20CrMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 20CMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变 王伟健罗艳张立峰任英 Evolution of nonmetallic inclusions during production of 20CrMo alloy steel WANG Wei-jian.LUO Yan.ZHANG Li-feng.REN Ying 引用本文： 王伟健，罗艳，张立峰，任英.20CrMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变工程科学学报，2021,43(8：1090-1099.doi: 10.13374j.issn2095-9389.2020.12.17.003 WANG Wei-jian,LUO Yan,ZHANG Li-feng,REN Ying.Evolution of nonmetallic inclusions during production of 20CrMo alloy steel[J].Chinese Journal of Engineering,2021,43(8):1090-1099.doi:10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.17.003 在线阅读View online::htps:/doi.org/10.13374.issn2095-9389.2020.12.17.003 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 预热对激光熔化沉积成形12CNi2合金钢组织与性能的影响 Effect of preheating on the microstructure and properties of laser melting deposited 12CrNi2 alloy steel 工程科学学报.2018,40(11)：1342 https:doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.11.008 A-Ca复合合金钢水脱氧机理的研究 Study on steel deoxidation with Al-Ca compound alloy 工程科学学报.2017,395：702htps:/ldoi.org10.13374.issn2095-9389.2017.05.008 稀土-镁复合处理对GC15轴承钢中夹杂物的影响 Effect of rare earth and magnesium complex treatment on inclusions in GCr15 bearing steel 工程科学学报.2019,41(6：763 https::/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2019.06.008 202不锈钢中非金属夹杂物的形成机理 Formation mechanism of non-metallic inclusions in 202 stainless steel 工程科学学报.2019,41(12：1567htps:oi.org10.13374.issn2095-9389.2018.12.18.004 F钢铸坯厚度方向夹杂物分布及洁净度评估 Evaluation of cleanliness and distribution of inclusions in the thickness direction of interstitial free(IF)steel slabs 工程科学学报.2020,42(2：194 https::/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2019.03.22.004 铝含量对TWIP钢中夹杂物特征及AIN析出行为的影响 Influence of Al content on the characteristics of non-metallic inclusions and precipitation behaviors of AIN inclusions in TWIP steel 工程科学学报.2017,39(7)：1008 https:/doi.org/10.13374.issn2095-9389.2017.07.005

20CrMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变 王伟健 罗艳 张立峰 任英 Evolution of nonmetallic inclusions during production of 20CrMo alloy steel WANG Wei-jian, LUO Yan, ZHANG Li-feng, REN Ying 引用本文: 王伟健, 罗艳, 张立峰, 任英. 20CrMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变[J]. 工程科学学报, 2021, 43(8): 1090-1099. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.17.003 WANG Wei-jian, LUO Yan, ZHANG Li-feng, REN Ying. Evolution of nonmetallic inclusions during production of 20CrMo alloy steel[J]. Chinese Journal of Engineering, 2021, 43(8): 1090-1099. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.17.003 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.17.003 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 预热对激光熔化沉积成形12CrNi2合金钢组织与性能的影响 Effect of preheating on the microstructure and properties of laser melting deposited 12CrNi2 alloy steel 工程科学学报. 2018, 40(11): 1342 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.11.008 Al-Ca复合合金钢水脱氧机理的研究 Study on steel deoxidation with Al-Ca compound alloy 工程科学学报. 2017, 39(5): 702 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.05.008 稀土-镁复合处理对GCr15轴承钢中夹杂物的影响 Effect of rare earth and magnesium complex treatment on inclusions in GCr15 bearing steel 工程科学学报. 2019, 41(6): 763 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.008 202不锈钢中非金属夹杂物的形成机理 Formation mechanism of non-metallic inclusions in 202 stainless steel 工程科学学报. 2019, 41(12): 1567 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.18.004 IF钢铸坯厚度方向夹杂物分布及洁净度评估 Evaluation of cleanliness and distribution of inclusions in the thickness direction of interstitial free (IF) steel slabs 工程科学学报. 2020, 42(2): 194 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.22.004 铝含量对TWIP钢中夹杂物特征及AlN析出行为的影响 Influence of Al content on the characteristics of non-metallic inclusions and precipitation behaviors of AlN inclusions in TWIP steel 工程科学学报. 2017, 39(7): 1008 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.07.005

工程科学学报.第43卷.第8期：1090-1099.2021年8月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.8:1090-1099,August 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.17.003;http://cje.ustb.edu.cn 20CMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变 王伟健，罗艳，张立峰2)四，任英) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，机械工程学院，秦皇岛 066004 ☒通信作者，E-mail:zhanglifeng@ysu.edu.cn 摘要为了进一步研究20CMo合金钢在生产过程中夹杂物的演变机理，实现对钢中非金属夹杂物的合理控制，保证生产顺行， 提高产品力学性能，针对“BOF→LF→RH→钙处理→连铸→热轧”工序生产20CMo合金钢全流程中非金属夹杂物的演变规律进 行了研究.在LF精炼及RH精炼加钙前钢中非金属夹杂物含有70%以上的A1O,.钙处理后，由于过量的钙加入到钢液中，夹杂 物中CS质量分数迅速增加至59%，Al203质量分数降低至21%.在连铸过程中由于二次氧化的发生，夹杂物转变为Ca0-Al203, 其中含有50%的AO3、39%的Ca0和10%的CaS.并且夹杂物平均尺寸增加.在钢的冷却和凝固过程中，CaO质量分数降低至 5%,CaS质量分数增加至57%.钢中夹杂物转变为Al0-CaO-CaS的复合夹杂物.同时含有少量大尺寸的CaO-AlO3夹杂物.在 钢的轧制过程中，夹杂物中CaO含量进一步降低，CaS含量增加，夹杂物平均尺寸增加，形成了CaO-Al2O,与CaS黏结型的复合夹 杂物与Al,O,一CaS复合夹杂物.对CaO-AlO,与CaS黏结型的复合夹杂物的形成原因进行了讨论. 关键词合金钢：钙处理：夹杂物：二次氧化：凝固 分类号TF769.2 Evolution of nonmetallic inclusions during production of 20CrMo alloy steel WANG Wei-jian,LUO Yan,ZHANG Li-feng2,REN Ying 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology,School of Mechanical Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao 066004, China Corresponding author,E-mail:zhanglifeng @ysu.edu.cn ABSTRACT 20CrMo alloy steel is commonly used to produce high-pressure pipes,gears,automobile parts,etc.,and there are stringent requirements for its yield strength,tensile strength,and impact energy.In the actual production process,the existence of nonmetallic inclusions has an important impact on the properties of 20CrMo steel;therefore,studying the evolution of inclusions in the process is necessary.To further examine the evolutionary mechanism of inclusions in the overall production process,the evolution of nonmetallic inclusions in a 20CrMo alloy steel produced via the route of"Basic oxygen furnace(BOF)Ladle furnace refining(LF) Vacuum cycle degassing process(RH)calcium treatment-Continuous casting(CC)hot rolling"was studied.This process ensured a smooth production process and improved the mechanical properties of the products.Al2O was the main inclusions in the steel during LF and RH refining,which was up to 70%.After calcium treatment,CaS in inclusions increased to 59%and Al2O;decreased to 21% due to the excessive mixing of calcium into the molten steel.Due to reoxidation during continuous casting,inclusions were transformed to CaO-Al2O3,with 50%Al2O3,39%CaO,and 10%CaS.And the average diameter of inclusions also increased,which was detrimental to the mechanical properties of the steel.After cooling and solidification of the steel,CaO decreased to 5%and Cas increased to 57%. Inclusions in the steel were transformed into Al2O;-CaO-CaS,and a small amount of large-sized CaO-Al2O;was also observed.During 收稿日期：2020-12-17 基金项目：国家自然科学基金资助项目(U1860206,51725402)

20CrMo 合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变 王伟健1)，罗    艳1)，张立峰1,2) 苣，任    英1) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083    2) 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，机械工程学院，秦皇岛 066004 苣通信作者，E-mail：zhanglifeng@ysu.edu.cn 摘    要    为了进一步研究 20CrMo 合金钢在生产过程中夹杂物的演变机理，实现对钢中非金属夹杂物的合理控制，保证生产顺行， 提高产品力学性能，针对“BOF→LF→RH→钙处理→连铸→热轧”工序生产 20CrMo 合金钢全流程中非金属夹杂物的演变规律进 行了研究. 在 LF 精炼及 RH 精炼加钙前钢中非金属夹杂物含有 70% 以上的 Al2O3 . 钙处理后，由于过量的钙加入到钢液中，夹杂 物中 CaS 质量分数迅速增加至 59%，Al2O3 质量分数降低至 21%. 在连铸过程中由于二次氧化的发生，夹杂物转变为 CaO−Al2O3， 其中含有 50% 的 Al2O3、39% 的 CaO 和 10% 的 CaS，并且夹杂物平均尺寸增加. 在钢的冷却和凝固过程中，CaO 质量分数降低至 5%，CaS 质量分数增加至 57%，钢中夹杂物转变为 Al2O3−CaO−CaS 的复合夹杂物，同时含有少量大尺寸的 CaO−Al2O3 夹杂物. 在 钢的轧制过程中，夹杂物中 CaO 含量进一步降低，CaS 含量增加，夹杂物平均尺寸增加，形成了 CaO−Al2O3 与 CaS 黏结型的复合夹 杂物与 Al2O3−CaS 复合夹杂物. 对 CaO-Al2O3 与 CaS 黏结型的复合夹杂物的形成原因进行了讨论. 关键词    合金钢；钙处理；夹杂物；二次氧化；凝固 分类号    TF769.2 Evolution of nonmetallic inclusions during production of 20CrMo alloy steel WANG Wei-jian1) ，LUO Yan1) ，ZHANG Li-feng1,2) 苣 ，REN Ying1) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology, School of Mechanical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China 苣 Corresponding author, E-mail: zhanglifeng@ysu.edu.cn ABSTRACT    20CrMo  alloy  steel  is  commonly  used  to  produce  high-pressure  pipes,  gears,  automobile  parts,  etc.,  and  there  are stringent  requirements  for  its  yield  strength,  tensile  strength,  and  impact  energy.  In  the  actual  production  process,  the  existence  of nonmetallic inclusions has an important impact on the properties of 20CrMo steel; therefore, studying the evolution of inclusions in the process is necessary. To further examine the evolutionary mechanism of inclusions in the overall production process, the evolution of nonmetallic inclusions in a 20CrMo alloy steel produced via the route of “Basic oxygen furnace (BOF)→Ladle furnace refining (LF)→ Vacuum cycle degassing process (RH)→ calcium treatment→ Continuous casting (CC)→ hot rolling” was studied. This process ensured a smooth production process and improved the mechanical properties of the products. Al2O3 was the main inclusions in the steel during LF and RH refining, which was up to 70%. After calcium treatment, CaS in inclusions increased to 59% and Al2O3 decreased to 21% due to the excessive mixing of calcium into the molten steel. Due to reoxidation during continuous casting, inclusions were transformed to CaO–Al2O3 , with 50% Al2O3 , 39% CaO, and 10% CaS. And the average diameter of inclusions also increased, which was detrimental to the mechanical properties of the steel. After cooling and solidification of the steel, CaO decreased to 5% and CaS increased to 57%. Inclusions in the steel were transformed into Al2O3–CaO–CaS, and a small amount of large-sized CaO–Al2O3 was also observed. During 收稿日期: 2020−12−17 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（U1860206，51725402） 工程科学学报，第 43 卷，第 8 期：1090−1099，2021 年 8 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 8: 1090−1099, August 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.17.003; http://cje.ustb.edu.cn

