履帶板用鋼25MnBM夾雜物控制實踐

賀云鴻

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東萊蕪271105）

履帶板用鋼25MnBM夾雜物控制實踐

賀云鴻

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東萊蕪271105）

通過對履帶板用鋼25MnBM連鑄坯斷面進行分析，發(fā)現(xiàn)夾雜物的成分主要是Al2O3。主要介紹在冶煉過程中通過提高電爐終點碳至0.12%以上，電爐出鋼過程向鋼包中加入2.0 k g/t鋼鋼芯鋁，精煉過程中減少鋁的加入量，優(yōu)化鈣處理工藝，提高VD處理強度，延長軟吹時間至20min，在連鑄生產中全程保護澆注，將B類夾雜物級別控制在0.5級以下,滿足產品質量要求。

25MnBM夾雜物鈣處理保護澆注

25MnBM是一種低合金鋼，其用途是制作挖掘機的鞋底履帶板,其較高的性價比很好地滿足了市場的要求。但是,在實際使用過程中，夾雜物含量超標會對重型機械履帶板的使用壽命產生較大影響。該產品在試制初期，對連鑄坯的金相檢測過程中，發(fā)現(xiàn)有部分夾雜物超標。通過分析，主要是以Al2O3為主的B類夾雜物。25MnBM作為鋁脫氧鎮(zhèn)靜鋼，Al2O3是鋼中的主要夾雜物，該夾雜物為脆性夾雜，會導致履帶板在使用過程中產生開裂。在25MnBM鋼的成分設計上，鋁作為化學成分進行控制，在生產過程中鋁的加入量較大，造成因脫氧產生Al2O3較多。山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部會同山推股份及沃爾沃有關技術人員，對產生的原因進行分析，優(yōu)化生產工藝，使鑄坯中Al2O3夾雜物含量符合質量要求。

1 夾雜物檢測情況及原因分析

使用掃描電子顯微鏡（SEM）和Thermo Noran能譜儀（EDS）對某一爐號的鑄坯斷面作金相分析，如圖1。從能譜圖分析，夾雜物為鎂鋁尖晶石類，主要成分為Al2O3和MgO。從夾雜物的形狀看有棱角，是典型的Al2O3的形貌。在生產中，需要對Al2O3進行鈣處理，便于排除。但從顯示的形狀看，Al2O3不是鈣處理后的球狀，證明鋼水中鈣的加入量不足，Al2O3變性不充分。25MnBM鋼的生產過程中要加入一定量的鋁，既要滿足脫氧的需要，又要起到細化晶粒的作用，而Al2O3的產生是不可避免的，重要的是盡可能地將其去除掉，這也是所有鋁脫氧鎮(zhèn)靜鋼面臨的共同問題。

圖1 夾雜物形貌及能譜圖（100×）

2 生產工藝優(yōu)化

2.1 工藝流程

25MnBM鋼的生產工藝流程為:50 tEAF+50 t LF+60 tVD+CC，出鋼量50 t。

2.2 電爐終點控制及合金化

電爐原料采用的是高鐵水比例操作模式配料，鐵水比例大于70%，保證熔清碳大于0.80%。電爐出鋼終點[C]由原先的不小于0.07%增加到0.12%，理論計算可以將鋼水中溶解氧質量分數(shù)降低了40%以上。電爐出鋼溫度控制在1 620~1 640℃之間，電弧爐采用偏心底出鋼，可以實現(xiàn)無渣快速出鋼，50 t鋼水的出鋼時間控制在180 s以內。預脫氧工藝由原來的硅錳脫氧改為硅錳與鋼芯鋁復合脫氧，鋼芯鋁中純鋁的質量分數(shù)為70%。脫氧及合金化的順序為硅錳→高錳→鋼芯鋁→渣料。電爐出鋼預脫氧使用鋼芯鋁的加入量為2 kg/t鋼。鋁是強脫氧劑，可以使鋼水中的溶解氧迅速降低。電爐出鋼后對鋼包進行取樣分析，將鋼包樣Als的質量分數(shù)控制在0.05%~0.08%，高的酸溶鋁含量可以使鋼水的溶解w[O]≤0.000 5%，提高鋼水的潔凈度。

