稀土在低硫16Mn钢中的作用

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1987.03.031 北京钢铁学院学报 J.Beijing Univ.of Iron Steel Technol. Vo1.9No.31987 稀土在低硫16Mn钢中的作用 褚幼义余宗森袁建明 (北京钢院金物教研室) 钟德惠 韩云龙 (鞍钢钢研所) 摘要 长条状的MnS夹杂对钢的横响韧塑性极为不利。喷吹Si一Ca或加入 RE,通过脱硫和变质硫化物的作用，都可显著地消除其危害，喷吹Si一Ca变 质硫化物的程度与钢中Cm/S有关，喷吹Si一Ca后加入少量RE,有利于控制 MS完金变质，此时钢中所需的RE/S可明显低于3.在大幅度脱硫的基础 上加入少量RE,是使钢材韧塑性获得稳定大幅度提高的一条有效途径。 关键词：稀土.Mn钢.脱硫.炼钢 The Role of Rare Earth in Low Sulfur 16Mn Steels Chu youyi Yu Zongsen Yuan Jianming Zhoug Dehui Han yunlong Abstract The role of rare earth in low carbon manganese (16Mn steels with .ordinary and low sulfur content obtained by ladle injection of SiCa pow- der has been investigated in industrial scale.It has been shown that el- ongated MnS inclusion is harmful to the transversal ductility and tough- ness of the steels.By means of ladle injection of Si-Ca powder or rare earths (RE additions,its detrimental effect can be alleviated through 1985-06-10收稿 74

北 京 钢 铁 学 院 学 报 色 稀土在低硫 钢中的作用 褚幼义 余宗森 袁建 明 北京钢院金物教研室 二 钟德惠 韩云 龙 鞍钢钢研所 摘 要 长条状的 夹杂对钢 的横向韧 塑性极为不利 。 喷吹 一 或加入 ，通过脱硫和 变质 硫化物 的作用 ，都可显著地 消除其危害 。 啧吹 一 变 质 硫化物的程度与钢中 “ 有关 。 喷吹 一 “ 后加入少量 ，有利于控 制 完全变质 ， 此时钢 中所需的 可明显低于 。 在大幅度脱硫的基础 上加入少量 ， 是使钢材韧塑性获得稳定大幅度提高 的一 条有效途径 。 关键词 稀土 钢 脱硫 、 炼钢 夕 犷 ‘ 犷 ” 阴 夕 七 一 一 ， 一 一 收稿 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．03．031

desulfurization and.shape control of sulfides.With the ladle injection of Si-Ca powder,the modification degree of MnS inclusions depends on the ratio of Ca/S in the steel. It has been found that a small amount of RE addition after ladle in- jection of Si-Ca powber is available to ensure the complete shape control of sulfide in production practice and the ratio of RE/S required in the steel is much less 3 because of the co-existance of Ca in the steel.It has been suggested that the combination of desulfurization and RE addi- tion is one of the efficient approach to obtain great and stable improve- ment of ductility and toughness of the steel. Key words:rare earth Mn steel,desulfurization,steelmaking 前 言 钢中长条状的MS夹杂物会显著地恶化钢材的横向韧塑性。脱硫和变质硫化物是 减轻和消除其危害的两个主要途径(1)。稀土元素(RE)是变质硫化物的最有效元素(2)。 我们过去对16Mn连轧钢板研究工作(3)是在平炉钢的生产条件下，钢中含S量大于 0.02%的基础上进行的。试验结果和嗣后的生产结果表明，当钢中RE/S≥3时，MS完 全变质为RE硫化物，钢板的横向韧塑性得到大幅度提高。 最近Spitzig4.5)对较低含S量(0.013%和0.004%S)的低碳C一Mn钢中硫化物 夹杂的数量、形态对纵向、横向和板厚方向的机械性能的影响进行了系统研究，认为 单位面积上夹杂物的投影长度是影响拉伸塑性和冲击平台能的主要因素，但是他们的工 作是在试验室规模下进行的，也未研究喷吹Si一Ca的作用和在低S钢中加入RE的影 响。 本试验是在大生产的规模下，研究喷吹Si一Ca脱硫后加入RE的影响，以探索大 幅度提高钢材韧塑性的有效途径，提供理论依据。 1 实验材料和方法 在鞍钢二炼钢300t平炉内治炼一炉16Mn钢，分A、B、C三罐出钢，罐内用铝终 脱氧，下注成12.5t扁锭。A罐在第一盘上取两个钢锭做实验，其中一个钢锭模内吊 挂稀土金属棒，加入量为0.1%。B罐喷吹Si一Ca粉，在第一盘上取四个钢锭做实验， 用模内吊挂混合稀土金属棒的方法，分别加入稀土0、0.03、0.06和0.1%。钢锭开坯 后连轧成6mm厚的钢卷，轧后用水雾冷却，卷取温度为670一690℃，实验钢的方案和 编号列于表1。表2为未加稀土钢的化学成份(6号和4号钢)。 每锭轧成一个板卷，开卷时在相应于钢锭头、中、尾部位各取一段，依次编号为1， 2,3,(试样编号的第二位数)。试板上取样方案见图1。化学成分和金相试样在钢 板宽度的1/2,1/4和边部分别取样，依次编号为1,2,3，（试样编号的第三位 75