王伟健等：20CMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变 ·1091· the rolling process of steel,the CaO content in inclusions further decreased while the CaS content and the diameter of inclusions increased.Moreover,two types of inclusions were observed in the hot-rolled plate,one being Al2OCas compound inclusions,whose size was relatively small,and the other being CaO-Al2O;-CaS compound inclusions.Reasons for the formation of compound inclusions consisting of CaO-Al2O:and CaS were also discussed. KEY WORDS alloy steel;calcium treatment;inclusions;reoxidation;solidification 20CrMo合金钢一般用于生产高压管、齿轮、 及轧材中CaO-Al2O3与CaS黏结型夹杂物的形成 螺母等以及汽车零部件、垫片等，对其屈服强度、 机理进行了探讨，同时对冶炼过程中的精准钙处理 抗拉强度以及冲击功等性能有较高要求.作为 控制给出了建议，对整个生产过程中夹杂物的转变 钢中的第二相粒子，非金属夹杂物的存在破坏了 进行深入研究，为进一步有效控制钢中非金属夹杂 钢基体的连续性，容易产生应力集中，同时对产品 物、稳定生产运行、提高产品力学性能提供参考 的强度、韧性、抗疲劳性能及加工性能等也会 1工业试验及取样和分析方法 产生影响.20CMo合金钢生产过程中，非金属夹 杂物对其产品质量有重要影响，2-Wu等1学 目前该厂生产的20CMo钢的生产工艺路线 者采取钙处理技术改性钢中MnS夹杂物，以形成 为：铁水预处理→顶底复吹转炉→钢包炉精炼 有利于提高钢的性能的MnS与AlO3或CaS结合 (LF)→真空循环脱气精炼(RH)→钙处理→连铸→ 的纺锤形的低熔点复合夹杂物.丁晨等学者对 热轧，其化学成分如表1所示.在LF阶段调合金和 20CMo汽车轴承断口进行观察分析，发现钢中夹 脱硫处理.LF阶段分两次喂入铝线，分别为加热开 杂物过多是导致轴承断裂的直接原因之一.Li等1 始5min后以及加热结束阶段.RH阶段吹氩lmin 学者发现20CrMo钢中MnS形貌对钢中氢致裂纹 后加入铝块等合金，RH脱气时间为20min,脱气结 的产生存在影响.樊田等山学者通过实验室实验， 束后喂人400m钙线，软吹时间为5min.分别在 向20CMo钢中加镁，改变钢中夹杂物形貌及组 LF化渣后、RH进站、RH加钙后取钢水样：中间包 成，形成“外软内硬”的复合夹杂物，以提高20CrMo 浇注13取钢水样，以及连铸坯试样及对应连铸坯 齿轮钢的力学性能 的轧材试样.钢水样的分析位置为距离底部10mm 在怡炼过程中，20CMo钢使用铝作为脱氧 处；铸坯试样的分析位置为：板宽1/4位置、距离内 剂，并采用钙处理技术对夹杂物进行改性，以防止 弧1/4处：轧材分析位置为：坯头、板宽1/4处 水口结瘤5-刘钙处理过程存在一个合理的加钙 量范围，而合理的加钙量与钢液成分、温度等条件 表120CMo合金钢化学成分（质量分数） 有关，炉次不同加钙量也会不同.目前国内大多数 Table 1 Chemical composition of 20CrMo steel % 钢铁企业喂钙过程缺乏理论指导，仅根据实际生 Mn Cr Mo T.Al T.S T.Ca 产经验进行钙处理操作816四，同时，二次氧化现 0.20210.550.950.20.025 <0.003 0.0025 象会使钢液的洁净度降低，夹杂物尺寸变大，增加 铝损，降低钙的收得率.因此，为保证良好的钙处 使用电火花直读光谱仪对钢中T.Ca、T.Al、 理效果，还需要在连铸过程中采取良好的保护浇 及T.S含量进行检测，使用Leco ONH836对钢中 注措施，避免二次氧化现象625-2刃近年来，研究 总氧含量(T.O)及总氮含量T.N)进行检测.将钢 发现在轴承钢、管线钢以及304不锈钢等钢种的 铁试样进行研磨、抛光后，使用自动扫描电镜分析 冷却、凝固及热处理过程中，夹杂物成分、形貌等 钢中非金属夹杂物的形貌、数量及尺寸 也会发生变化28-0 2 生产过程中钢液成分变化及原因 钢中非金属夹杂物的存在对钢的力学性能以及 生产过程的顺行等都具有重要影响，因此有必要研 精炼及连铸过程钢液中氧含量、氨含量及硫 究从钢液到轧材整个生产过程中夹杂物的演变规 含量变化如图1(a)所示.RH进站时钢液硫质量分 律.本文以国内某厂生产的20CMo合金钢为研究 数为3.8×I0,由于RH精炼的微弱脱硫效果， 对象，研究整个生产过程的夹杂物演变以及钢中总 RH精炼结束之后硫质量分数降低至3×10，在 氧、氮等钢液成分变化，分析20CMo合金钢中夹 连铸过程中硫质量分数降至2.7×10.RH进站时 杂物的演变规律，对固体钢中夹杂物的转变方式以 钢液中T.O质量分数为2.3×10，RH真空结束后

