·1616 北京科技大学学报 第36卷 硫对可反应钙（钙蒸气和溶解钙）争夺形成的中间 炉→小平台吹氩LF处理（钙处理）→RH处理（钙 产物及其对氧化物夹杂的影响则鲜有提及.本研究 处理)→方坯连铸→轧制220mm圆钢.在LF、RH 通过在工业实验中对精炼过程各阶段取钢样，利用 精炼结束后各喂入300~500 m SiCa线进行钙处理， 扫描电镜及能谱仪观测了精炼过程中尤其是钙处理 钙处理之后软吹氩气促进夹杂物上浮去除.精炼采 前后夹杂物形貌和成分的变化，对钙处理过程中间 用高碱度低氧化性渣，碱度约为5.在小平台吹氩 产物的形成及不同中间产物对氧化铝夹杂的改性路 后、LF钙处理前（LF1)、LF钙处理后1~2min 径进行了较为深入的研究. (LF2)、RH钙处理前（距LF钙处理50min,RH1)、 RH钙处理后1~2min(RH2)和中包取钢水样.对 1方法 所有过程钢样进行化学成分分析，采用扫描电镜 钢种为27CMoV石油套管钢，其主要化学成分 (SEM)+能谱仪(EDS)对钢样非金属夹杂物进行观 如表1所示.工艺路线为：铁水预处理→120t转 察分析. 表127CMoV化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of 27CrMoV % C 苏 Mn Mo Al, 0.26-0.29 0.25-0.35 0.400.50 ≤0.009 ≤0.0040.95-1.050.75-0.800.09~0.110.02-0.04 60 2结果 2.1钢中气体含量变化 钢中总氧含量可以反应出钢中氧化物夹杂的水 40 平，常作为钢的洁净度评价标准.钢中总氧含量越 低，钢的洁净度就越高。各工序之间增氨量可作为 多 二次氧化程度的评价标准.钢中总氧和氮含量变化 如图1所示.由图中可以看出，钢中氧含量整体呈 钙处理 下降趋势，但下降幅度较小，而氮含量整体呈上升趋 钙处理 势.两次钙处理过程均有不同程度的增氧和增氮氯 Ar后 LFI LF2RH1RH2中包 其中RH钙处理的增氧和增氮量分别为5.6×10-6 工序 和0.7×10-6，小于LF钙处理的12×10-6和8× 图1钢中气体含量变化 10-6.钙处理过程增氮主要是由于硅钙线喂入钢液 Fig.1 Gas content variation in steel 后产生的钙气泡将钢液面吹开，造成裸露的钢液从 空气中吸氮而引起的.H钙处理后至中间包平均 形夹杂，如图2(c)所示.(4)Al203-Ca0-Mg0夹 氯质量分数增加10×10~6，说明连铸过程中保护浇 杂.主要存在于钙处理后和中包钢样中，为Mg0一 铸效果较差. A山O3夹杂改性产物，多为液态球形夹杂，如 2.2夹杂物形貌和类型 图2(d)所示.在钢液凝固过程中，部分A山，0，Ca0 过程钢样中典型夹杂物形态和能谱如图2所 和山20，CaO-Mg0夹杂物表面有少量CaS析出， 示.钢样中夹杂物主要包括以下五类：(1)A山，03夹 CaS受表面张力作用在夹杂物表面呈环状分布，如 杂.典型的氧化铝夹杂为铝脱氧反应产物，主要存 图2(e)和(f)所示.(5)CaS-A山，03和单独CaS夹 在于Ar后和LF钙处理前钢样中，形态多为不规则 杂.主要存在于钙处理后1~2min钢样中，Cas附 块状或大尺寸簇群状，如图2(a)所示.此外，精炼 着在未改性Al,03夹杂物上，与之伴生存在，亦有 及连铸过程中二次氧化现象也可导致氧化铝夹杂的 CaS夹杂单独生成，如图2(g)和(h)所示.此类夹 形成.(2)MgO-AlO3夹杂.主要存在于Ar后和 杂的形成将是本文的研究重点. LF钙处理前钢样中，形态多为块状或矩形，如 综上所述，钙处理可将不规则块状或矩形 图2(b)所示，钙处理后和中包钢样中也有少量此类 Al,O,和MgO-A山，03固态夹杂改性为球形CaO- 夹杂存在.(3)Al,03-Ca0.主要存在于钙处理后 Al203、Ca0-Al203-CaS、Ca0-Al203-Mg0和Ca0- 和中包钢样中，为A山，O3夹杂改性产物，多为液态球 Al203-Mg0-CaS系液态复合夹杂物.图3分别为北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 硫对可反应钙( 钙蒸气和溶解钙) 争夺形成的中间 产物及其对氧化物夹杂的影响则鲜有提及． 本研究 通过在工业实验中对精炼过程各阶段取钢样，利用 扫描电镜及能谱仪观测了精炼过程中尤其是钙处理 前后夹杂物形貌和成分的变化，对钙处理过程中间 产物的形成及不同中间产物对氧化铝夹杂的改性路 径进行了较为深入的研究． 