一 ， 一 一 。 只 ， 早 ， ， ‘ ， 前 亩万二 钢 中长条状的 夹 杂 物会显著地恶 化钢材 的横 向韧塑 性 。 脱硫 和 变质硫 化 物 是 减轻和 消除其危害的两 个主 要途 径 〔 〕 。 稀 土元素 是 变质硫 化物 的最有效元 素 卿 。 我们过去对 连轧钢 板研究工 作 是 在平 炉钢 的生 产条件 下 ， 钢 中 含 量 大 于 的基础上进 行 的 。 试 验结果 和 嗣后的生 产结果 表 明 ， 当钢 中 时 ， 完 全 变质为 硫 化 物 ， 钢 板 的横 向韧塑 性得到大 幅度 提 高 。 最近 〔 · 〕 对较低含 量 和 。 。 的低碳 一 钢 中硫化物 夹杂 的数量 、 形 态对纵 向 、 横 向和 板厚方 向的机械性能 的影响进 行 了系统研 究 ， 认 为 单位面积上 夹杂物的 投影长度是影响 拉伸塑 性 和 冲击 平 台能 的主要 因素 ， 但是 他 们 的 工 作是 在试验室规模下进行 的 ， 也未研究 喷吹 一 的 作用 和在低 钢 中加 入 的 影 响 。 本试验是 在大生 产的规模下 ， 研究喷吹 一 脱硫后加 入 的影响 ， 以 探 索 大 幅 度提高钢材 韧塑性的 有效途径 ， 提供理论 依据 。 实验材料和方法 在鞍钢 二 炼钢 平炉 内冶 炼一 炉 钢 ， 分 、 、 三罐 出钢 ， 罐 内用铝 终 脱 氧 ， 下注 成 扁锭 。 罐在第一盘上 取两个钢 锭 做实验 ， 其 中一个钢 锭 模 内 吊 挂稀 土 金属 棒 ， 加 入量 为 。 罐喷吹 一 粉 ， 在第一盘 上 取 四 个钢 锭做实验 ， 用 模 内 吊挂 混 合稀 土 金 属棒 的方法 ， 分别加 入稀 土 。 、 、 和 。 钢锭 开 坯 后连轧 成 厚的 钢卷 ， 轧后用水雾 冷却 ， 卷 取温度 为 一 ℃ ， 实验钢 的方 案 和 编号 列 于表 。 表 为未 稀 土钢 的 化学成份 号和 号钢 。 每锭轧 成一 个板卷 ， 开 卷 时在相 应于钢 锭 头 、 中 、 尾部位各 取一 段 ， 依次编 号 为 ， ， ， 一 试样 编号 的第 二 位数 。 试板上取样 方案 见 图 。 化学 成分 和 金 相 试样在钢 板宽度的 邝 ， 和边部分别取样 ， 依次编 号为 ， ， ， 试 样编 号 的 第 三 位

数)。 表1 试验方案、编号及试验钢的某些元素含量② Table 1 Experimental program and composition of the plates Ingot Ladfe RE added RE RE/S Ca Ca/S % % % % A 0.0205 一 一 5 0.1 0.0115 0.055 3.55 B① 0007 0.0057 0.81 的 0.03 0.0055 0.0213 3.87 0.0035 0.64 B 0.06 0.0055 0.045 8.2 0.0045 0.82 B 0.1 00055 0.078 14.2 0.0041 0.75 注： B装喷吹Si一Ca粉 ④成份试样取自相应于钢锭中部钢板宽度的中央 表2 未加稀土的试验钢化学成分% Table 2 Chemical compositions of steel without adding RE, Ingot C Si Ma 6 0.18 0.36 1.38 0.024 0.020 0.0026 4 0.19 0.47 1.40 0.023 0.0075 0.0028 1300- 650 -295- 400- 图1试样取样方案 Fig.1 The location of Samples 1.横向冲击；2，纵向冲击；3，横向拉伸；4.纵向拉伸；5横向时效； 6.纵向时效；7，横向宽冷弯；8.化学成分和金相分析 各16M试验钢板相应于钢锭头、中、尾不同部位，进行纵横向拉伸、纵横向冲击 (室温和-40℃)、纵横向时效冲击和横向宽冷湾(B=35mm,d=a和d=o)试验，在 相应于钢锭中部部位上，进行系列冲击实验，测定平台能和50%结晶度的脆性转变温 度。冲击试样为半尺寸的V型缺口却贝试样，厚度5m,保留一面轧制面。 用金相观察、电子探针和定量金相法对钢中的夹杂物进行定性和定量分析（重点 对相应于铁锭中部钢板宽度中央的试样进行测定)，夹杂物的定量金相用QOANTi~ MET900型图象分析仪在放大800倍的荧光屏上进行。每个象点的尺寸为0.37244μm, 在试样上随机选择位置，沿钢板厚度方问，从轧制面一侧连续测定到另一测，每行18 个视场，每块试样测定两行，视场总面积为25m2,统计中长度小于1μm和宽度小 76