the  rolling  process  of  steel,  the  CaO  content  in  inclusions  further  decreased  while  the  CaS  content  and  the  diameter  of  inclusions increased. Moreover, two types of inclusions were observed in the hot-rolled plate, one being Al2O3–CaS compound inclusions, whose size was relatively small, and the other being CaO–Al2O3–CaS compound inclusions. Reasons for the formation of compound inclusions consisting of CaO–Al2O3 and CaS were also discussed. KEY WORDS    alloy steel；calcium treatment；inclusions；reoxidation；solidification 20CrMo 合金钢一般用于生产高压管、齿轮、 螺母等以及汽车零部件、垫片等，对其屈服强度、 抗拉强度以及冲击功等性能有较高要求[1−4] . 作为 钢中的第二相粒子，非金属夹杂物的存在破坏了 钢基体的连续性，容易产生应力集中，同时对产品 的强度、韧性、抗疲劳性能及加工性能等[5−11] 也会 产生影响. 20CrMo 合金钢生产过程中，非金属夹 杂物对其产品质量有重要影响[1, 12−14] . Wu 等[15] 学 者采取钙处理技术改性钢中 MnS 夹杂物，以形成 有利于提高钢的性能的 MnS 与 Al2O3 或 CaS 结合 的纺锤形的低熔点复合夹杂物. 丁晨等[14] 学者对 20CrMo 汽车轴承断口进行观察分析，发现钢中夹 杂物过多是导致轴承断裂的直接原因之一. Li 等[13] 学者发现 20CrMo 钢中 MnS 形貌对钢中氢致裂纹 的产生存在影响. 樊田等[1] 学者通过实验室实验， 向 20CrMo 钢中加镁，改变钢中夹杂物形貌及组 成，形成“外软内硬”的复合夹杂物，以提高 20CrMo 齿轮钢的力学性能. 在冶炼过程中 ， 20CrMo 钢使用铝作为脱氧 剂，并采用钙处理技术对夹杂物进行改性，以防止 水口结瘤[15−24] . 钙处理过程存在一个合理的加钙 量范围，而合理的加钙量与钢液成分、温度等条件 有关，炉次不同加钙量也会不同. 目前国内大多数 钢铁企业喂钙过程缺乏理论指导，仅根据实际生 产经验进行钙处理操作[8, 16, 22] . 同时，二次氧化现 象会使钢液的洁净度降低，夹杂物尺寸变大，增加 铝损，降低钙的收得率. 因此，为保证良好的钙处 理效果，还需要在连铸过程中采取良好的保护浇 注措施，避免二次氧化现象[16, 25−27] . 近年来，研究 发现在轴承钢、管线钢以及 304 不锈钢等钢种的 冷却、凝固及热处理过程中，夹杂物成分、形貌等 也会发生变化[28−30] . 钢中非金属夹杂物的存在对钢的力学性能以及 生产过程的顺行等都具有重要影响，因此有必要研 究从钢液到轧材整个生产过程中夹杂物的演变规 律. 本文以国内某厂生产的 20CrMo 合金钢为研究 对象，研究整个生产过程的夹杂物演变以及钢中总 氧、氮等钢液成分变化，分析 20CrMo 合金钢中夹 杂物的演变规律，对固体钢中夹杂物的转变方式以 及轧材中 CaO−Al2O3 与 CaS 黏结型夹杂物的形成 机理进行了探讨，同时对冶炼过程中的精准钙处理 控制给出了建议，对整个生产过程中夹杂物的转变 进行深入研究，为进一步有效控制钢中非金属夹杂 物、稳定生产运行、提高产品力学性能提供参考. 1    工业试验及取样和分析方法 目前该厂生产的 20CrMo 钢的生产工艺路线 为 ：铁水预处理→顶底复吹转炉→钢包炉精炼 （LF）→真空循环脱气精炼（RH）→钙处理→连铸→ 热轧，其化学成分如表 1 所示. 在 LF 阶段调合金和 脱硫处理. LF 阶段分两次喂入铝线，分别为加热开 始 5 min 后以及加热结束阶段. RH 阶段吹氩 1 min 后加入铝块等合金，RH 脱气时间为 20 min，脱气结 束后喂入 400 m 钙线，软吹时间为 5 min. 分别在 LF 化渣后、RH 进站、RH 加钙后取钢水样；中间包 浇注 1/3 取钢水样，以及连铸坯试样及对应连铸坯 的轧材试样. 钢水样的分析位置为距离底部 10 mm 处；铸坯试样的分析位置为：板宽 1/4 位置、距离内 弧 1/4 处；轧材分析位置为：坯头、板宽 1/4 处. 表 1  20CrMo 合金钢化学成分（质量分数） Table 1   Chemical composition of 20CrMo steel % C Si Mn Cr Mo T.Al T.S T.Ca 0.2 0.21 0.55 0.95 0.2 0.025 <0.003 0.0025 使用电火花直读光谱仪对钢中 T.Ca、 T.Al、 及 T.S 含量进行检测，使用 Leco ONH836 对钢中 总氧含量（T.O）及总氮含量 (T.N) 进行检测. 将钢 铁试样进行研磨、抛光后，使用自动扫描电镜分析 钢中非金属夹杂物的形貌、数量及尺寸. 2    生产过程中钢液成分变化及原因 精炼及连铸过程钢液中氧含量、氮含量及硫 含量变化如图 1（a）所示. RH 进站时钢液硫质量分 数 为 3.8×10−5， 由 于 RH 精炼的微弱脱硫效果 ， RH 精炼结束之后硫质量分数降低至 3×10−5，在 连铸过程中硫质量分数降至 2.7×10−5 . RH 进站时 钢液中 T.O 质量分数为 2.3×10−5 ，RH 真空结束后 王伟健等： 20CrMo 合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变 · 1091 ·

.1092 工程科学学报，第43卷，第8期 T.O质量分数为8×106，总氧降低效果明显，表明 105,TN质量分数增加至4.1×10，原因为喂钙过 RH精炼过程总氧去除效果明显.RH进站至RH 程中反应剧烈，钢液面部分裸露，一部分空气由于 真空结束时，由于RH的脱气作用，钢液中T.N质 向钢液中喂线而进入钢液中，加钙后至中间包过 量分数由4.8×105降低至3.5×10-5.与加钙前相 程中氧含量及氮含量均增加，表明一部分空气进 比，RH加钙后钢液中T.O质量分数增加至1.1× 入到钢液中，钢液存在二次氧化现象 (a) LF RH Tundish 1-Adding Al wire S'LJO 2-Adding CrFe Adding Al wire 3-Adding Al Adding SiFe Adding MnFe 4-Adding Ca wire 。TS o-TN T.0 20 40 60 80 100 120 Iime/min 400 (b) LF RH Tundish 1-Adding Al wire 300 -Adding CrFe Adding Al wire 200 Adding Al Adding SiFe 28 Adding MnFe -Adding Ca wire 10 ◆T.A1 0 -T.Ca 0 20 40 6080100120 Time/min 图1精炼及连铸过程相关元素含量变化.()总硫含量、总氧含量、总氨含量：(b)总钙含量、总铝含量 Fig.I Variation of composition in liquid steel:(a)T.S,T.O,and T.N contents;(b)T.Ca and T.Al contents 图1为钢液中T.A1及T.Ca含量变化.由于LF 尺寸及数密度变化.可以看到，加钙后夹杂物由于 精炼及RH精炼阶段铝线及铝块的加入，从LF精炼 钙元素的加入以及加钙过程中空气的带入夹杂物 至RH真空结束阶段T.A1含量呈增加趋势.由于喂 数量有所增加，但平均尺寸降低，表明大尺寸夹杂 钙及连铸过程的二次氧化现象，钢液中铝被逐渐氧 物所占比例有所降低，在H精炼过程中被去除 化，含量降低.RH进站中钙质量分数为3×106，加钙 由于连铸过程中发生二次氧化现象，夹杂物数量 后钙质量分数最高达2.4×10.在浇注过程由于二 及尺寸有所增加，连铸过程的保护浇注措施需要 次氧化，钙有所烧损，质量分数降低至1.8×105 加强. 3 将夹杂物成分投到Al2O3CaO-CaS三元相图 生产过程中非金属夹杂物的演变 中，Dmax为扫描到的夹杂物的最大尺寸，Dave为扫 图2为整个20CrMo生产过程中夹杂物平均 描到的夹杂物的平均尺寸，w代表质量分数.图3 60 --Average diameter -●-Number density 1-At start of LF 2-At start of RH 3-RH before adding Ca 4-RH after adding Ca 30 5-Tundish 2 6-Slab 7-Hot-rolled 15 intermediate sheet 8-Rolling plate 4.5678 Sampling point 图2生产过程中夹杂物平均尺寸及数密度变化 Fig.2 Changes in average diameter and number density of inclusions during the production process

T.O 质量分数为 8×10−6，总氧降低效果明显，表明 RH 精炼过程总氧去除效果明显. RH 进站至 RH 真空结束时，由于 RH 的脱气作用，钢液中 T.N 质 量分数由 4.8×10−5 降低至 3.5×10−5 . 与加钙前相 比 ，RH 加钙后钢液中 T.O 质量分数增加至 1.1× 10−5 ，T.N 质量分数增加至 4.1×10−5，原因为喂钙过 程中反应剧烈，钢液面部分裸露，一部分空气由于 向钢液中喂线而进入钢液中. 加钙后至中间包过 程中氧含量及氮含量均增加，表明一部分空气进 入到钢液中，钢液存在二次氧化现象. 0 20 40 60 80 100 120 Mass fraction of T.S, T.O and T.N/10−6 2 3 4 1—Adding Al wire 2—Adding CrFe Adding Al wire 3—Adding Al Adding SiFe Adding MnFe 4—Adding Ca wire RH Tundish Time/min LF 1 (a) 0 20 40 60 80 T.S T.N T.O 0 20 40 60 80 100 120 Mass fraction of T.Al and T.Ca/10−6 2 3 4 RH Tundish Time/min LF 1 1—Adding Al wire 2—Adding CrFe Adding Al wire 3—Adding Al Adding SiFe Adding MnFe 4—Adding Ca wire (b) 0 10 20 30 200 300 400 T.Al T.Ca 图 1    精炼及连铸过程相关元素含量变化. （a）总硫含量、总氧含量、总氮含量；（b）总钙含量、总铝含量 Fig.1    Variation of composition in liquid steel: (a) T.S, T.O, and T.N contents; (b) T.Ca and T.Al contents 图 1 为钢液中 T.Al 及 T.Ca 含量变化. 由于 LF 精炼及 RH 精炼阶段铝线及铝块的加入，从 LF 精炼 至 RH 真空结束阶段 T.Al 含量呈增加趋势. 由于喂 钙及连铸过程的二次氧化现象，钢液中铝被逐渐氧 化，含量降低. RH 进站中钙质量分数为 3×10−6，加钙 后钙质量分数最高达 2.4×10−5 . 在浇注过程由于二 次氧化，钙有所烧损，质量分数降低至 1.8×10−5 . 3    生产过程中非金属夹杂物的演变 图 2 为整个 20CrMo 生产过程中夹杂物平均 尺寸及数密度变化. 可以看到，加钙后夹杂物由于 钙元素的加入以及加钙过程中空气的带入夹杂物 数量有所增加，但平均尺寸降低，表明大尺寸夹杂 物所占比例有所降低，在 RH 精炼过程中被去除. 由于连铸过程中发生二次氧化现象，夹杂物数量 及尺寸有所增加，连铸过程的保护浇注措施需要 加强. 将夹杂物成分投到 Al2O3−CaO−CaS 三元相图 中，Dmax 为扫描到的夹杂物的最大尺寸，Dave 为扫 描到的夹杂物的平均尺寸，w 代表质量分数. 图 3 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 Average diameter 1—At start of LF 2—At start of RH 3—RH before adding Ca 4—RH after adding Ca 5—Tundish 6—Slab 7—Hot-rolled intermediate sheet 8—Rolling plate Average diameter/μm Sampling point 0 15 30 45 60 Number density Number density/mm−2 图 2    生产过程中夹杂物平均尺寸及数密度变化 Fig.2    Changes in average diameter and number density of inclusions during the production process · 1092 · 工程科学学报，第 43 卷，第 8 期

