DP780钢中大型夹杂物分析与控制

DP780钢中大型夹杂物分析与控制

毛学  刘增勋

（华北理工大学冶金与能源学院，河北省高品质钢连铸工程技术研究中心，唐山，063009）

摘 要：通过大样电解实验对汽车钢DP780进行了研究，结果表明，稳态铸坯中大型夹杂物以SiO2、SiO2-Al2O3和SiO2-MnO复合氧化物为主；头坯中大型夹杂物以SiO2和SiO2-CaO氧化物夹杂为主；混浇坯中大型夹杂物以SiO2和Al2O3-CaO-MgO复合氧化物为主，尾坯中大型夹杂物以SiO2、SiO2-Al2O3-MnO和SiO2-Al2O3-CaO等复合氧化物为主。稳态坯各样大型夹杂物含量平均为34.25mg/10kg，处于正常水平。头坯大型夹杂物含量为39mg/10kg，比稳态坯高14%，混浇坯大型夹杂物含量平均为33.5mg/10kg，尾坯大型夹杂物含量为35mg/10kg，与稳态坯基本一致。颗粒度在50μm~700 μm之间。

关键词：DP780钢，连铸坯，大型夹杂物， 复合氧化物

Analysis and control of large inclusions in DP780 steel

Mao Xue   Liu Zengxun

(College of Metallurgy & Energy, Key Laboratory for Advanced Metallurgy Technology, Hebei Province High Quality Steel Continuous Casting Engineering Technology Research Center, North China University of Science and Technology, Tang Shan 063009, China.)

Abstract: The high strength double phase steel of automobile steel was studied by large sample electrolysis experiment. The results showed that the large inclusions in the steady casting billet were mainly SiO2, SiO2-Al2O3 and SiO2-MnO compound oxides, and the large inclusions in the head billet were mainly SiO2 and SiO2-CaO oxide inclusions, and the large inclusions in the mixed cast billet were oxidized by SiO2 and Al2O3-CaO-MgO. The main inclusions are SiO2, SiO2-Al2O3-MnO and SiO2-Al2O3-CaO. The average content of large inclusions in steady state billets is 34.25mg/10kg at normal level. The content of large inclusions in the head billet is 39mg/10kg, which is 14% higher than that of the steady state billet. The content of large inclusions in the mixed casting billet is 33.5mg/10kg, and the content of the large inclusions in the tail billet is 35mg/10kg, which is basically the same as that of the steady state billet. The granularity is between 50μm and 700μm.

Key words: DP780 steel, Casting billet, Large inclusion, composite oxide

近年来，我国钢铁产能不断扩大，钢材市场竞争日益激烈，如何大规模、低成本生产高附加值产品已成为企业提高核心竞争力的关键。市场要求汽车板系列钢种具有良好的机械性能和表面质量。钢中大型夹杂物虽然数量不多，但对其性能的影响却很大[1,2]，主要造成钢表面及内部质量缺陷，严重时将影响钢品质。很多钢材中存在大型夹杂物，使得在进行超声波探伤时不合格，导致钢材报废。降低钢中夹杂物，有利于提高钢材的疲劳强度，抗拉伸强度等性能[3]，本文主要研究了DP780钢中大型夹杂物形貌及来源，为夹杂物的降低以至于去除提供了依据。

1 试验方案

DP780钢的生产工艺流程:高炉炼铁→150tBOF→RH→LF精炼→CC。铸坯断面尺寸为1400mm250mm。拉速1.0 -1.4 m/min，试样钢种DP780钢的主要化学成分如表1所示

本实验对某厂生产DP780钢的稳态坯，头坯，混浇坯，尾坯分别进行取样，并针对样品采用大样电解方法[4]对大型夹杂物进行分析研究。大样电解法主要用于分析钢中大于50μm的夹杂物。此外，大样电解还有其独有的特点[5]：如电解试样大，夹杂物更具代表性.以及能够完美的体现大型夹杂物的形貌特征等。并且此方法简单，可以电解大量的金属，系统分离夹杂物，应用广泛。

大样电解试样在连铸坯上的取样位置位于铸坯宽度方向1/4处，如图1所示。试样的尺寸长25mm、宽25mm、高150mm。根据前人研究经验[6]进行变动，其质量约为1kg，置于6A串联电路中进行1周的电解试验。电解及淘洗装置如图2所示。对大样电解液进行淘洗、烘干、筛选、分类并称重，然后利用电镜及能谱分析其形貌和组成。

表1 DP780钢成分表

Table1 DP780 steel composition table

1.2大型夹杂物总量计算方法

钢中大型非金属夹杂物含量一般以mg/10kg为单位，将试样电解前的质量设定为G初，电解后剩余质量设定为G终，分离出的非金属夹杂物质量设定为G3，由此得到非金属夹杂物含量计算公式[7]为

式中:β铸坯中非金属夹杂物的含量；mg/10kg; G初电解前的质量，g；G终电解后剩余质量，g；G3分离出的非金属夹杂物总质量,mg。

2 研究结果及分析

2.1 大型夹杂物含量

依据公式（1）得到每一个取样时间段内的大型夹杂物的总质量分布见图3稳态坯W1、W2、W3、W4大型夹杂物含量平均为34.25mg/10kg，处于正常水平。头坯W0大型夹杂物含量为39mg/10kg，比稳态坯高14%，混浇坯W3-4、W4-5大型夹杂物含量平均为33.5mg/10kg，低于稳态状态下夹杂物含量，在更换钢包过程中，钢水液面波动小。尾坯W7大型夹杂物含量为35mg/10kg。