数 。 表 试验方案 、 编号及试验钢的某些元素含量② 多 男 多 耳 一 一 一 一 一 一 一 通 ① 一 布 一 一 。 通 注 ① 罐喷吹 一 粉 ② 成份试样取 自相应于钢锭中部钢板宽度的中央 表 未加稀土的试验钢化学成分 ， 。 。 。 。 洲亡二二弓 习 瑞 · 亡 污污亡 止 图 试样取样方案 横向冲击 纵 向冲击 横 向拉伸 纵 向拉伸 横 向时效 纵向时效 横 向宽冷弯 化学成分和金相分析 各 试验钢 板相应 于钢 锭 头 、 中 、 尾 不 同部位 ， 进 行纵横 向拉伸 、 纵横 向冲击 室温 和 一 ℃ 、 纵横 向时 效 冲击 和横 向宽冷弯 ， 二 和 二 试 验 。 在 相 应于钢 锭 中部部位上 ， 进 行 系列冲击实验 ， 测 定平 台能和 结 晶度的 脆性转 ‘ 变 温 度 。 冲击试样 为半尺寸 的 型缺 口 却 贝试样 ， 厚度 ， 保 留一面 轧制面 。 用 金相 观察 、 电子探针 和定量 余相法对钢 中的夹杂物进行定 性和定量分 析 重 点 对相应 于铁锭 中部钢 板宽度 中央的试样进行 测 定 ， 夹 杂物的定量 金 相 用 型 图象分 析仪在 放大 倍 的荧光 屏 上进行 。 每个象点 的尺寸 为 卜 ， 在试样上 随机选 择位置 ， 沿钢 板厚度 方 向 ， 从轧制面 一 侧连续 测定到 另 一 侧 ， 每 行 个视场 ， 每 块试样测定 两行 ， 视场总面积 为 “ ， 统计 中 长 度 小 于 卜。 和宽 度 小

于0.5μm的粒子不计。 实验结果 2.1化学成份 该钢种不同部位化学分析表明，·6号钢锭各部位的RE/S约3，S的偏析倒置，相 应于钢锭底部有明显的S和RE的富集。喷吹Si-Ca后明显脱硫。4号钢含S由0.02%降 低到0.0075%，脱硫率为62.5%。不同部位Ca/S含量在0.68一1.68范围间。硫偏析有 倒置现象，底部Ca和S含量较高。模内加入不同稀土量，3、2和1号钢中RE/S分别 达到8、8和14左右，钢锭底部RE、Ca和S含量较高，表1为试样的S、RE和Ca的 含量。 2.2机械性能 试验结果表明，同一钢板卷的卷心和卷中性能相近；卷头冷却较快，强度偏高、 韧性偏低。以板卷中部为代表，各试验钢的拉伸性能列于表3。通过系列冲击试验测得 的平台能和脆性能转变温度结果列于表4。结果表明，加入RE或喷吹Si-Ca,对由钢 板强度或时效敏感性无明显变化。冲击韧性值变化最敏感，喷吹Si-Ca后再加入少量 RE的3号钢韧性最好，方向性最近。 表3 试验钢的拉伸性能④ Table 3 Mechanical properties of steels Steel Direction Oe,MPa db,MPa 8,% p,第 OL/OT Longitudinal 330 517 33.4 60.4 Traneverse 1.35 332 507 29.0 44.9 Longitudinal 326 523 5 31.9 59.7 Transverse 338 1.06 517 30.7 56.5 Longitudinal 338 53B 31.8 59.9 Transverse 349 1.10 535 31.0 54.5 Longitudinal 353 548 31.0 57.6 Transverse 1.01 359 542 32.1 57.3 Longitudinal 346 540 30.6 62.4 Transverae 1.08 355 540 31.1 57.9 Longitudinal 346 540 30.6 60.1 Transverse 1.04 340 530 31.1 58.0 连：①在相应于钢锭中部取样 ②pL/仰T为纵横向断面收缩率之比 77