王伟健等：20CMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变 ·1093· 为精炼及连铸过程夹杂物成分分布，图中实线为 加钙后由于钢中硫含量较高而氧含量相对较低， 100%液相区.20CrMo合金钢转炉出钢及精炼过 钢中生成了大量的CaS,连铸过程中由于氧含量增 程中使用铝脱氧，因此RH精炼加钙前夹杂物主要 加，CaS一部分转化为CaO,与生成的Al203形成 为Al203,精炼过程中Al203质量分数可达82% 钙铝酸盐 (a) (b) Average composition 0100 Scanning area:30.30 mm2 Average composition 0 100 Scanning area:59.769 mm2 -1873 K liqudus Number density:28 mm 1873 K liquidus Number density:24 mm Dm=34.71m Area fraction:4.366x105 D=22.86 um Area fraction:6.916x10-5 De=2.62m 25 75 Dwve=2.58 um 25 15 w(CaOy 0 C w(CaOy% #(C 50 50 50 o\o 89% 15 100 10 0 25 50 75 100 0 25 50 75 100 W(ALO. W(ALO9 (c) (d) Average composition 0 100 Scanning area:38.846 mm ★ Average composition 0100 Scanning area:41.506 mm -1873 K liquidus Number density:39 mm-2 1873 K liquidus Number density:50 mm-2 Dm=20.12Hm Area fraction:5.191x10-5 Area fraction:2.0199x10- D.x-30.70m D.=1.85μm 3 Dave=2.89 um 35 75 Cao)/% 然 C 50 99a8 50 (CaS)/% 50 50 、。O。 25 0 90 898 10 0 100 50 75 25 50 W(ALO. W(ALO/% 图3精炼及连铸过程夹杂物成分分布.(a)LF进站：(b)RH进站：(c)RH加钙后叫：(d)中间包浇注1/3) Fig.3 Composition distribution of inclusions at refining and continuous casting process:(a)start of LF;(b)start of RH;(c)RH after Ca addition, (d)tundish 图4为连铸坯及轧材中夹杂物成分分布，夹杂 MgO含量降低 物成分变化不大.从图中可以看出经过凝固和冷 由于RH精炼过程中合金的加入引入了一部 却.固体钢中夹杂物主要为两部分，一部分是 分钙，溶解进入钢液中的钙与Mg0及Al2O3夹杂 Al2O,CaS的复合夹杂物，尺寸相对较小，另一部 物反应，如公式(2)及公式(3)所示.与RH进站相 分是尺寸相对较大的AlO,CaO,含有少量的CaS. 比，RH精炼加钙前的试样中夹杂物中A12O,质量 图5为20CrM0合金钢生产过程钢中非金属 分数从82%降低至75%，Ca0质量分数从5%升高 夹杂物的成分变化图，整个生产过程中Mg0含量 至14%.由于钢液中硫含量较高，而氧含量相对较 较低，质量分数小于10%，钙处理结束后小于3%. 低，因此当过量的钙加入到钢液中后会生成大量 在LF精炼过程及RH精炼加钙前阶段，钢液中夹 CaS,CaS质量分数增加至59%，Al2O3质量分数降 杂物主要为Al2O3,Al203质量分数高于70%.由 低至21% 于LF后期补加了一定量的铝线，因此RH进站时 图6为钙处理后及中间包中夹杂物尺寸与数 夹杂物中A103含量增高.同时，夹杂物中的少量 量分布，从图中可以看出，与加钙后相比，中间包 MgO通过公式(1)被还原进入钢液中，夹杂物中 中夹杂物数量增加，大尺寸夹杂物所占比例增加

为精炼及连铸过程夹杂物成分分布，图中实线为 100% 液相区. 20CrMo 合金钢转炉出钢及精炼过 程中使用铝脱氧，因此 RH 精炼加钙前夹杂物主要 为 Al2O3，精炼过程中 Al2O3 质量分数可达 82%. 加钙后由于钢中硫含量较高而氧含量相对较低， 钢中生成了大量的 CaS，连铸过程中由于氧含量增 加 ，CaS 一部分转化为 CaO，与生成的 Al2O3 形成 钙铝酸盐. 0 25 50 75 100 0 25 50 75 0 100 25 50 75 100 Scanning area: 30.30 mm2 Number density: 28 mm−2 Area fraction: 4.366×10−5 w(CaO)/% w(CaS)/% w(Al2O3 )/% Average composition 1873 K liqudus Dmax=34.71 μm Dave=2.62 μm (a) 0 25 50 75 100 0 25 50 75 0 100 25 50 75 100 w(CaO)/% w(CaS)/% w(Al2O3 )/% Scanning area: 59.769 mm2 Number density: 24 mm−2 Area fraction: 6.916×10−5 Dmax=22.86 μm Dave=2.58 μm Average composition 1873 K liquidus (b) 0 25 50 75 100 0 25 50 75 0 100 25 50 75 100 w(CaO)/% w(CaS)/% w(Al2O3 )/% Scanning area: 38.846 mm2 Number density: 39 mm−2 Area fraction: 5.191×10−5 Dmax=20.12 μm Dave=1.85 μm Average composition 1873 K liquidus (c) 0 25 50 75 100 0 25 50 75 0 100 25 50 75 100 w(CaO)/% w(CaS)/% w(Al2O3 )/% Scanning area: 41.506 mm2 Number density: 50 mm−2 Area fraction: 2.0199×10−4 Dmax=30.70 μm Dave=2.89 μm Average composition 1873 K liquidus (d) 图 3    精炼及连铸过程夹杂物成分分布. （a）LF 进站；（b）RH 进站；（c）RH 加钙后[31] ；（d）中间包浇注 1/3[31] Fig.3    Composition distribution of inclusions at refining and continuous casting process: (a) start of LF; (b) start of RH; (c) RH after Ca addition[31] ; (d) tundish[31] 图 4 为连铸坯及轧材中夹杂物成分分布，夹杂 物成分变化不大. 从图中可以看出经过凝固和冷 却. 固体钢中夹杂物主要为两部分 ，一部分是 Al2O3−CaS 的复合夹杂物，尺寸相对较小，另一部 分是尺寸相对较大的 Al2O3−CaO，含有少量的 CaS. 图 5 为 20CrMo 合金钢生产过程钢中非金属 夹杂物的成分变化图，整个生产过程中 MgO 含量 较低，质量分数小于 10%，钙处理结束后小于 3%. 在 LF 精炼过程及 RH 精炼加钙前阶段，钢液中夹 杂物主要为 Al2O3，Al2O3 质量分数高于 70%. 由 于 LF 后期补加了一定量的铝线，因此 RH 进站时 夹杂物中 Al2O3 含量增高. 同时，夹杂物中的少量 MgO 通过公式（1）被还原进入钢液中，夹杂物中 MgO 含量降低. 由于 RH 精炼过程中合金的加入引入了一部 分钙，溶解进入钢液中的钙与 MgO 及 Al2O3 夹杂 物反应，如公式（2）及公式（3）所示. 与 RH 进站相 比，RH 精炼加钙前的试样中夹杂物中 Al2O3 质量 分数从 82% 降低至 75%，CaO 质量分数从 5% 升高 至 14%. 由于钢液中硫含量较高，而氧含量相对较 低，因此当过量的钙加入到钢液中后会生成大量 CaS，CaS 质量分数增加至 59%，Al2O3 质量分数降 低至 21%. 图 6 为钙处理后及中间包中夹杂物尺寸与数 量分布，从图中可以看出，与加钙后相比，中间包 中夹杂物数量增加，大尺寸夹杂物所占比例增加. 王伟健等： 20CrMo 合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变 · 1093 ·

·1094 工程科学学报，第43卷，第8期 (a) (b) Average composition 0100 Scanning area:33.828 mm2 Average composition 0 100 Scanning area:33.205 mm -1873 K liqudus Number density:41 mm-2 -1873 K liquidus Number density:39 mm-2 Dx=17.37μm Area fraction:1.8775x10- Da=4.38m Area fraction:3.4077x10- D=3.03μm 25 75 D=45.47m 25 75 w(CaO 50 w(C 9 50 w(Caoy w(CaS)/% 50 g 75 25 75 25 100 100 50 100 0 50 100 W(ALO)/ W(ALO.% (c) Average composition 0 100 Scanning area:43.166 mm 1873 K liquidus Number density:36 mm D=29.74μm Area fraction:1.782x10- D=3.27m 25 75 Cao)/ 0 6 50 w(CaS) 75 (o 25 a 100 0 25 50 75 100 W( 图4连铸坯及轧材中夹杂物成分分布.()连铸坯：(b)热轧中间坯：(c)热轧板 Fig.4 Composition distribution of inclusions in slab and rolling plate:(a)slab;(b)hot-rolled intermediate sheet;(c)hot rolling plate 100 LF RH Tundish Slab Plate -Adding Al wire 2-Adding CrFe Adding Al wire -Adding Al Adding SiFe 40 Adding MnFe -Adding Ca wire 20 gAl203·Ca0 -o-CaS◆-MgO 20406080100120 Time/min 图5生产过程中夹杂物平均成分变化 Fig.5 Changes in the composition of inclusions during the production process of 20CrMo steel 由于连铸过程中的二次氧化现象，氧气进人钢液 A1203质量分数增加至46%.在钢的冷却与凝固过 中会首先与CaS发生反应，使CaS发生分解，如公 程中，发生如公式(5)所示的反应，铸坯中CaO含 式(4)所示.进入到钢液中的氧也会与钢液中[A] 量降低，CaS增加，在轧材中成分变化相对稳定. 反应生成大量AlO3,图7为使用Factsage7.0计算 3(MgO)+2[Al]=(Al2O3)+3[Mg] (1) 的钢中氧含量与夹杂物之间的关系.从图中可以 [Ca]+(MgO)=(Cao)+[Mg] (2) 看出，随着氧含量增加，夹杂物中CaS含量降低， CaO及Al203含量增加. 3[Ca]+(Al203)=2[Al+3[O] (3) 在中间包中，由于二次氧化的影响，夹杂物中 (CaS)+[O]=(CaO)+[S] (4) CaS质量分数降低至9%，Ca0质量分数增加至36%， (CaO)+[S]→(Cas)+[o] (5)

