ZG230-450铸钢中Ⅱ型夹杂物的控制

作者：信息来源:模具 2008-6-9

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摘要: 阐述了铸钢中Ⅱ型夹杂物的产生原因及控制措施关键词：铸钢中夹杂物。控制文献标识码： A文章编号：1000-8365（1999）03-0012-03Control of the Type Ⅱ Inclusion in the ZG230-450HUANG Chun-yu(Wuchang Rolling Stock Work, Wuhan 430062, China)Abstract： Int...

摘要: 阐述了铸钢中Ⅱ型夹杂物的产生原因及控制措施
关键词： 铸钢中夹杂物；Ⅱ型；控制
文献标识码： A　　文章编号：1000-8365（1999）03-0012-03

Control of the Type Ⅱ Inclusion in the ZG230-450

HUANG Chun-yu
(Wuchang Rolling Stock Work, Wuhan 430062, China)

Abstract： Introduction of controling and causation of the type Ⅱ inclusion in the ZG230-450 wrer given.
Key words: Inclusion; Type Ⅱ;Control

　　钢中的夹杂物，按形状分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型，其中以Ⅱ型对基体的影响最大。我厂主要生产铁道车辆配件，材质为ZG230-450，对夹杂物限制较严，曾因夹杂物超标而造成大量废品。对此我厂进行了较时间的研究。

1　基本情况

　　我厂采用3 t碱性电弧炉炼钢及综合脱氧工艺，脱氧剂为锰铁、硅铁、硅钙粉，铝条终脱氧剂。冶炼钢种为ZG230-450，化学成分：0.20%～0.30% C; 20%～0.50% Si;0.50%～0.90% Mn;≤0.04% P、S; ≤0.03% Cu。
　　注明：每减少0.01%的碳允许增加0.04%的锰；锰的最高含量为1.2%。 2　成分分析
　　一般理论认为Ⅱ型夹杂物是MnS与FeS的共晶体，"S"是产生Ⅱ型夹杂物的主要元素。若是样，那么Ⅱ型夹杂物硫含量应为：36.66%(S、Mn、Fe三元素的原子量依次为32.064、54.938、55.847)。
　　为弄清Ⅱ型夹杂物的成因，我厂委托武汉水运工程学院观微测试中心，对冲击试样断口进行了电镜、能谱分析(扫描电镜型号：S-570；能谱仪型号：PV900/75；试样化学成分：0.23% C; 0.48% Si; 0.90% Mn; 0.033% P; 0.014% S)结果显示，Ⅱ型夹杂物是一种含有多种化合物并可能固溶多种元素的复杂共晶体；成分各不相同，即使在同一试样、同一断口、同一视场内，形状相近的Ⅱ型夹杂物，其成分也可能相差较大。在分析中发现，有些Ⅱ型夹杂物中不含"S"，与已知理论有一定出入。现选几幅有代表性的图片分析如下：
　　图1为冲击试样断口放大400倍时的一个视场，其中有两处呈鱼骨状分布、短条状的Ⅱ型夹杂物(方框内)；将其进一步放大到1 500倍，见图2(a、b)；两图中C、D两点表面整齐无尖角，C点接近圆形；A、B点形状不规则，B点较长。进行能谱分析显示，诸点的主要成分是"S"、"Mn"、"Fe"。A、B、C、D各点的"S"含量依次为25.8%、17.16%、29.05%、33.34%。其中D点的"S"含量接近于36.66%，其它各点的"S"含量均小于36.66%，说明这些夹杂物中除MnS、FeS外还固溶有"Mn"、"Fe"，或者含有"Mn"、"Fe"的其化合物。

图1　冲击试样断口电镜照片　×400
Fig.1　SEM photo of fracture　×400　

图2　Ⅱ型夹杂物电镜照片　×1350
Fig.2　SEM photo of type Ⅱ inclusion　×1350

　　图3、图4、图5为同一断口的不同视场，对图中的Ⅱ型夹杂物E、F、G、H、F点的主要成分为"S"、"Mn"、"Fe"，三元素的含量依次为18.85%、49.01%、32.14%，见图3。Ⅰ点的主要成分为"Si"、"S"、"Mn"、"Fe"，含量依次为1.94%、4.55%、25.45%、58.67%；E、G、H各点"S"含量极小，依次为1.41%、3.17%、1.93%。以上5点的主要成分都是"S"、"Mn"、"Fe"，与A、B、C、D点基本相近，只是"S"含量远小于36.66%。

(a) F点能谱分析图　　　　　　(b) Ⅱ型夹杂物　×900
图3　Ⅱ型夹杂物电镜照片
Fig.3　SEM photo of type Ⅱ inclusion

(a) J点能谱分析图　　　　　　(b) Ⅱ型夹杂物　×1350
图4　Ⅱ型夹杂物电镜照片
Fig.4　SEM photo of type Ⅱ inclusion

(a) K点能谱分析图　　　　　　(b) Ⅱ型夹杂物　×1500
图5　Ⅱ型夹杂物电镜照片
Fig.5　SEM photo of type Ⅱ inclusion