于 件 的粒子不计 。 实验结果 。 化学成份 该钢 种不 同部位化学分 析表 明 ， 号钢锭各 部位的 约 ， 的偏 析倒 置 ， 相 应 于钢锭 底部有 明显 的 和 的富集 。 喷吹 一 后 明显 脱硫 。 号钢 含 由 。 降 低到 ， 脱硫率 为 。 不 同部位 含量 在 一 范 围 间 。 硫偏析 有 倒置现象 ， 底部 和 含量 较高 。 模 内加 人不 同稀 土量 ， 、 和 号钢 中 分别 达到 、 和 左 右 ， 钢锭 底部 、 和 含量 较 高 ， 表 为 试 样 的 、 和 的 含量 。 机械性能 试 验结果表明 ， 同 一钢 板卷 的卷心 和卷 中性 能相近 卷头冷却较快 ， 强 度 偏 高 、 韧性偏低 。 以 板卷 中部为代 表 ， 各试 验钢 的拉伸性能 列于表 。 通过 系列 冲击试验测 得 的 平 台能和 脆性 能转变温 度结果 列于表 。 结果表 明 ， 加 人 或喷吹 一 ， 对 由 钢 板强度或时效敏感 性 无 明显 变化 。 冲击 韧性值变化最敏感 ， 喷吹 一 后 再 加 入 少 量 的 号钢 韧性最好 ， 方 向性最近 。 表 试 验 钢 的 拉 伸 性 能① 毛 口 ， ， 各 ， 书 甲， 书 甲 甲 ， 。 。 。 ， 吕 。 。 。 。 。 日 注 ①在相 应于 钢锭 中部取样 ②甲‘ 甲 为纵横 向断面收缩率之比

表4 试验钢的冲击平台能和脆性转变温度 Table 4 Shelf energy and transition temperatures of steels Steel Sheif energy,MPa Transition temp,，℃ Longi.Trans.Longi./grans. Longi. Trans. 6 10.5 4.0 2.6 -66 -62 5 13.7 9.7 1.41 一40 -36 12.4 8.5 1.46 一46 一42 14.110.4 1.36 -58 -48 2 13.39.5 1.40 -49 一40 1 13.2 9.3 1.42 一46 -38 注：试样取自相应于钢锭中部 2.3组织 各试样金相组织基本相似（图2），相应于钢锭中部轧成的钢板，其组织为铁素体 和珠光体带状组织(4级以上)，晶粒度8一9级。 0.2mn1 ta) s之 d (0 图216M试验钢的金相组织，试样取自相应于钢锭中部钢板中心部位， (a) 6号钢；(b)5号钢；(c)4号钢；(d)3号钢；(e)2号钢；(f)1亏钢 Fig.2 Microstructure of steel 16Mn.The location of samples is at the Center of ingot. 78

表 试验钢的冲击平台能和脆性转变温度 五 ， 。 ， ℃ 乙 。 。 。 扭 。 。 。 。 。 。 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 月 注 试样取 自相应于钢锭中部 。 组织 各试样金相 组织基本相似 图 ， 相应于钢锭 中部轧成的钢 板 ， 其组织 为铁素体 和珠光体带状组织 级以上 ， 晶粒 度 一 级 。 黝哪娜赞卿整脚纷夔卿鲜群秘妻 绝霖黑烹 翅巅戴 不不孙、 ， 林杯‘ 、 ，月 、 图 试验钢 的金相组织 ， 试样取 自相应于 钢锭中部钢板中心部位 。 号钢 号钢 吐号钢 号钢 号钢 亏 钢 尸 主

2.4夹杂物 2.4.1.夹杂物的特征及其变化 重点对试验钢相应于钢锭中部钢板宽度中央部位 的试样进行分析，结果如下： 6号钢（含0.0205%S),夹杂物主要是沿轧向延长的MS,在钢锭的偏析部位往 往呈条带状分布，由于是连轧板，MnS极度延伸，最长的可达1mm。此外还有一些颗 粒状的A1zO3或铝酸盐夹杂物。 5号钢.（含0.0155%S,0.055%RE,RE/S=3.55),MnS全部消失（仅偶然 可见)。夹杂物主要是呈纺锤形，分散分布的稀土硫化物和硫氧化物，少量成串。 4号钢（含0.007%S,0.0057%Ca,Ca/S=0.81),经喷吹Si一Ca后，钢中的夹 杂物主要是球状小颗粒分散分布的CaS,少量成串，还有少量长条MnS和尺寸较大的 CaS一钙铝酸盐复合夹杂物（见图4）。在横向截面上统计约有10%MnS未变质， 这些未变质的MnS细长，最长的可达0.5mm。 3号钢（含0.0055%S,0.0035%Ca,0.0213%RE,RE/S=3.87),喷吹Si一Ca 后再加入RE,MS完全消失，夹杂物呈小颗粒均匀分布和小短串状（见图4），它们 大多是CaS—RE2Ss的复合夹杂物。 2号钢（含0.0055%S,0.0045%Ca,0.045%RE,RE/S=8.2),钢中夹杂物呈 颗粒状，成串分布较3号钢明显，夹杂物数目也有所增加，除了CaS一RE2S3的复合 颗粒状夹杂物（图5）外，还增加了金相明场下深灰带紫色的规则夹杂物，它们是RE 的氧化物和RE与Ca的复合氧化物（图6）。 20gm 79