鋼液中鋁脫氧的反應式為

低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼中，A12O3是典型的脫氧夾雜物，在高氧濃度條件下，脫氧生成的氧化鋁夾雜物呈樹枝狀[1]，另外脫氧產物彌散細小，具有較高的界面能，氧化鋁夾雜容易通過碰撞、聚集形成三維點簇狀[2]，更容易上浮。因此，優(yōu)化后的工藝將鋁的加入時機前移，減少LF冶煉過程中鋁的加入量。在鋼包合金化方面，保證合金成分配比進入規(guī)格下限，減少精煉過程合金的微調量。

2.3 精煉冶煉

電爐出鋼完畢后，將鋼包吊至LF位進行冶煉，到精煉位進行鋼水測溫，溫度控制在1 520~1 540℃之間，保證電爐出鋼配入的石灰、爐渣、合金熔化徹底，精煉送電化渣，在稀薄渣前提下使用w（SiC）= 90%進行擴散脫氧。在爐渣的選擇方面，既要選擇脫氧好的高堿度爐渣，又要保持爐渣良好的流動性，有利于Al2O3夾雜的吸附。高堿度渣能夠降低鋼水的氧含量，25MnBM鋼坯氧含量的控制目標小于15× 10－6，因此在冶煉過程中采用堿度大于4.0的爐渣。高堿度爐渣能夠降低爐渣中氧的活度，渣中SiO2中的氧是不穩(wěn)定的，極易向鋼水中傳輸，高堿度爐渣是目前冶煉低氧含量鋼種的最佳選擇。對于精煉渣的吸附能力來說，根據(jù)趙東偉[3]等人的研究，曼內斯曼指數(shù)IM=w（CaO）/[w（Al2O3）·w（SiO2）]=0.1～0.2時，最有利于爐渣吸附Al2O3。

在精煉渣的配比上，使用活性石灰和專用預熔渣配成較為環(huán)保的三元渣系，去掉螢石的使用。精煉渣中通過提高Al2O3的含量，來降低爐渣的熔點，保持爐渣合理的流動性。表1和表2分別為專用預熔渣成分和精煉渣系成分。

表1 專用預熔渣成分%

表2 25MnBM鋼精煉渣系成分和堿度

在精煉過程中利用全程吹氬來去除夾雜物。朱苗勇[4]等人的研究表明，在精煉過程中先大氬氣后小氬氣對夾雜物的去除是有效的。王帆[5]研究認為，夾雜物的去除行為主要發(fā)生在吹氣后的前8min內，且0~4min時間段內夾雜物去除最快。在生產過程中，電爐出鋼的同時，鋼包內即吹入氬氣，直到將鋼包吊到精煉位置，全程吹氣。從電爐出鋼到精煉送電，時間大于8min，這段時間內吹氬的標準是只要鋼水不裸露，氬氣盡可能大，以便去除脫氧及合金帶入的夾雜物。LF送電冶煉以后，將氬氣調整到軟吹位置，進行冶煉。在爐渣變白以后，白渣保持時間大于20 min，期間將成分微調合格，保證在VD冶煉過程中杜絕進行成分調整，LF出鋼前進行鈣處理，鈣處理是減少鋼水中Al2O3夾雜物非常重要的一個環(huán)節(jié)。

鋼液中鈣含量達到一定程度時,會發(fā)生以下反應[6-7]。

鈣處理的目的是將鋼水中[Al2O3]進行變性，變成低熔點、球形的鈣鋁酸鹽，便于上浮。從前面夾雜物分析看，帶有棱角形狀的夾雜物是沒有變性的，不易上浮。蔡小鋒[8]等人研究認為，在煉鋼溫度下, 12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3為液態(tài)。在1 873 K，當w（Al）為0.030%時,w（O）控制在0.000 5%～0.001 7%時,鋼中夾雜物變性效果較好。w（Ca）控制在0.0007%～0.003 0%,鋼中夾雜物變性效果較好；當鋼中w（Ca）控制在0.001 0%時,Al2O3性為12CaO·7Al2O3,此時達到理想鈣處理效果，12CaO·7Al2O3夾雜物中熔點的溫度為1 455℃。因此在實際生產中，將w（Ca）控制在0.001 0%～0.003 0%之間。鈣處理的前提條件是將鋼水中的[O]和[S]脫得盡量低，以減少鈣的脫氧損耗和高熔點CaS的生成，CaS也是連鑄水口堵塞重要的夾雜物。根據(jù)林平[9]等人研究CaS的生成條件，鈣處理前對鋼水進行深脫S，w（S）控制目標低于0.010%，可減少鈣處理時產生CaS。