由于连铸过程中的二次氧化现象，氧气进入钢液 中会首先与 CaS 发生反应，使 CaS 发生分解，如公 式（4）所示. 进入到钢液中的氧也会与钢液中 [Al] 反应生成大量 Al2O3 . 图 7 为使用 Factsage 7.0 计算 的钢中氧含量与夹杂物之间的关系. 从图中可以 看出，随着氧含量增加，夹杂物中 CaS 含量降低， CaO 及 Al2O3 含量增加. 在中间包中，由于二次氧化的影响，夹杂物中 CaS 质量分数降低至 9%，CaO 质量分数增加至 36%， Al2O3 质量分数增加至 46%. 在钢的冷却与凝固过 程中，发生如公式（5）所示的反应，铸坯中 CaO 含 量降低，CaS 增加，在轧材中成分变化相对稳定. 3 ( MgO) +2[Al]=(Al2O3)+3 [ Mg] （1） [Ca]+ ( MgO) =(CaO)+ [ Mg] （2） 3[Ca]+(Al2O3)= 2[Al]+3[O] （3） (CaS)+[O]=(CaO)+[S] （4） (CaO)+[S] → (CaS)+[O] （5） 0 25 50 75 100 0 25 50 75 0 100 25 50 75 100 Scanning area: 33.828 mm2 Number density: 41 mm−2 Area fraction: 1.8775×10−4 w(CaO)/% w(CaS)/% w(Al2O3 )/% Average composition 1873 K liqudus Dmax=17.37 μm Dave=3.03 μm (a) 0 25 50 75 100 0 25 50 75 0 100 25 50 75 100 w(CaO)/% w(CaS)/% w(Al2O3 )/% Scanning area: 33.205 mm2 Number density: 39 mm−2 Area fraction: 3.4077×10−4 Dmax=4.38 μm Dave=45.47 μm Average composition 1873 K liquidus (b) 0 25 50 75 100 0 25 50 75 0 100 25 50 75 100 w(CaO)/% w(CaS)/% w(Al2O3 )/% Scanning area: 43.166 mm2 Number density: 36 mm−2 Area fraction: 1.782×10−4 Dmax=29.74 μm Dave=3.27 μm Average composition 1873 K liquidus (c) 图 4    连铸坯及轧材中夹杂物成分分布. （a）连铸坯；（b）热轧中间坯；（c）热轧板 Fig.4    Composition distribution of inclusions in slab and rolling plate: (a) slab; (b) hot-rolled intermediate sheet; (c) hot rolling plate 0 20 40 60 80 100 120 2 3 4 1—Adding Al wire 2—Adding CrFe Adding Al wire 3—Adding Al Adding SiFe Adding MnFe 4—Adding Ca wire RH Tundish Slab Plate Time/min LF 1 Mass fraction of inclusions/ % 0 20 40 60 80 100 Al2O3 CaS CaO MgO 图 5    生产过程中夹杂物平均成分变化 Fig.5    Changes in the composition of inclusions during the production process of 20CrMo steel · 1094 · 工程科学学报，第 43 卷，第 8 期

王伟健等：20CMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变 ·1095· 40 0 (a) 35 34.6 6 30.3 30 02320 20 15 10 10 9.2 4.9 0.9 2.2 2.0 0.4 1.2 0.1.0.1 0.5 3 4 5 6 3 5 Diamter of inclusions/um Diamter of inclusions/um 图6钙处理后及中间包中夹杂物尺寸分布.(a)加钙后：(b)中间包 Fig.6 Size distribution of inclusions after calcium treatment and in tundish:(a)after Ca addition;(b)tundish 120 1w(C=0.2% 较高时，会有CaS及CaO生成，与实际夹杂物检测 1w(Si=0.21% C:Cao 100 A:ALO, CA 结果较一致 w(Mn=0.55% rCr=0.95% 根据对现有流程试样的分析，夹杂物控制效 呢 wT.Ca=2.5×10-s w(T.S=3×105 Liquid 果相对较好，但仍存在一些问题.合金等原辅料中 (T.A1=2.5×10- 含有一部分钙，为了保证钙处理效果，提高生产过 w(Fe)=Bal. A00)八 % 程中的稳定性，在进行钙处理前，需要将合金中的 CaS Cao(1) CA 钙考虑在内.钙处理存在一个合理的喂钙量，既不 CaS(1) 能过高，也不能过低在当前的生产条件下，钢 中加钙量高于实际钢液需要的加钙量，为更好的 10 20 30 40 50 Mass fraction of oxygen content/10 控制夹杂物，减少水口结瘤问题，应降低钙线的喂 图7随氧含量增加，钢中夹杂物变化（温度：1823K) 入量，RH喂钙过程钢中氧含量及氨含量有所增 Fig.7 Change in inclusions with increased oxygen content 加.为提高钢液洁净度，需要通过调节吹氩流量以 (Temperature:1823 K) 及降低喂钙速度等措施进一步控制喂钙过程的氧 4精准钙处理的理论与实践 化现象.本炉次钙处理过程中钙的收得率为21%， 收得率偏低，可以采取控制软吹流量、喂钙速度等 根据20CMo合金钢中钙处理后试样的夹杂 措施提高并稳定控制钙的收得率 物分析结果，发现钙处理后有大量CaO及CaS生 成，表明喂钙量过高，需要控制钙线的喂入量.图8 钢冷却与凝固及固体钢加热过程中夹杂 为使用Factsage7.0计算的20CrMo钢中钙含量变 物的演变 化对钢中夹杂物的影响.根据计算结果，20CMo 根据图2结果，从中间包到铸坯以及轧材阶 合理的加钙量范围在5×106~1.5×10，当加钙量 段，夹杂物平均尺寸呈增加趋势，表明在钢冷却与 % w(C=0.2% 凝固以及固体钢加热过程中夹杂物会长大.从图5 w(Si=0.21% C:Cao w(Mn)=0.55% A:ALO 夹杂物平均成分的变化结果可以看出，中间包中 40 1w(Cr=0.95% Cas 含46%的Al203,35%的Ca0以及9%的CaS,而 wT.O=1×10s 30 1(T.S=3x105 在连铸坯中Al203质量分数降低至29%，Ca0质量 A,0 A2wT.A1=2.5x10 w(Fe)=Bal. 分数降低至4%，CaS质量分数增加至48%，同时 20 Liquid Cao MnS质量分数增加至15%，表明在钢冷却和凝固 过程中夹杂物成分同样会发生转变.为了更好地 10 Cao(1) 对钢中夹杂物的成分、形貌及尺寸等进行控制，有 ALO(1)Cas(1) 必要对钢冷却与凝固及固体钢加热过程中夹杂物 10 20 30 40 50 Mass fraction of T.Ca in steel/10 的演变机理进行研究 图8钙含量对20CrMo钢中夹杂物的影响 在钢冷却和凝固过程中夹杂物主要存在三种 Fig.8 Effect of T.Ca content on inclusions in 20CrMo steel 转变方式：随着温度降低夹杂物自身发生相转变：

4    精准钙处理的理论与实践 根据 20CrMo 合金钢中钙处理后试样的夹杂 物分析结果，发现钙处理后有大量 CaO 及 CaS 生 成，表明喂钙量过高，需要控制钙线的喂入量. 图 8 为使用 Factsage 7.0 计算的 20CrMo 钢中钙含量变 化对钢中夹杂物的影响. 根据计算结果，20CrMo 合理的加钙量范围在 5×10−6～1.5×10−5，当加钙量 较高时，会有 CaS 及 CaO 生成，与实际夹杂物检测 结果较一致. 根据对现有流程试样的分析，夹杂物控制效 果相对较好，但仍存在一些问题. 合金等原辅料中 含有一部分钙，为了保证钙处理效果，提高生产过 程中的稳定性，在进行钙处理前，需要将合金中的 钙考虑在内. 钙处理存在一个合理的喂钙量，既不 能过高，也不能过低[32] . 在当前的生产条件下，钢 中加钙量高于实际钢液需要的加钙量，为更好的 控制夹杂物，减少水口结瘤问题，应降低钙线的喂 入量. RH 喂钙过程钢中氧含量及氮含量有所增 加. 为提高钢液洁净度，需要通过调节吹氩流量以 及降低喂钙速度等措施进一步控制喂钙过程的氧 化现象. 本炉次钙处理过程中钙的收得率为 21%， 收得率偏低，可以采取控制软吹流量、喂钙速度等 措施提高并稳定控制钙的收得率. 5    钢冷却与凝固及固体钢加热过程中夹杂 物的演变 根据图 2 结果，从中间包到铸坯以及轧材阶 段，夹杂物平均尺寸呈增加趋势，表明在钢冷却与 凝固以及固体钢加热过程中夹杂物会长大. 从图 5 夹杂物平均成分的变化结果可以看出，中间包中 含 46% 的 Al2O3， 35% 的 CaO 以及 9% 的 CaS，而 在连铸坯中 Al2O3 质量分数降低至 29%，CaO 质量 分数降低至 4%，CaS 质量分数增加至 48%，同时 MnS 质量分数增加至 15%，表明在钢冷却和凝固 过程中夹杂物成分同样会发生转变. 为了更好地 对钢中夹杂物的成分、形貌及尺寸等进行控制，有 必要对钢冷却与凝固及固体钢加热过程中夹杂物 的演变机理进行研究. 在钢冷却和凝固过程中夹杂物主要存在三种 转变方式：随着温度降低夹杂物自身发生相转变； 30.3 4.9 0.9 0.4 0.1 0.1 1 2 3 4 5 6 7 0 10 20 30 40 Number density/mm−2 Diamter of inclusions/μm (a) 34.6 9.2 2.2 1.2 0.5 2.0 1 2 3 4 5 6 7 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Number density/mm−2 Diamter of inclusions/μm (b) 图 6    钙处理后及中间包中夹杂物尺寸分布. （a）加钙后；（b）中间包 Fig.6    Size distribution of inclusions after calcium treatment and in tundish: (a) after Ca addition; (b) tundish 10 20 30 40 50 0 20 40 60 80 100 120 w(C)=0.2% w(Si)=0.21% w(Mn)=0.55% w(Cr)=0.95% w(T.Ca)=2.5×10−5 w(T.S)=3×10−5 w(T.Al)=2.5×10−4 w(Fe)=Bal. CaS CA2 Al2O3 (l) CA Mass fraction of inclusions/10 CaS(l) −6 Mass fraction of oxygen content/10−6 Liquid CaO(l) 1 C:CaO A:Al2O3 图 7    随氧含量增加，钢中夹杂物变化（温度: 1823 K） Fig.7     Change  in  inclusions  with  increased  oxygen  content (Temperature: 1823 K) 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 Liquid window CaO CaS CA6 Al2O3 (l) CA2 Mass fraction of each phase/10−6 Mass fraction of T.Ca in steel/10−6 w(C)=0.2% w(Si)=0.21% w(Mn)=0.55% w(Cr)=0.95% w(T.O)=1×10−5 w(T.S)=3×10−5 w(T.Al)=2.5×10−4 w(Fe)=Bal. CaS(l) Liquid Al2O3 CaO(l) C:CaO A:Al2O3 图 8    钙含量对 20CrMo 钢中夹杂物的影响 Fig.8    Effect of T.Ca content on inclusions in 20CrMo steel 王伟健等： 20CrMo 合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变 · 1095 ·