卜 卜 卜 夹杂物 。 夹杂物 的 特征 及其变 化 重 点对试 验钢 相应 于钢 锭 中部钢 板宽 度 中央部位 的试 样进 行 分 析 ， 结果如 下 号钢 含 ， 夹 杂物 主 要是 沿轧 向延 长 的 ， 在钢 锭 的偏析部位往 往呈 条带状分 布 ， 由于是连轧 板 ， 极度延 伸 ， 最长的可达 。 此 外还有一些 颗 粒状 的 或铝 酸盐夹 杂物 。 号钢 含 ， ， ， 全 部 消 失 仅 偶 然 可 见 。 夹 杂物 主 要是 呈纺锤形 ， 分 散分 布的稀 土硫 化物 和硫氧化物 ， 少量 成 串 。 号 钢 含 ， ， ， 经喷吹 一 后 ， 钢 中的夹 杂物 主要是 球 状小颗粒分 散分 布的 ， 少量 成 串 ， 还 有少量 长 条 和尺寸 较 大 的 － 钙铝 酸盐 复合 夹 杂物 见 图 。 在横 向截 面 上统 计约 有 未 变 质 ， 这 些 未 变质 的 细长 ， 最长的可达 。 号钢 含 ， ， ， ， 喷吹 一 后再加入 ， 完 全消失 ， 夹 杂物呈小 颗粒 均 匀分 布和小短 串状 见图 ， 它 们 大 多是 － 的 复合夹 杂物 。 号 钢 含 ， ， ， ， 钢 中夹杂 物 呈 颗粒 状 ， 成串分 布较 息 号钢 明显 ， 夹杂 物数 目也有所 增加 ， 除 了 一 。 的 复 合 颗粒 状夹杂 物 图 外 ， 还增加 了金相 明 场 下深灰带紫 色的规 则 夹杂物 ， 它们 是 的氧 化物和 与 的 复合氧化物 图

图3 4号锅中的大块夹杂物。 (a)金相；(b)二次电子象；(c)Ca的而分布；(d)A1的面分布； (e)S的面分布；(f)0的面分布 Fig.3The inclusion in ingot No. 1号铜（含0.0055%S,0.0040%Ca,0.078%RE,RE/S=14.2),钢中颗粒状夹 杂物明显增加，串状分布也较严重，主要增加的是RE的氧化物和RE与Ca的复合氧化 物，电子探针还观察到少量Fe一Ce中间相和含RE和C的化合物。 2.4.2夹杂物的定量分析 对试验钢纵横向截面单位面积上夹杂物的数目、面积 百分数（即夹杂物的体积百分数）、单位面积上夹杂物的总长度、夹杂物的平均长度和 宽度以及形状比（长度/宽度）进行了定量金相统计，结果列于表5。 10μm 图4 3号钢中夹杂物的电子探针分析结 图52号钢中的复合硫化物，稀土硫 果，为稀土和钙的复合硫化物 化物包着CaS Fig.4 Micrograph of electron-probe Fig.5 A complex sulfide inclusion -analysis of inclusion in in steel No.2.RE sulfide steel No.3,showing the is Covered by CaS. sulfide of RE and Ca. 实验结果表明，通过喷吹Si一C和加入稀土，随含S量降低以及夹杂物类型变化的 可时，夹杂物的数目、尺寸和形状也相应地发生显著的变化。 80

司 图 号钢 中的大块夹杂物 。 金相 二次电子象 的面分布 的面分布 的面分布 的面分布 号钢 含 ， ， ， ， 钢 中颗粒状 夹 杂物 明显增加 ， 串状分 布也浦犷重 ， 主要增加 的是 的氧化物和 与 “ 的 复合 氧 化 物 ， 电子探针还观察到少量 一 中间相和含 和 的 化合物 。 夹杂物 的定 量分析 对试验钢 纵横 向截面单位面积上夹 杂物的数 目 、 面 积 百分数 即夹杂物的体积百分数 、 噢位面积上 夹杂物的总长度 、 夹杂物的平均长度和 宽度以 及形 状 比 长度 宽度 进行 了定量金相统计 ， 结果列 于表 。 喇 冬 号钢中夹杂物的 电子探针分析结 果 ， 为稀土和钙 的复合硫化物 一 一 忽 一 号钢 中的复合硫化物 ， 稀土硫 化物包着 ，一 ， ， 甲 了 门， 、 ‘ 实验结果表 明 ， 通过 喷吹 一 和加 入稀 上 ， 随含 量降低 以 及夹杂 物类型 变 化的 回 时 ， 夹杂物的数 目 、 尺寸 和形 状也相应地发生 显著的变化

