增刊1 刘建华等：H13模铸钢锭中夹杂物的分布解剖 ·183· 中的偏聚情况.铸锭中根据总氧和金相统计计算的 物在上浮过程中被结晶雨捕获并沉降到底部 夹杂物偏聚情况和程度均基本一致，即铸锭的头部， 2.5夹杂物尺寸分布 特别是头部中心附近夹杂物数量较低，夹杂偏聚指 夹杂物对钢材韧性、热疲劳等性能的危害，不仅 数为0.75~0.85左右：而在铸锭尾部中心附近夹杂 与夹杂物的种类、组成及物性密切相关，而且与夹杂 物偏聚严重，偏聚指数为1.2~1.3. 物的尺寸也有很密切的关系].本研究通过金相 许多冶金工作者对夹杂物在钢锭底部的聚积机 显微镜对H13钢中夹杂物进行数量统计的同时，也 理进行了研究1-.到目前为止，关于夹杂物在钢 对其尺寸进行了统计，见表3.铸锭中尺寸较大的夹 锭底部的聚积机理，较为流行的观点主要有3种： 杂物比例较高，大于10wm的夹杂物比例达到1.5%~ 1)由自然对流携带到底部的夹杂物沉淀到底部，或 4.5%;其中铸锭中心和锭尾中心附近，大尺寸夹杂 被凝固前沿所捕获；2)夹杂物在上浮过程中受到凝 物的比例高于铸锭头部中心区域，表明铸锭中下部 固前沿或粘稠层的阻碍而聚积于钢锭底部：3)夹杂 有大夹杂物聚集 表3H13铸锭中夹杂物的粒径分布 Table 3 Size distribution of the inclusions in H13 ingot 0 尺寸/μm 取样位置 铸锭中心 距中心1/4处 距中心12处 距中心3/4处 铸锭边缘 铸锭头部 75.00 67.31 64.29 62.96 68.63 02.5 铸锭中心 57.14 61.54 62.07 57.89 68.97 铸锭尾部 48.53 52.24 59.68 65.52 64.29 铸锭头部 15.38 23.08 25.00 22.22 21.57 2.5-5 铸锭中心 25.00 26.92 24.14 26.32 20.69 铸锭尾部 29.41 28.36 20.97 18.97 21.43 铸锭头部 7.69 7.69 8.93 11.11 7.84 5~10 铸锭中心 14.29 9.62 12.07 12.28 8.62 铸锭尾部 17.65 16.42 16.13 13.79 12.50 铸锭头部 1.92 1.92 1.79 3.70 1.96 10-20 铸锭中心 3.57 1.92 1.72 3.51 1.72 铸锭尾部 4.41 2.99 3.23 1.72 1.79 前面所述的铸锭中下部夹杂物聚集的三种机理 3 中，本研究认为自然对流会将钢中各种尺寸的夹杂 结论 物同时带到底部：而凝固前沿和粘稠层对各种尺寸 (1)铸锭中夹杂物主要为近球形的CaO- 夹杂物的上浮阻碍作用也应该一致，不会出现优先 A山203SiO2夹杂，不规则形状的Mg0-A山，03夹杂， 将大夹杂滞留于铸锭底部的可能，因此上述夹杂物 块状TiN-VN夹杂，沿晶界分布的条状VC-CC- 聚积机制1)和2)不会引起铸锭尾部夹杂物尺寸大 于其他部位.相反，夹杂物在上浮过程中，大尺寸夹 MoC夹杂物和少量的CaS-MnS夹杂.其中尺寸较 杂物更容易被结晶雨捕捉，引起铸锭中下部大尺寸 大的长条状VC-CrC-MoC夹杂物对HI3钢的韧性 夹杂物聚积，并使铸坯中下部夹杂物平均尺寸大于 影响较大，必须在后续热处理及电渣重溶中加以 其他部位，文献中夹杂物聚积机制3)较好地解释了 控制. 本文的研究结果.根据夹杂物在铸坯中心和锭尾中 （2)铸锭中氧含量较高，平均值达到27.8× 心的数量及尺寸分布特点，本文认为铸锭中夹杂物 106,必须经过进一步精炼以满足H13洁净度 在上浮过程中被结晶雨捕获并沉降到底部是铸坯中 要求 下部夹杂物偏聚的主要机制 (3)铸坯中总氧和夹杂物分布不均匀，在铸锭 扫描电镜和能谱分析的结果表明铸锭中夹杂物 头部中心附近，夹杂物含量及总氧较低，偏聚指数达 基本都是硬度较高的脆性夹杂，因此这些大尺寸夹 到0.75~0.85，而在铸锭中部及锭尾中心附近，夹 杂物对H13使用性能危害较大，需要通过进一步的 杂物及总氧较高，偏聚指数达到1.2~1.3；同时，铸 精炼予以去除。 锭中下部大尺寸夹杂物的比例也比较高，表明大夹增刊 1 刘建华等: H13 模铸钢锭中夹杂物的分布解剖 中的偏聚情况． 