2.4 VD處理

真空精煉是冶煉潔凈鋼不可缺少的環(huán)節(jié)，VD爐是較為普遍采用的設備。在實際生產過程中發(fā)現(xiàn)，凡是未經過VD處理的鋼水，其流動性明顯較處理過的差。有統(tǒng)計資料表明，VD過程去除夾雜物的效率可以達到40%以上。朱倫才[10]研究指出，通過VD后期及破空以后的軟吹弱攪拌去除夾雜物，夾雜物數(shù)量大幅減少，由14.2個/mm2降至7.1個/mm2。葛允宗[11]等試驗指出，鋼水經過VD真空處理后，w(TO)由36.7×10-6下降到19.8×10-6,此過程中鋼水w（TO）平均降低了16.9×10-6下降幅度為46.05%。真空狀態(tài)下的強氬氣攪拌，能促進夾雜物的相互碰撞和快速上浮。

在鋼水進行VD處理過程中，鋼水中Al（s）會與渣中的（SiO2）反應，反應式：

以上反應位置位于鋼渣界面，如果破空后的軟吹效果不好，會導致（Al2O3）卷入鋼水中，污染鋼水，因此軟吹的作用不可替代。

為保證鋼的性能，VD處理后鋼水中w（Als）要控制在0.020%~0.040%之間，考慮到[Al]在VD過程中的損耗，進VD之前鋼水中w（Al）控制在0.035% ~0.060%之間，才能保證VD后合格。較高的鋁含量不僅能降低鋼水中的溶解[O]，而且能夠保證鋼材良好的物理性能。用賀力氏定氧儀VD后溶解[O]含量，全部小于0.000 5%，保證了成品w（TO）≤0.001 5%符合要求。鋼材的全氧含量反映了B類夾雜物級別的高低，鋼水在精煉過程中，全氧呈下降趨勢，圖2為鋼水從LF到VD后的全氧降低趨勢圖。

鋼水在小于67 Pa真空狀態(tài)以下保持不小于12 min，氬氣流量控制在60~80 L/min，破空后進行軟吹20~25min后上連鑄，鋼水流動性較好，使用整體塞棒中間包連續(xù)工作時間可達到18 h。

2.5 連鑄保護澆注

連鑄過程是鋼水被污染的過程，25MnBM鋼中鋁含量高，鋁在連鑄過程中會發(fā)生一定的降幅，降幅的大小反映的是保護澆注的效果好壞。從實際檢測分析，鋼水中的鋁質量分數(shù)與鑄坯中的鋁質量分數(shù)的差別最高的可達0.012%，出現(xiàn)在中包第一爐，證明鋁與空氣中的氧氣、鋼包耐材中MgO、保護渣中SiO2等發(fā)生反應，產生（Al2O3），增加了夾雜物的數(shù)量。

圖2 各個冶煉過程的全氧含量變化

鋼水中溶解鋁與渣中和耐火材料中的氧鎂發(fā)生的反應如下[12-13]:

為減少鋁的二次氧化產生Al2O3夾雜，在連鑄生產中采用大包長水口氬氣保護，使用整體塞棒中間包，減少浸入式水口吸氣，中間包涂料采用高強度耐火材料，使用時間控制在18 h以內。連鑄第一爐開澆采用滿包開澆，保證夾雜物在中間包內充分上浮，對鑄坯進行分流逐支標示，對第一爐鑄坯作低倍分析，直至夾雜物合格判為合格產品為止。中間包最后一爐，中包液面不低于400mm停澆，防止后期卷渣。