由图4可以看出各浇筑坯中夹杂物颗粒度小于140μm含量明显大于其他两类，说明钢中大型夹杂中小颗粒含量较多，稳态坯中颗粒度大于300μm的占其总个数19%、140μm-300μm占37.2%，小于140μm占43.8%；头坯中夹杂物颗粒度大于300μm的占25.6%、140μm-300μm占28.2%，小于140μm占46.2%；混浇坯中颗粒度大于300μm占21%、140μm-300μm占22.3%，小于140μm占56.7%，混浇坯中小颗粒度夹杂所占比例明显高于头坯和稳态坯，尾坯中颗粒度大于300μm的占20%、140μm-300μm占20%，小于140μm的占40%。

2.2 大型夹杂物种类及来源

利用体视显微镜放大40倍观察大型夹杂物形貌如图5所示头坯中黄色、黑黄色小球状夹杂约85%，黄色不规则颗粒夹杂约15%，粒径：50μm-700μm。稳态坯中白色不规则颗粒夹杂约65%，黑色小球状夹杂、黄色不规则颗粒夹杂约35%，粒径：50μm-500μm。混浇坯中白色不规则颗粒夹杂约75%，黄色、黑黄色小球状夹杂约25%，粒径：50μm-600μm。尾坯中白色不规则颗粒夹杂约85%，黄色不规则颗粒夹杂约15%，粒径：50μm-400μm。

1）稳态坯 稳态铸坯中大型夹杂物以SiO2、SiO2-Al2O3和SiO2-MnO复合氧化物为主，粒度50μm~400 μm。SiO2类夹杂约占50%，属于外来固体夹杂。其典型形貌及能谱如图6，表2所示。

表2 W590X稳态坯SiO₂夹杂成分分析表（%）

Table 2 analysis table of SiO2 inclusion composition for W590X steady billet (%)

含CaO-SiO₂-Al₂O₃类夹杂约占30%，为脱氧产物上浮到结晶器液面卷渣。其形貌及能谱如图7，其成分如表3；

表3 W590X稳态坯SiO₂-Al₂O₃夹杂成分分析表（%）

Table 3 W590X analysis of SiO2-Al2O3 inclusion composition for steady billet (%)

含SiO₂-MnO类夹杂约占20%，为脱氧产物。其形貌及能谱如图8，其成分如表4；

表4 W590X稳态坯SiO₂-MnO夹杂成分分析表（%）

Table 4 analysis table of SiO2-MnO inclusion composition for W590X steady billet (%)

2）头坯 头坯中大型夹杂物以SiO₂和SiO₂-CaO氧化物夹杂为主，粒度在50μm~600 μm。SiO₂类夹杂约占70%，属于外来固体夹杂。其形貌及能谱图如图9，其成分如表5

表5 W590X头坯含SiO₂的夹杂成分分析表（%）

Table 5 analysis table of inclusions containing SiO2 in W590X head blank (%)

含SiO₂-CaO-Al₂O₃类夹杂约占30%，为脱氧产物上浮到结晶器液面卷渣，其形貌及能谱如图10，其成分如表6；

表6 W590X头坯含SiO₂-CaO的夹杂成分分析表（%）

Table 6 analysis table of inclusions containing SiO2-CaO in W590X head blank (%)

3）混浇坯中大型夹杂物以SiO₂和Al₂O₃-CaO-MgO复合氧化物为主，粒度在50μm~300 μm。SiO₂类夹杂占60%，属于外来固体夹杂。其形貌及能谱如图11，其成分如表7

表7 W590X混浇坯SiO₂夹杂成分分析表（%）

Table 7 SiO2 inclusion composition analysis table for W590X mixed billet (%)

含Al₂O₃-CaO-MgO类夹杂约占40%，来自卷渣。其形貌及能谱如图12，其成分如表8;

表8 W590X混浇坯Al₂O₃-CaO-MgO夹杂成分分析表（%）

Table 8 Al2O3-CaO-MgO inclusion composition analysis table for W590X mixed billet (%)

4）尾坯中大型夹杂物以SiO2、SiO2-Al2O3-MnO和SiO2-Al2O3-CaO等复合氧化物为主，粒度在50μm~300 μm。SiO2类夹杂约占60%，属于外来固体夹杂。其形貌及能谱如图13，其成分如表9

表9 W590X尾坯SiO₂夹杂成分分析表（%）

Table 9 W590X tail billet SiO2 inclusion composition analysis table (%)

含SiO₂-Al₂O₃-MnO类夹杂约占20%，为脱氧产物的卷渣。其形貌及能谱如图14，其成分如表10；

表10 W590X尾坯SiO₂-Al₂O₃-MnO夹杂成分分析表（%）

Table 10 SiO2-Al2O3-MnO inclusion composition analysis table for W590X billet (%)

含SiO₂-Al₂O₃-CaO类夹杂约占20%，来自卷渣。其形貌及能谱如图15，其成分如图11；

表11 W590X尾坯SiO₂-Al₂O₃-CaO夹杂成分分析表（%）

Table 11 SiO2-Al2O3-CaO inclusion composition analysis table for W590X billet (%)

3 结论

1）稳态坯各样大型夹杂物含量平均为34.25mg/10kg，处于正常水平。头坯大型夹杂物含量为39mg/10kg，比稳态坯高14%，混浇坯大型夹杂物含量平均为33.5mg/10kg，尾坯大型夹杂物含量为35mg/10kg，与稳态坯基本一致。颗粒度在50μm~700 μm之间。大型夹杂大部分来源于外来固体夹杂和脱氧产物，少部分来源于脱氧产物上浮到结晶器液面卷渣。

2）大型夹杂物中发现超过50%的纯SiO2类夹杂物，应检测引流剂的品质。

3）混浇坯中小颗粒夹杂物所占其总夹杂物所占比例远远大于头坯、稳态坯和尾坯，总体来说小颗粒夹杂物个数较多及小于140μm夹杂。

参考文献

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