图62号钢中的Ce氧化物 Fig.6,Ce oxide in steel No.2. 表5 16Mn试验钢定量金相统计结果 Table 5 Results of quantitative metallography Direc- No.of Area of Length of Steel Average Average Aspect ratio tion inclusion inecInsion inclusions length width of inclusions 411m~3 % mm-1 um um L 602 0.234 2.40 5.20 1.27 3.12 T 781 0,152 1.74 2.68 1.07 2.44 L 113 0.184 0.615 5.32 2.83 1.89 T 122 0.170 0.488 4.10 2.84 1.47 L 168 0.112 0.544 3.66 2.13 1.64 T 131 0.127 0.429 3.59 2.30 1.55 10: 0.096 0.A76 3.09 2.07 1.46 T 199 0.0976 0.7 3.01 2.05 1.45 L 222 0.139 0,618 3.20 2.18 1.17 213 0.132 0.65G 3.18 2.25 1.10 L 225 0.164 0.735 3.55 2.35 1.50 T 58 0.219 0.881 3.61 2.46 1.47 3 讨 论 3.1加稀土与喷吹Si一Ca的作用 实验结果表明，通常用平炉生产的16M连轧钢板(6号钢)，方向性严重，横向 韧塑性很差，断面收缩率为44.9%，V型却贝冲击平台能仅为40J/cm2,不能满足汽车 工业、造船工业和管线生产的要求，这是由于钢中S含量较高，MS易于变形，连轧后钢中 存在大量沿轧向显著延伸的长条状MS的结果。定量金相表明该钢中夹杂物体积百分数 81

卜 脚‘ 图 号钢中的 氧化物 表 试验钢 定量金相 统计结果 曰 心 拓 名 ， 饭 一 ， 川一 。 。 。 介﹃性 ‘勺，﹄ 。 。 。 ︸，﹄， ，用 口幽 ，立工 亡」翻 。 。 。 门 盆 。 。 己 价幻八目 口 工 几比 ， 二 ‘ 澳 八」八 云 。 。 弓 口 介 。 。 犷 讨 论 。 加稀土 与 喷吹 一 的作用 实验结果表明 ， 通 常 用 平 炉生 产的 连轧钢 板 号钢 ， 方向性严重 ， 横 向 韧塑 性很差 ， 断面收缩率为 ， 型 却贝冲击平 台能 仅为 “ ， 不 能满足 汽 车 工 业 、 造船工 业和管线生 产的要求 ，这是 由于钢 中 含量 较 高 ， 易于变形 ，连轧后钢 中 存在 大量 沿轧 向显 著延 伸的长条状 的结果 。 定量 金相 表 明该钢 中夹杂物体积百分数

高，夹杂物的形状比大，单位面积上夹杂物的总长度长。 本次实验采用模内吊挂法加RE,5号钢加入0.1%RE,脱硫不明显，但钢中RE/S 略大于3，长条状MS全部变质为纺锤状的RE硫化物和硫氧化物，夹杂物的体积百分 数降低不多，但形状比明显减小，单位面积上夹杂物的总长度显著缩短，从而使钢板的横 向韧塑性得以显著提高，断面收缩率和平台能分别增加到56.5%和97J/℃m2,宽冷弯 d=基本合格，仅由于钢锭底部沉积锥处夹杂物的聚集影响该处的宽冷弯性能，上述 结果与我们3)过去工作的结论一致。 本次试验的4号钢经喷吹Si一Ca后，含S量由0.020%降低到0.0075%，与此同时钢 中大部分MnS变质为CaS,不但使钢中夹杂物的数目和体积分数减少，而且使夹杂物尺 寸和形状比降低，从而使横向断面收缩率和平台能增加到54.5%和85J/cm2,宽冷弯 d=a甚至d=o也合格。 试验发现4号钢中存在10%MnS未变质，该处Ca/S=0.81,这些少量MnS很细 长，对钢性能特别是对氢诱发开裂〔6〕有一定的影响，在4号钢板的其它部位取样观察， 在Ca/S=1.28处（相应于钢锭中部钢板的边缘处），仍有少量的长条MnS。Ca/S=1.6 处（相应于钢锭头部钢板的边缘处），MS完全消失，但夹杂物成串较明显。 MnS的变质程度随钢中Ca/S而变化的这种规律与Sanbongic7)所报导的结果基本 一致。他提出对钢进行Ca处理时，当钢中Ca/S=0.65时韧性有所改善，Ca/S=1.3时 韧性达到最佳值。对于M含1.0%和1.5%的管线钢要获得满意的抗氢诱发开裂性能， Ca/S分别要达到1.3和2.5，要完全避免氢诱发开裂分别要达到1.7和3.1。可见要用Ca 来完全变MnS需要在钢中保持较高的Ca/S,看来至少要达到1.3以上（按CaS的分子 式Ca/S=1.·)。4号钢板卷上只有部分地区满足这个要求。 对比5号和Ii号钢，两者采用不同的途径，前者主要利用RE的变质作用，后者利用 C的脱S和某些变质作用，均可使横向韧塑性获得显著提高。生产上实际采用什么方法， 要综合考虑经济、技术、设备和资源情况。 3.2喷吹Si一Ca后加稀土的作用 实验结果表明喷吹Si一C后加入适量RE可以进一步改善其性能，3号钢的横向平 台能由4号钢的85J/cm升高到104J/cm2,平台能的纵横比由1.46降低到1.36，脆性转 变温度也有所降低，这看来主要由于RE的加入把4号钢中尚存的MS完全变质的结 果。定量金相统计表明，3号钢夹杂物的平均尺寸由4号钢的3.63μm降低到3.04μm, 夹杂物的形状比由1.60降低到1.46，夹杂物的体积分数也略有减少。RE加人量进一步 增加(2号钢和1号钢)，由于钢中RE氧化物等夹杂物明显增多，夹杂物尺寸增大， 性能又有所降低。 按Richerdca8)的结果，钢中CaS的生成自由能比RE2S的低，可以预计加人RE并 不能改变钢中已存在的CaS。实验发现3号、2号和1号钢中的硫化物往往是RE和Ca 的复合硫化物，并往往以RE硫化物包裹CaS的形式（图10）出现。因此在喷吹Si一Ca 的钢中为了全部变质MS,所需的钢中RE含量不再由RE/S≥>3来决定，稀土加人量可 以明显降低。可做如下粗略估计，钢中的S等于与Ca结合(Scas)和与RE结合(SRE.s。) 的总和，即 82