·1096 工程科学学报，第43卷，第8期 钢中CaS、MnS等新相的析出：钢基体与夹杂物发 与检测的中间包中夹杂物成分一致.从图中可以 生固相反应.使用Factsage7.0研究钢冷却和凝固 看出，在浇注温度（约1550℃）下，夹杂物主要为 过程中夹杂物相转变情况，计算结果如图9和 液态的钙铝酸盐和少量的CaS.在温度降低至 图10所示. 1520℃开始有新相Ca0Al2O3生成，液相夹杂物 100 数量减少.当温度降低至1350℃时，液相消失，生 w(A1,0,=51.04% 成新相3CaO-Al2O3,在整个温度降低的过程中CaS w(Ca0=39.36% 80 Liquid w(CaS)=9.6% 质量分数变化不大，表明在钢冷却与凝固过程中 CaO-ALO 夹杂物内部的相转变对夹杂物成分变化影响较小 60 图10为考虑在钢冷却与凝固过程中钢与夹杂 40 物发生反应及存在新相生成时的计算结果.从图 3CaO-ALO, 中可知，在浇注温度（约1550℃）下，夹杂物为固 20 CaS 相的CaS和液态的夹杂物.当温度降低至约1480℃ 时，液相夹杂物消失，CaS含量增加明显，开始生 1000 1100 120013001400 15001600 Temperature/℃ 成新相Ca0-2Al203.当温度降低至1390℃时， 困9随温度降低夹杂物本身物相转变 Ca0-2Al,O3相逐渐减少，新相CaO-6Al03生成， Fig.9 Phase transformation of the inclusion with decreasing temperature CaS继续增加.当温度降低至约1330℃时，夹杂 60 物完全转变为Al03和CaS.当温度降低1225℃ 1w(C=0.2%w(Cr=0.95%1w(T.A1=0.025% wSi=0.21%w(T.S)=0.003%w(T.Ca=0.0025% 时，MnS开始析出.温度降至l000℃时，MnS含 w(Mn)-=0.55%w(T.O)-0.001%w(Fe=Bal. CaS C:Ca0 量变化趋于稳定.该计算结果与钢在实际冷却与 40 A:ALO 凝固条件下夹杂物成分变化趋势一致，表明在钢 凝固与冷却过程中钢与夹杂物之间的固相反应及 MnS AL,O CA6 CA2 Liquid 新相的生成对夹杂物转变有较大影响. 20 在钢冷却与凝固过程中，由于发生反应公式 (5),夹杂物中CaO含量降低，CaS含量增加.中间 包中典型夹杂物形貌如图11所示.夹杂物主要为 10001100 1200130014001500 1600 Temperature/℃ 球形的钙铝酸盐类以及CaO-Al2O3与CaS黏结在 图10随温度降低钢中夹杂物物相转变 一起的复合夹杂物.图12为固体钢中典型夹杂物形 Fig.10 Phase transformation of the inclusions in the steel with 貌.主要分为以下几类：呈均相分布的Al2O3-CaO-CaS decreasing temperature 复合夹杂物，此类夹杂物尺寸一般较小，钢基体中 随着温度降低，仅考虑夹杂物自身发生相转 [S]更容易扩散进入到夹杂物中形成CaS,最终形 变时的计算结果如图9所示.计算的夹杂物的初 成均相的复合夹杂物；CaO-Al2O3与CaS黏结在 始成分为Al203:51.04%、Ca0:39.36%、CaS:9.6%, 一起的复合夹杂物：以及少量呈单相析出的CaS. (a) (b) CaS:100% AL,O,-Cao A1205:414% A105:36.59% Al,O,-Cao 7 am Ca0:58.6% Ca0:63.41% 图11中间包中典型夹杂物形貌.(a)Ca0-Al2O3:(b)CaO-Al2O3与CaS复合夹杂物 Fig.11 Morphology of typical inclusions in tundish:(a)CaO-Al,O;(b)CaO-Al2O:-CaS compound inclusions 图13为铸坯中夹杂物尺寸与成分的关系.从 CaS含量逐渐降低.CaO含量逐渐增加.表明在钢 图中可以看出，随着夹杂物尺寸的增加，夹杂物中 凝固及加热过程中，夹杂物尺寸越大，夹杂物成分

钢中 CaS、MnS 等新相的析出；钢基体与夹杂物发 生固相反应. 使用 Factsage 7.0 研究钢冷却和凝固 过程中夹杂物相转变情况 ，计算结果如图 9 和 图 10 所示. 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 0 20 40 60 80 100 CaO·Al2O3 3CaO·Al2O3 Liquid Mass fraction of inclusion/ % Temperature/℃ CaS w(Al2O3 )=51.04% w(CaO)=39.36% w(CaS)=9.6% 图 9    随温度降低夹杂物本身物相转变 Fig.9    Phase transformation of the inclusion with decreasing temperature 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 0 20 40 60 MnS CA6 CA2 Liquid Al2O3 Mass fraction of inclusion/ % Temperature/℃ CaS C:CaO A:Al2O3 w(C)=0.2% w(Si)=0.21% w(Mn)=0.55% w(Cr)=0.95% w(T.S)=0.003% w(T.O)=0.001% w(T.Al)=0.025% w(T.Ca)=0.0025% w(Fe)=Bal. 图 10    随温度降低钢中夹杂物物相转变 Fig.10     Phase  transformation  of  the  inclusions  in  the  steel  with decreasing temperature 随着温度降低，仅考虑夹杂物自身发生相转 变时的计算结果如图 9 所示. 计算的夹杂物的初 始成分为 Al2O3：51.04%、CaO：39.36%、CaS：9.6%， 与检测的中间包中夹杂物成分一致. 从图中可以 看出，在浇注温度（约 1550 ℃）下，夹杂物主要为 液态的钙铝酸盐和少量的 CaS. 在温度降低至 1520 ℃ 开始有新相 CaO·Al2O3 生成，液相夹杂物 数量减少. 当温度降低至 1350 ℃ 时，液相消失，生 成新相 3CaO·Al2O3，在整个温度降低的过程中 CaS 质量分数变化不大，表明在钢冷却与凝固过程中 夹杂物内部的相转变对夹杂物成分变化影响较小. 图 10 为考虑在钢冷却与凝固过程中钢与夹杂 物发生反应及存在新相生成时的计算结果. 从图 中可知，在浇注温度（约 1550 ℃）下，夹杂物为固 相的 CaS 和液态的夹杂物. 当温度降低至约 1480 ℃ 时，液相夹杂物消失，CaS 含量增加明显，开始生 成 新 相 CaO·2Al2O3 . 当温度降低 至 1390 ℃ 时 ， CaO·2Al2O3 相逐渐减少 ，新相 CaO·6Al2O3 生成 ， CaS 继续增加. 当温度降低至约 1330 ℃ 时，夹杂 物完全转变为 Al2O3 和 CaS. 当温度降低 1225 ℃ 时 ，MnS 开始析出. 温度降至 1000 ℃ 时 ，MnS 含 量变化趋于稳定. 该计算结果与钢在实际冷却与 凝固条件下夹杂物成分变化趋势一致，表明在钢 凝固与冷却过程中钢与夹杂物之间的固相反应及 新相的生成对夹杂物转变有较大影响. 在钢冷却与凝固过程中，由于发生反应公式 （5），夹杂物中 CaO 含量降低，CaS 含量增加. 中间 包中典型夹杂物形貌如图 11 所示. 夹杂物主要为 球形的钙铝酸盐类以及 CaO−Al2O3 与 CaS 黏结在 一起的复合夹杂物. 图 12 为固体钢中典型夹杂物形 貌. 主要分为以下几类：呈均相分布的Al2O3−CaO−CaS 复合夹杂物，此类夹杂物尺寸一般较小，钢基体中 [S] 更容易扩散进入到夹杂物中形成 CaS，最终形 成均相的复合夹杂物；CaO−Al2O3 与 CaS 黏结在 一起的复合夹杂物；以及少量呈单相析出的 CaS. (a) Al2O3 : 41.4% CaO: 58.6% 7 μm (b) Al2O3 : 36.59% CaO: 63.41% CaS: 100% 7 μm Al2O3−CaO Al2O3−CaO CaS 图 11    中间包中典型夹杂物形貌. （a）CaO−Al2O3；（b）CaO−Al2O3 与 CaS 复合夹杂物 Fig.11    Morphology of typical inclusions in tundish: (a) CaO−Al2O3 ; (b) CaO−Al2O3−CaS compound inclusions 图 13 为铸坯中夹杂物尺寸与成分的关系. 从 图中可以看出，随着夹杂物尺寸的增加，夹杂物中 CaS 含量逐渐降低，CaO 含量逐渐增加，表明在钢 凝固及加热过程中，夹杂物尺寸越大，夹杂物成分 · 1096 · 工程科学学报，第 43 卷，第 8 期