3 工藝優(yōu)化后產品中夾雜物分析

工藝優(yōu)化后，對連續(xù)6個爐號的連鑄坯取低倍樣做金相分析，對B類夾雜物中B粗、B細分別分析兩次，檢測夾雜物級別全部小于0.5級（見表3），級別符合技術要求B細不大于2.0，B級粗不大于1.0，達到預期效果，表3為6個爐號的夾雜物檢驗情況。

表3 工藝優(yōu)化后25MnBM連鑄坯夾雜物級別

4 結論

1）電爐通過提高終點碳含量來減少鋼水氧含量，是減少脫氧夾雜物最根本、最經濟、最有效的措施。冶煉過程中通過提高鐵水加入量，保證配碳量，減少因脫P導致的碳損耗。

2）大氬氣攪拌鋼水對去除電爐出鋼過程中產生的大顆粒簇狀氧化鋁夾雜很有效。

3）LF后期加入的鋁生成的Al2O3夾雜物為球形夾雜，熔點高，顆粒小不易上浮，合理的鈣處理工藝使之變成低熔點的鈣鋁酸鹽，進行排除。

4）真空處理對于去除夾雜物非常有效，真空處理過程中合理的吹氬曲線，防止二次卷渣。軟吹的作用是不可替代的，可以消除真空處理過程中因卷渣造成的夾雜物超標。

5）連鑄使用大包自動下渣檢測，整體塞棒包，氬氣保護澆注可以減少因鋼水二次污染導致的夾雜物超標。

[1]WASAIK，MUKAl K，MIYANAGA A.Observation of Inclusion in Aluminum Deoxidized Iron[J].ISIJ International，2002，42（5）：459；466．

[2]DEKKERS R，BLANPAnB，WOLLANTS P，eta1.A Morphological Comparison between Inclusions in Aluminum Killed Steels and Deposits in Submerged Entry Nozzle[J].Steel Research，2003，74（6）：35l；355．

[3]趙東偉，包燕平，王敏，等.高潔凈度鋁鎮(zhèn)靜鋼LF精煉渣成分優(yōu)化[J].煉鋼，2013，29（2）：9-13.

[4]朱苗勇，劉建華.LF精煉過程夾雜物行為的數(shù)值模擬[C]//2002年材料科學與工程新進展學術會議論文集，2002：1 611-1 616.

[5]王帆.140 tLF精煉爐內夾雜物行為的物理模擬研究[D].沈陽：東北大學，2009:47.

[6]董履仁，劉新華.鋼中大型非金屬夾雜物[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1991：46.

[7]蔡開科.連鑄坯質量控制[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010：51.

[8]蔡小鋒，包燕平，林路.鈣處理過程夾雜物演變及熱力學分析[J].工程科學學報，2016，38（S1）：32-36.

[9]林平，劉瀏，王福利，等.含硫齒輪鋼20CrMnTiHl鈣處理熱力學和控制技術的研究[J].特殊鋼，2010，31（2）：1-4.

[10]朱倫才.高碳軸承鋼VD精煉過程夾雜物行為的研究[J].安徽工業(yè)大學學報（自然科學版），2011，28（4）：343.

[11]葛允宗，王建軍，顏慧成，等.超低氧石油套管鋼LF—VD過程非金屬夾雜物的轉變[J].煉鋼，2013，29（1）：43-47.

[12]Guo J,Cheng SS,Cheng Z J.Mechanism ofnon-metallic inclusion formation and modification and their deformation during compact strip production（CSP）process for aluminum-killed steel[J].ISIJ Int，2013，53（12）：2 142.

[13]Chen X J,Zheng SB,Hong X,etal.ThermodynamicsofCaO in slag reduced by carbon during VD processofbearing steeland itseffect factors[J].ShanghaiMet，2005，27（2）：26.

（編輯：苗運平）

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

賀云鴻（1971—），男，工程師，1993年畢業(yè)于重慶鋼鐵高等?？茖W校煉鋼及鐵合金專業(yè)，從事特殊鋼工藝研究。