高 ， 夹杂物的形 状 比 大 ， 单位面积上 夹杂物的总长度长 。 本次实验采 用模 内 吊挂法加 ， 号钢 加 人。 ， 脱硫不 明显 ， 但钢 中 略 大于 ， 长条状 全部变质 为纺锤 状的 硫化物 和硫氧化物 ， 夹杂物的体积 百分 数降低不 多 ， 但形 状 比 明显 减小 ， 单位面积上夹杂物的总长度显著缩短 ， 从而使钢 板的横 向韧塑性得 以 显著提 高 ， 断面 收缩率和平 台能分别 增加 到 和 “ ， 宽 冷 弯 二 基本合格 ， 仅 由于钢 锭 底部沉 积锥 处 夹杂物的聚集影响 该处的宽冷弯性 能 ， 上 述 结果与我们 卿 过去 工 作的结论 一 致 。 本次试验的 号钢 经 喷吹 一 后 ， 含 量 由 降低到 ， 与此 同时钢 中大部分 变质为 ， 不 但使钢 中夹杂物的数 目和体积分数减少 ， 而 且使夹杂物 尺 寸 和形状比降低 ， 从而使横 向断面收缩率和平 台能增加 到 和 “ ， 宽 冷 弯 甚至 二 。 也合 格 。 试验 发现 号钢 中存在 未 变质 ， 该处 二 ， 这些少 量 很 细 长 ， 对钢 性能特别是 对氢诱 发开裂 〔 〕 有一定的影响 ， 在 号钢 板的其它部位取样观察 ， 在 处 相 应于钢 锭 中部钢 板的边 缘处 ， 仍有少量的长条 。 处 相应 于钢 锭 头部钢 板 的边 缘处 ， 完全消 失 ， 但夹杂物成串较明显 。 的 变质程度随钢 中 而 变化的这种规律与 〔 〕 所 报导 的结果 基本 一 致 。 他提 出对钢进行 处 理 时 ， 当钢 中 时 韧性 有所 改善 ， 时 韧性达 到最佳值 。 对 于 含 和 的管线钢 要获得满意的抗氢诱 发 开裂 性能 ， 分 别 要达 到 和 ， 要完 全避 免氢诱发开裂分别 要达 到 和 。 可 见要用 来完全 变 需要在钢 中保持较高的 ， 看来至 少 要达 到 以上 按 的分子 式 ‘ 。 号钢 板卷上 只 有部分地 区满足这个 要求 。 对比 号 和 丈号钢 ， 两 者采 用不 同的途径 ， 前者主要利 用 的 变质作用 ， 后者利 用 的 脱 和 某些 变质作 用 ， 均 可 使横 向韧塑性获得显著提 高 。 生 产上实 际采 用什 么方法 ， 要综 合考虑经 济 、 技术 、 设 备 和 资源情 况 。 喷吹 一 后 加 稀土 的作用 实验结果 表 明喷吹 一 后加 入适量 可 以进 一步改善其性 能 ， 号钢的横 向 平 台能 由 号钢 的 升高到 。 “ ， 平 台能 的纵横比 由 降低到 ， 脆性转 变温 度也有所 降低 ， 这 看来主 要 由于 的加 人把 号钢 中尚存 的 完全变 质 的 结 果 。 定量 金相 统计表 明 ， 号钢 夹杂 物的平均 尺寸 由 号钢 的 卜 降低到 协 ， 夹杂物 的形 状比 由 降低到 。 ， 夹杂物的体积分数也略 有减少 。 加 人量进 一步 增加 号钢 和 号钢 ， 由于钢 中 氧化物等夹杂物明显增多 ， 夹杂 物尺寸 增大 ， 性 能文 有所 降低 。 按 〔 〕 的结果 ， 钢 中 的生 成 自由能比 的低 ， 可 以预计加 人 并 不 能改 变钢 中已存在 的 “ 。 实验发现 号 、 号和 号钢 中的硫化物往往是 和 争 的 复合硫化 物 ， 并 往往 以 硫化物 包 裹 的形 式 图 出现 。 因此在喷 吹 一 的钢 中为 了全部变质 ， 所需的钢 中 含量不 再 由 》 来决定 ， 稀 土加入量 可 以 明显 降低 。 可做如 下粗略估计 ，钢 中的 等于与 结合 。 和与 结合 。 的总 和 ， 即

