（Special Steel Division of Laiwu Branch Com pany,Shandong Iron and Steel Co.,Ltd., Laiwu Shandong 271105）

Based on the analysis of 25MnB steel track board continuously cast bloom,the main composition of inclusions are found to bemainly Al2O3.This paper introduce increasing of EAF end[C]≥0.12%in smelting,adding 2.0 kg/T aluminium cladding with steel in ladle,reducing adding aluminium in refining,optimizing technology of calcium treatment,improving strength of VD treatment,expanding soft blowing time for 20 minutes.In continuous casting protecting pouring is used,and the rating of B series inclusion is≤0.5,whichmeets the requirementof quality for product.

25MnBM,inclusion,calcium treatment,protecting pouring

TF775

A

1672-1152（2017）02-0051-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.02.19

2016-12-21

贺云鸿（1971—），男，工程师，1993年毕业于重庆钢铁高等专科学校炼钢及铁合金专业，从事特殊钢工艺研究。