王伟健等：20CMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变 1097 Al,O;-CaS-(CaO) (b) A20:53.23% Ca0:46.77% Al,O,-CaO Al,04:50.51% Ca0:1.96% CaS CaS:47.53% 手m CaS:100% 201m (c) CaS:100% 10理 图12铸坯及轧材中典型夹杂物形貌.(a)均相Al2O3-CaO-CaS复合夹杂物：(b)Al2O3-CaO与CaS黏结型夹杂物：(c)CaS夹杂物 Fig.12 Morphology of typical inclusions in slab and plate:(a)homogeneous Al,O:-CaO-CaS inclusions;(b)Al,O:-CaO and CaS compound inclusions;(c)CaS 越不容易发生变化，即Al2O3-Ca0夹杂物越不容 CaO-Al2O3与CaS的两相；（2)钢液中CaO-Al2O3 易转变为Al20,CaS类夹杂物，与图4中连铸坯及 生成：中间包钢液中存在CaO-Al203类夹杂物，这 轧材中夹杂物成分分布的结果相一致 类夹杂物中的CaO在钢冷却与凝固或轧制过程中 % 与钢基体中的[S]发生反应，CaO转变为CaS,但 ●-Mg0 由于反应时间不充分，无法达到热力学平衡，CO 0-Al203 Ca0 不能充分反应生成CaS,一部分CaO留在夹杂物 ，-CaS 中，最终形成CaO-Al2O3与CaS黏结型夹杂物； (3)铸坯中原始的CaO-Al2O3与CaS黏结型夹杂 物：钙处理过程中，过量的钙加入到钢液后会立刻 生成高熔点的CaS,CaS与AlO3碰撞呈Al2O,CaS 复合夹杂物，但CaS是一种瞬态物质，部分CaS转 0 变为CaO,生成的Ca0与Al03形成CaO-Al203, 0 2-33-4 4-5 35 这类夹杂物会保留到铸坯中，因此铸坯中会存在 Diameter of inclusions/um 图13铸坯中夹杂物尺寸与成分关系 带 曲 →() Fig.13 Relationship between the size and composition of inclusions in the slab 6轧材中CaO-A03与CaS黏结型夹杂 物形成原因 ®、 轧材中存在数量较多的CaO-Al2O3与Cas黏 →。二→●m 结型夹杂物，其形成机理如图14所示.其生成的 Liquid steel Slab Plate 原因主要有以下几个方面：(1)均相的CaO-Al2O3-CaS ●Al0,-Ca0●CaS由Al,0-Ca0-CaS®[S] 相转变生成：铸坯中存在均相的CaO-Al2O3-CaS 因14Ca0-Al2O3与CaS黏结型夹杂物形成示意图 的复合夹杂物，在钢轧制过程中，这类夹杂物随着 Fig.14 Schematic diagram of the formation mechanism of CaO-Al2O; 温度的变化，自身发生相转变，最终由均相转变成 and CaS bonded inclusions

越不容易发生变化，即 Al2O3−CaO 夹杂物越不容 易转变为 Al2O3−CaS 类夹杂物，与图 4 中连铸坯及 轧材中夹杂物成分分布的结果相一致. 5 0 30 60 90 Mass fraction of inclusions/ % Diameter of inclusions/μm MgO Al2O3 CaO CaS 图 13    铸坯中夹杂物尺寸与成分关系 Fig.13    Relationship between the size and composition of inclusions in the slab 6    轧材中 CaO−Al2O3 与 CaS 黏结型夹杂 物形成原因 轧材中存在数量较多的 CaO−Al2O3 与 CaS 黏 结型夹杂物，其形成机理如图 14 所示. 其生成的 原因主要有以下几个方面：（1）均相的CaO−Al2O3−CaS 相转变生成：铸坯中存在均相的 CaO−Al2O3−CaS 的复合夹杂物，在钢轧制过程中，这类夹杂物随着 温度的变化，自身发生相转变，最终由均相转变成 CaO−Al2O3 与 CaS 的两相；（2）钢液中 CaO−Al2O3 生成：中间包钢液中存在 CaO−Al2O3 类夹杂物，这 类夹杂物中的 CaO 在钢冷却与凝固或轧制过程中 与钢基体中的 [S] 发生反应，CaO 转变为 CaS，但 由于反应时间不充分，无法达到热力学平衡，CaO 不能充分反应生成 CaS，一部分 CaO 留在夹杂物 中 ，最终形成 CaO−Al2O3 与 CaS 黏结型夹杂物 ； （3）铸坯中原始的 CaO−Al2O3 与 CaS 黏结型夹杂 物：钙处理过程中，过量的钙加入到钢液后会立刻 生成高熔点的 CaS，CaS 与 Al2O3 碰撞呈 Al2O3−CaS 复合夹杂物，但 CaS 是一种瞬态物质，部分 CaS 转 变为 CaO，生成的 CaO 与 Al2O3 形成 CaO−Al2O3， 这类夹杂物会保留到铸坯中，因此铸坯中会存在 Al2O3−CaS−(CaO) Al2O3−CaO CaS (a) Al2O3 : 50.51% CaO: 1.96% CaS: 47.53% 5 μm Al2O3 : 53.23% CaO: 46.77% CaS: 100% (b) 20 μm (c) CaS 10 μm CaS: 100% 图 12    铸坯及轧材中典型夹杂物形貌. （a）均相 Al2O3−CaO−CaS 复合夹杂物；（b）Al2O3−CaO 与 CaS 黏结型夹杂物；（c）CaS 夹杂物 Fig.12     Morphology  of  typical  inclusions  in  slab  and  plate:  (a)  homogeneous  Al2O3−CaO−CaS  inclusions;  (b)  Al2O3−CaO  and  CaS  compound inclusions; (c) CaS (Ⅰ) (Ⅱ) Liquid steel Al2O3−CaO CaS Al2O3−CaO−CaS [S] Slab Plate (Ⅲ) 图 14    CaO−Al2O3 与 CaS 黏结型夹杂物形成示意图 Fig.14    Schematic diagram of the formation mechanism of CaO−Al2O3 and CaS bonded inclusions 王伟健等： 20CrMo 合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变 · 1097 ·

