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