　　值得注意的是图4、图5中的J、K两点，其能谱分析见图4(b)，图5(b)，由2个能谱分析图看，均没有"S"的吸收峰；J点的成分为"Mn"：30.03%、"Fe"： 69.97%，K点的成分为"Mn"： 32.53%、"Fe": 64.47%，两点都不含"S"。那么这两点是何种物质?
　　分析认为，能谱分析时探针没有偏离目标，理由如下：J、K两点的锰含量测定值高达30%以上，本试样的锰含量为0.9%，即使有成分偏析，以铁素体为主的基体中也不可能含有这么高的锰，因此排除探针偏离目标的可能。
　　从图4、图5看，J、K两点呈短条的形状，依据夹杂物的判定规则，两点处无疑是Ⅱ型非金属夹杂物，仅含有锰、铁两种金属元素不可能形成这种形状。钢中的非金属夹杂物主要是硫化物和氧化物；由图4(b)、图5(b)看，均没有"S"的吸收峰，J、K两点不含"S"，排除硫化物的可能；那么两点都是氧化物夹杂(本能谱分析范围的激发电压大于1.55 kV，只能分析"Al"、"Si"、"P"、"S"以及"Mn"、"Fe"等元素的含量，"O"含量反映不出来)，还是MnO.FeO的共晶体，并可能固溶有"Mn"、"Fe"。进一步推知前面诸点中"S"含量较小的Ⅱ型夹杂物中也有可能含有氧化物。
　　由上可知，Ⅱ型夹杂物可能是硫化物，也可能是氧化物，也可能是二者的复合体，并且可能固溶有其它物质。

3　形成机理浅析

　　Ⅱ型夹杂物的成分较为复杂，可能是2种化合物的共晶体，也可能是固溶有"Mn"、"Fe"等元素的多种复杂化合物的组合体；形成机理较为复杂，在此仅做简单的分析。
　　"S"、"O"均可溶于钢液中，但在固态钢中溶解度都极小；在凝固过程中，未凝固区域内的"S"、"O"的浓度随凝固的进行而逐渐增大，当浓度超出溶解平衡时，便以氧化物和硫化物的形式析出，在脱氧遗留物MnO、MnS等上沉积；凝固后期，晶粒间的未凝固区域已非常狭小，在晶界的推动、挤压作用下形成条状Ⅱ型夹杂物。
　　Ⅱ型夹杂物是在凝固过程中形成的，凝固后的热处理对其影响不大。
　　钢液中"S"是一种有害元素，含量高时易形成Ⅱ型夹杂物，冶炼时应尽量降低；但是，在"S"含量低的情况下并不能完全杜绝Ⅱ型夹杂物。我厂经常在"S"含量小于0.02%的样品中发现Ⅱ型夹杂物超标的现象。
　　钢中的"O"也是一种有害元素，易与钢中的碳结合生成CO₂气孔，一般情况下都将其含量控制在较低的范围内，以免形成气孔钢。但"O"对Ⅱ型夹杂物的影响易被忽略，当其含量达到一定值时也易形成Ⅱ型夹杂物。其主要成分是MnO和FeO；它们可与其它化合物(如MnS、FeS等)共晶，也可独自形成以MnO.FeO共晶体为主要成分的条状Ⅱ型夹杂物。相比较而言Ⅱ型夹杂物对"O"含量的要求更高。

4　残铝量的分析

　　ZG230-450中铝含量一般应为0.03%～0.06%。经统计，我厂的平均铝含量为0.024%，明显偏小。我厂的金相检验中极少出现含Al₂O₃的Ⅳ型夹杂物，也说明这一点。含铝量小，是钢中含"O"量高的反映。

5　控制措施

　　由以上分析可知，"S"、"O"是生产Ⅱ型夹杂物的两大有害元素，应尽量除去。我厂对"S"含量比较重视，控制较好；对"O"含量的控制不甚理想。为此制定了如下措施：
　　(1) 熔化期加石灰，化清后放渣，在较短的时间内将熔化期产生的大量有害杂质除去，再造氧化渣。
　　(2) 配碳量≥0.4%，脱碳量≥0.2%，适当加大脱碳量，尽量多的去除有害杂质。
　　(3) 脱氧剂加入顺序：锰铁→渣料及硅钙粉→硅铁+锰铁。提高脱氧效果，减少脱氧残留物。
　　(4) 还原时加碱，提高还原渣的碱度，增强脱硫能力；将硫量控制在更低的水平。
　　(5) 加大终脱氧插铝量，吨钢水插铝量由1.0 kg增加到1.5 kg。提高脱氧能力，减少氧含量。

6　效果

　　以上措施实施后，我厂Ⅱ型夹杂物超标现象基本得到控制。Ⅱ型夹杂物超标率1996年上半年为15.02%，1997年下降到1.47%。

作者简介： 黄春雨(1963-　)，男，江苏扬州，高级工程师、学士

作者单位:黄春雨　武昌车辆厂,湖北武汉 430062

考文献

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