·1098 工程科学学报，第43卷，第8期 一些CaO-Al2O3与CaS黏结的夹杂物.在轧制过 (罗怀晓，张剑，齐丽娜.20CMo钢石油钻杆受力分析与热处理 程中，这类夹杂物由于尺寸相对较大以及反应时 工艺研究.热加工工艺，2017,46(20)：211) 间不充分等原因，CaO与钢基体中的[S]反应不完 [4]Li C.Carburizing and hardening of compressor main shaft of 20CrMo steel.Heat Treat,2020,35(2):55 全，因此无法完全转变为Al2O3CaS的复合夹杂 (李春.20CrMo钢压缩机主轴的渗碳淬火.热处理，2020,35(2)： 物，只是夹杂物中CaS相含量有所增加 55) 7结论 [51 Zhang L F,Thomas B.G.Alumina Inclusion Behavior During Steel Deoxidation Il Tth European Electric Steelmaking (1)由于钢中过量钙的加入，钙处理后立刻生 Conference.Venice,2002:2.77 成大量CaS,夹杂物变为CaS-Al2O,-Ca0复合夹 [6] Zhang L F,Thomas B G.State of the art in the control of 杂物.为将夹杂物控制在液相区，提高钙处理效 inclusions during steel ingot casting.Metall Mater Trans B,2006. 果，减少水口结瘤，应减少钙线的喂入量.并且钙处 37(5):733 理过程钢液中氧含量及氨含量增加，表明有一部 [7]Zhang L F.State of the art in the control of inclusions in tire cord steels-a review.Steel Res Int,2006,77(3):158 分空气随被带入到钢液中钢液的洁净度降低，同 [8]Zhang L F.Non-metallic Inclusions in Steels.Beijing:Metal- 时会使钙的收得率降低，需要控制吹氩流量及降 lurgical Industry Press,2019 低喂钙速度以减少氧的进入， (张立峰.钢中非金属夹杂物.北京：治金工业出版社，2019) (2)连铸过程中钢液氧含量，夹杂物数密度、 [9]Hu Y.Chen W O.Han H B.et al.Influence of calcium treatment 尺寸均增加，需要控制连铸过程二次氧化现象的 on cleanness and fatigue life of 60Si,MnA spring steel. 发生，加强保护浇注措施，以提高钢液洁净度 Ironmaking Steelmaking,2017,44(1):28 (3)在钢冷却与凝固过程中钢基体会与夹杂 [10]Zhang A M.Effect of non-metallic inclusion on property of steel. 物发生反应，夹杂物成分明显变化，CaO含量会降 Phys Exam Test,2006,24(4):42 低，CaS含量升高，与热力学计算结果一致 (张爱梅.非金属夹杂物对钢性能的影响.物理测试，2006， 24(4):42) (4)轧材中CaO-Al20与CaS黏结型夹杂物的来 源主要有以下几个方面：自身相转变产生；CaO-Al2O3 [11]Zhang L F.Discussion on the index of steel cleanliness. Steelmaking,2019,35(3):1 类夹杂物在凝固过程中与钢基体反应生成：铸坯 (张立峰.关于钢洁净度指数的讨论.炼钢，2019,35(3)：1) 中原始存在的 [12]Sun D L,Li T,Zhao C L,et al.Study on large particle inclusion 致谢 origin in the 20CrMo steel by tracer method.Ind Heat,2018, 47(1):27 感谢国家自然科学基金(U1860206、51725402)、 (孙大利，李涛，赵昌玲，等.20CMo钢中大颗粒夹杂物来源的示 燕山大学高钢中心(HSC)、先进制造用高品质钢 踪研究.工业加热，2018,47(1)：27) 铁材料开发与智能制造北京市国际科技合作基地 [13]Li W,Zhu X,Yao JJ,et al.Hydrogen traps and hydrogen induced cracking in 20CrMo steel./SI//nt,2017,57(1):170 (ICSM)和北京科技大学高品质钢研究中心 [14]Ding C,Wang J Y,Liu J L.Analysis on fracture failure of (HQSC)的资助. 20CrMo automotive bearing.Hor Work Technol,2011,40(14): 197 参考文献 (丁晨，王军艺，刘俊亮.20CMo汽车轴承断裂失效分析.热加工 [1]Fan T,Yang QK,Xie J B,et al.Effect of Mg on the inclusions in 工艺，2011,40(14)：197) 20CrMo gear steel.Iron Steel Vanadium Titanium,2019,40(6) [15]Wu X D,Zhang D X,Chen R L.Application of calcium treatment 149 to sulfur gear steel 20CrMo.Ady Mater Res,2014,936:1323 (樊田，杨乾坤，谢剑波，等.镁对20CMo齿轮钢中夹杂物的彩 [16]Zhang L F.Several important scientific research points of non- 响.钢铁钒钛，2019,40(6)：149) metallic inclusions in steel.Steelmaking,2016,32(4):1 [2]Guo D Y,Wu X D,Chen R L,et al.Research on precipitation of (张立峰.钢中非金属夹杂物儿个需要深人研究的课题.炼钢 inclusions in calcium-treated sulfur-containing 20CrMo gear 2016,32(4):1) steel.Iron Steel Vanadium Titanium,2012,33(6):69 [17]Yang W,Zhang L F,Wang X H,et al.Characteristics of inclusions (郭登仰，吴晓东，陈瑞泷，等.钙处理含硫20CMo齿轮钢夹杂物 in low carbon Al-killed steel during ladle furnace refining and 析出研究.钢铁钒钛，2012,33(6)：69) calcium treatment.ISI/Int,2013,53(8):1401 [3]Luo H X,Zhang J,Qi L N.Study on heat treatment process and [18]Ren Y,Zhang L F,Li SS.Transient evolution of inclusions during force analysis for oil drill pipes of 20CrMo.Hot Work Technol, calcium modification in linepipe steels.IS//Int,2014,54(12): 2017,46(20):211 2772

一些 CaO−Al2O3 与 CaS 黏结的夹杂物. 在轧制过 程中，这类夹杂物由于尺寸相对较大以及反应时 间不充分等原因，CaO 与钢基体中的 [S] 反应不完 全，因此无法完全转变为 Al2O3−CaS 的复合夹杂 物，只是夹杂物中 CaS 相含量有所增加. 7    结论 （1）由于钢中过量钙的加入，钙处理后立刻生 成大量 CaS，夹杂物变为 CaS−Al2O3−CaO 复合夹 杂物. 为将夹杂物控制在液相区，提高钙处理效 果，减少水口结瘤，应减少钙线的喂入量. 并且钙处 理过程钢液中氧含量及氮含量增加，表明有一部 分空气随被带入到钢液中，钢液的洁净度降低，同 时会使钙的收得率降低，需要控制吹氩流量及降 低喂钙速度以减少氧的进入. （2）连铸过程中钢液氧含量，夹杂物数密度、 尺寸均增加，需要控制连铸过程二次氧化现象的 发生，加强保护浇注措施，以提高钢液洁净度. （3）在钢冷却与凝固过程中钢基体会与夹杂 物发生反应，夹杂物成分明显变化，CaO 含量会降 低，CaS 含量升高，与热力学计算结果一致. （4）轧材中 CaO−Al2O 与 CaS 黏结型夹杂物的来 源主要有以下几个方面：自身相转变产生；CaO−Al2O3 类夹杂物在凝固过程中与钢基体反应生成；铸坯 中原始存在的. 致谢 感谢国家自然科学基金（U1860206、51725402）、 燕山大学高钢中心（HSC）、先进制造用高品质钢 铁材料开发与智能制造北京市国际科技合作基地 （ ICSM） 和 北 京 科 技 大 学 高 品 质 钢 研 究 中 心 （HQSC）的资助. 参    考    文    献 Fan T, Yang Q K, Xie J B, et al. Effect of Mg on the inclusions in 20CrMo  gear  steel. Iron Steel Vanadium Titanium,  2019,  40（6）: 149 （樊田, 杨乾坤, 谢剑波, 等. 镁对20CrMo齿轮钢中夹杂物的影 响. 钢铁钒钛, 2019, 40（6）：149） [1] Guo D Y, Wu X D, Chen R L, et al. Research on precipitation of inclusions  in  calcium-  treated  sulfur-  containing  20CrMo  gear steel. Iron Steel Vanadium Titanium, 2012, 33（6）: 69 （郭登仰, 吴晓东, 陈瑞泷, 等. 钙处理含硫20CrMo齿轮钢夹杂物 析出研究. 钢铁钒钛, 2012, 33（6）：69） [2] Luo H X, Zhang J, Qi L N. Study on heat treatment process and force  analysis  for  oil  drill  pipes  of  20CrMo. Hot Work Technol, 2017, 46（20）: 211 [3] （罗怀晓, 张剑, 齐丽娜. 20CrMo钢石油钻杆受力分析与热处理 工艺研究. 热加工工艺, 2017, 46（20）：211） Li  C.  Carburizing  and  hardening  of  compressor  main  shaft  of 20CrMo steel. Heat Treat, 2020, 35（2）: 55 （李春. 20CrMo钢压缩机主轴的渗碳淬火. 热处理, 2020, 35（2）： 55） [4] Zhang  L  F,  Thomas  B.  G.  Alumina  Inclusion  Behavior  During Steel  Deoxidation  //  7th European Electric Steelmaking Conference. Venice, 2002: 2.77 [5] Zhang  L  F,  Thomas  B  G.  State  of  the  art  in  the  control  of inclusions during steel ingot casting. Metall Mater Trans B, 2006, 37（5）: 733 [6] Zhang L F. State of the art in the control of inclusions in tire cord steels - a review. Steel Res Int, 2006, 77（3）: 158 [7] Zhang  L  F. Non-metallic Inclusions in Steels.  Beijing:  Metal￾lurgical Industry Press, 2019 （ 张立峰. 钢中非金属夹杂物. 北京: 冶金工业出版社, 2019） [8] Hu Y, Chen W Q, Han H B, et al. Influence of calcium treatment on  cleanness  and  fatigue  life  of  60Si2MnA  spring  steel. Ironmaking Steelmaking, 2017, 44（1）: 28 [9] Zhang A M. Effect of non-metallic inclusion on property of steel. Phys Exam Test, 2006, 24（4）: 42 （张爱梅. 非金属夹杂物对钢性能的影响. 物理测试, 2006, 24（4）：42） [10] Zhang  L  F.  Discussion  on  the  index  of  steel  cleanliness. Steelmaking, 2019, 35（3）: 1 （张立峰. 关于钢洁净度指数的讨论. 炼钢, 2019, 35（3）：1） [11] Sun D L, Li T, Zhao C L, et al. Study on large particle inclusion origin  in  the  20CrMo  steel  by  tracer  method. Ind Heat,  2018, 47（1）: 27 （孙大利, 李涛, 赵昌玲, 等. 20CrMo钢中大颗粒夹杂物来源的示 踪研究. 工业加热, 2018, 47（1）：27） [12] Li W, Zhu X, Yao J J, et al. Hydrogen traps and hydrogen induced cracking in 20CrMo steel. ISIJ Int, 2017, 57（1）: 170 [13] Ding  C,  Wang  J  Y,  Liu  J  L.  Analysis  on  fracture  failure  of 20CrMo  automotive  bearing. Hot Work Technol,  2011,  40（14）: 197 （丁晨, 王军艺, 刘俊亮. 20CrMo汽车轴承断裂失效分析. 热加工 工艺, 2011, 40（14）：197） [14] Wu X D, Zhang D X, Chen R L. Application of calcium treatment to sulfur gear steel 20CrMo. Adv Mater Res, 2014, 936: 1323 [15] Zhang  L  F.  Several  important  scientific  research  points  of  non￾metallic inclusions in steel. Steelmaking, 2016, 32（4）: 1 （张立峰. 钢中非金属夹杂物几个需要深入研究的课题. 炼钢, 2016, 32（4）：1） [16] Yang W, Zhang L F, Wang X H, et al. Characteristics of inclusions in  low  carbon  Al-killed  steel  during  ladle  furnace  refining  and calcium treatment. ISIJ Int, 2013, 53（8）: 1401 [17] Ren Y, Zhang L F, Li S S. Transient evolution of inclusions during calcium  modification  in  linepipe  steels. ISIJ Int,  2014,  54（12）: 2772 [18] · 1098 · 工程科学学报，第 43 卷，第 8 期