1 方法 钢种为 27CrMoV 石油套管钢，其主要化学成分 如表 1 所示． 工艺路线为: 铁水预处理→120 t 转 炉→小平台吹氩→LF 处理( 钙处理) →ＲH 处理( 钙 处理) →方坯连铸→轧制 220 mm 圆钢． 在 LF、ＲH 精炼结束后各喂入 300 ～ 500 m SiCa 线进行钙处理， 钙处理之后软吹氩气促进夹杂物上浮去除． 精炼采 用高碱度低氧化性渣，碱度约为 5． 在小平台吹氩 后、LF 钙 处 理 前 ( LF1 ) 、LF 钙 处 理 后 1 ～ 2 min ( LF2) 、ＲH 钙处理前( 距 LF 钙处理 50 min，ＲH1) 、 ＲH 钙处理后 1 ～ 2 min ( ＲH2) 和中包取钢水样． 对 所有过程钢样进行化学成分分析，采用扫描电镜 ( SEM) + 能谱仪( EDS) 对钢样非金属夹杂物进行观 察分析． 表 1 27CrMoV 化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of 27CrMoV % C Si Mn P S Cr Mo V Als 0. 26 ～ 0. 29 0. 25 ～ 0. 35 0. 40 ～ 0. 50 ≤0. 009 ≤0. 004 0. 95 ～ 1. 05 0. 75 ～ 0. 80 0. 09 ～ 0. 11 0. 02 ～ 0. 04 2 结果 2. 1 钢中气体含量变化 钢中总氧含量可以反应出钢中氧化物夹杂的水 平，常作为钢的洁净度评价标准． 钢中总氧含量越 低，钢的洁净度就越高． 各工序之间增氮量可作为 二次氧化程度的评价标准． 钢中总氧和氮含量变化 如图 1 所示． 由图中可以看出，钢中氧含量整体呈 下降趋势，但下降幅度较小，而氮含量整体呈上升趋 势． 两次钙处理过程均有不同程度的增氧和增氮． 其中 ＲH 钙处理的增氧和增氮量分别为 5. 6 × 10 － 6 和 0. 7 × 10 － 6，小于 LF 钙处理的 12 × 10 － 6 和 8 × 10 － 6 ． 钙处理过程增氮主要是由于硅钙线喂入钢液 后产生的钙气泡将钢液面吹开，造成裸露的钢液从 空气中吸氮而引起的． ＲH 钙处理后至中间包平均 氮质量分数增加 10 × 10 － 6，说明连铸过程中保护浇 铸效果较差． 2. 2 夹杂物形貌和类型 过程钢样中典型夹杂物形态和能谱如图 2 所 示． 钢样中夹杂物主要包括以下五类: ( 1) Al2O3 夹 杂． 典型的氧化铝夹杂为铝脱氧反应产物，主要存 在于 Ar 后和 LF 钙处理前钢样中，形态多为不规则 块状或大尺寸簇群状，如图 2( a) 所示． 此外，精炼 及连铸过程中二次氧化现象也可导致氧化铝夹杂的 形成． ( 2) MgO--Al2O3 夹杂． 主要存在于 Ar 后和 LF 钙 处 理 前 钢 样 中，形态多为块状或矩形，如 图 2( b) 所示，钙处理后和中包钢样中也有少量此类 夹杂存在． ( 3) Al2O3 --CaO． 主要存在于钙处理后 和中包钢样中，为 Al2O3 夹杂改性产物，多为液态球 图 1 钢中气体含量变化 Fig． 1 Gas content variation in steel 形夹杂，如图 2( c) 所示． ( 4) Al2O3 --CaO--MgO 夹 杂． 主要存在于钙处理后和中包钢样中，为MgO-- Al2O3 夹 杂 改 性 产 物，多 为 液 态 球 形 夹 杂，如 图 2( d) 所示． 在钢液凝固过程中，部分Al2O3 --CaO 和 Al2O3 --CaO--MgO 夹杂物表面有少量 CaS 析出， CaS 受表面张力作用在夹杂物表面呈环状分布，如 图 2( e) 和( f) 所示． ( 5) CaS--Al2O3 和单独 CaS 夹 杂． 主要存在于钙处理后 1 ～ 2 min 钢样中，CaS 附 着在未改性 Al2O3 夹杂物上，与之伴生存在，亦有 CaS 夹杂单独生成，如图 2( g) 和( h) 所示． 此类夹 杂的形成将是本文的研究重点． 综上 所 述，钙处理可将不规则块状或矩形 Al2O3 和 MgO--Al2O3 固态 夹 杂 改 性 为 球 形 CaO-- Al2O3、CaO--Al2O3 --CaS、CaO--Al2O3 --MgO 和CaO-- Al2O3 --MgO--CaS 系液态复合夹杂物． 图 3 分别为 · 6161 ·