S=Scas+SRE:Ss Scas Ca/1.25 SRE2S,=RE/8 所以钢中所需的稀土含量 RE=37.5S-3Ca 1.25 以4号钢的成分代入(S=0.007%,Ca=0.0057%)得RE=0.0074%,约为3号钢 中RE含量的1/3。也就是说喷吹Si-Ca后只需补加少量的RE,在本实验的情况下估计 只要加入0.01%RE就能使MnS完全变质。 综上所述，在喷吹Si一Ca后的低硫钢中采用各种方式，如顺序喷吹，喷吹Si一Ca 后在中注管、钢锭模或连注结晶器内补加少量稀土，可以使钢材性能获得稳定的大幅度 提高，它可以综合利用Si一C脱S和稀土变质硫化物的优点，避免各自的缺点，看来在 经济和技术上都是合理的。 4结 论 长条状的MS对钢板的横向韧塑性极为不利。稀土是变质硫化物的有效元素。钢包 中喷吹Si一Ca粉可以明显脱硫，其变质硫化物的程度与钢中Ca/S有关。喷吹Si一Ca后 加入适量RE可以保证完全消除长条状的MS,此时钢中所需的RE/S可以明显地小于 3。在采用各种方法大幅度脱硫的基础上加入少量RE,是使钢材韧塑性获得稳定大幅度 提高的一条有效途径。 参考文献 〔1)余宗森、褚幼义等：钢中稀土，冶金工业出版社，1982,202。 2 Luyckx,L.et al:Trans,1 (1970),3341 〔3〕北京钢铁学院金属物理教研组，鞍山钢铁公司汽车钢板研究组：金属学报，1 (1974),27。 (4 Spitzig,W.A.,Sober,R.J,:Metall,Trans.,12A (1981),281 5 Spitzig,W:A.:Metall.Trans.:14A (1983),271,471 〔6〕袁玉珍、褚幼义等：稀土对低疏16Mn钢抗氢损伤性能的影响（待发表） 7 Sanbongi,K.:Trans.ISIJ,19 (1979),8 8 Richerd,J.Les Mem.Scient,de la Revue de Met.,5 (1962), 7,527;9,597 83

。 。 二 。 一 所 以钢 中所需的稀 土含量 一 。 以 号钢 的成分代入 ， 二 得 心 ， 约 为 号 钢 中 含量 的 。 也就是 说喷吹 ， 后只需补加 少量 的 ， 在本 实验 的情 况下估计 只 要加 入。 就能使 完全 变质 。 综上所述 ， 在 喷吹 一 后 的低硫钢中采 用各种方式 ， 如顺序喷吹 ， 喷 吹 一 后在 中注管 、 钢 锭 模或连注结 晶器 内补加 少量稀土 ， 可 以使钢 材性 能获得稳定的大幅度 提高 ， 它可以综 合利 用 一 脱 和稀 土变质硫化物的优点 ， 避免各 自的缺点 ， 看来在 经 济和技术上都是 合 理 的 。 ’ 结 论 长条状的 对钢 板的横向韧塑性极为不利 。 稀 上是 变质硫化物的有效元素 。 钢 包 中喷吹 一 检可以 明显脱硫 ， 其变质硫化物的程度与钢 中 有关 。 喷吹 一 后 加 入适量 可 以保证 完全消除长条状的 ， 此 时钢 中所需的 可以 明显 地 小 于 。 在采用 各种方法 大幅度脱硫 的基础上加入少量 ， 是 使钢 材韧塑性 获得稳定大幅度 提 高的一 条有效途径 。 参 考 文 献 〔 〕 余宗森 、 褚幼义 等 钢 中稀 上 ， 冶 金工业 出版社 ， ， 〔 〕 ， ， ， 〔 〕 北京钢铁 学院 金 属物 理教研组 ，鞍 山钢铁公 司汽车钢 板研究组 金属 学 报 ， ， 。 〔 〕 ， ， ， 。 。 ， ， 〔 〕 ， ‘ 一 ， ， 〔 〕 袁玉珍 、 褚幼义 等 稀 土对低硫 钢抗氢 损伤性能的影响 待发 表 〔 〕 ， ， · ， 〔 〕 ， ， 。 ， ， ，