铸锭中根据总氧和金相统计计算的 夹杂物偏聚情况和程度均基本一致，即铸锭的头部， 特别是头部中心附近夹杂物数量较低，夹杂偏聚指 数为 0. 75 ～ 0. 85 左右; 而在铸锭尾部中心附近夹杂 物偏聚严重，偏聚指数为 1. 2 ～ 1. 3． 许多冶金工作者对夹杂物在钢锭底部的聚积机 理进行了研究［11--12］． 到目前为止，关于夹杂物在钢 锭底部的聚积机理，较为流行的观点主要有 3 种: 1) 由自然对流携带到底部的夹杂物沉淀到底部，或 被凝固前沿所捕获; 2) 夹杂物在上浮过程中受到凝 固前沿或粘稠层的阻碍而聚积于钢锭底部; 3) 夹杂 物在上浮过程中被结晶雨捕获并沉降到底部． 2. 5 夹杂物尺寸分布 夹杂物对钢材韧性、热疲劳等性能的危害，不仅 与夹杂物的种类、组成及物性密切相关，而且与夹杂 物的尺寸也有很密切的关系［13］． 本研究通过金相 显微镜对 H13 钢中夹杂物进行数量统计的同时，也 对其尺寸进行了统计，见表 3． 铸锭中尺寸较大的夹 杂物比例较高，大于10 μm 的夹杂物比例达到 1. 5% ～ 4. 5% ; 其中铸锭中心和锭尾中心附近，大尺寸夹杂 物的比例高于铸锭头部中心区域，表明铸锭中下部 有大夹杂物聚集． 表 3 H13 铸锭中夹杂物的粒径分布 Table 3 Size distribution of the inclusions in H13 ingot % 尺寸/μm 取样位置 铸锭中心 距中心 1 /4 处 距中心 1 /2 处 距中心 3 /4 处 铸锭边缘 铸锭头部 75. 00 67. 31 64. 29 62. 96 68. 63 0 ～ 2. 5 铸锭中心 57. 14 61. 54 62. 07 57. 89 68. 97 铸锭尾部 48. 53 52. 24 59. 68 65. 52 64. 29 铸锭头部 15. 38 23. 08 25. 00 22. 22 21. 57 2. 5 ～ 5 铸锭中心 25. 00 26. 92 24. 14 26. 32 20. 69 铸锭尾部 29. 41 28. 36 20. 97 18. 97 21. 43 铸锭头部 7. 69 7. 69 8. 93 11. 11 7. 84 5 ～ 10 铸锭中心 14. 29 9. 62 12. 07 12. 28 8. 62 铸锭尾部 17. 65 16. 42 16. 13 13. 79 12. 50 铸锭头部 1. 92 1. 92 1. 79 3. 70 1. 96 10 ～ 20 铸锭中心 3. 57 1. 92 1. 72 3. 51 1. 72 铸锭尾部 4. 41 2. 99 3. 23 1. 72 1. 79 前面所述的铸锭中下部夹杂物聚集的三种机理 中，本研究认为自然对流会将钢中各种尺寸的夹杂 物同时带到底部; 而凝固前沿和粘稠层对各种尺寸 夹杂物的上浮阻碍作用也应该一致，不会出现优先 将大夹杂滞留于铸锭底部的可能，因此上述夹杂物 聚积机制 1) 和 2) 不会引起铸锭尾部夹杂物尺寸大 于其他部位． 相反，夹杂物在上浮过程中，大尺寸夹 杂物更容易被结晶雨捕捉，引起铸锭中下部大尺寸 夹杂物聚积，并使铸坯中下部夹杂物平均尺寸大于 其他部位，文献中夹杂物聚积机制 3) 较好地解释了 本文的研究结果． 根据夹杂物在铸坯中心和锭尾中 心的数量及尺寸分布特点，本文认为铸锭中夹杂物 在上浮过程中被结晶雨捕获并沉降到底部是铸坯中 下部夹杂物偏聚的主要机制． 扫描电镜和能谱分析的结果表明铸锭中夹杂物 基本都是硬度较高的脆性夹杂，因此这些大尺寸夹 杂物对 H13 使用性能危害较大，需要通过进一步的 精炼予以去除． 3 结论 ( 1) 铸 锭 中 夹 杂 物 主 要 为 近 球 形 的 CaO-- Al2O3 --SiO2 夹杂，不规则形状的 MgO--Al2O3 夹杂， 块状 TiN--VN 夹杂，沿晶界分布的条状 VC--CrC-- MoC 夹杂物和少量的 CaS--MnS 夹杂． 其中尺寸较 大的长条状 VC--CrC--MoC 夹杂物对 H13 钢的韧性 影响较大，必须在后续热处理及电渣重溶中加以 控制． ( 2) 铸锭中氧含量较高，平均值达到 27. 8 × 10 － 6 ，必须 经 过 进 一 步 精 炼 以 满 足 H13 洁 净 度 要求． ( 3) 铸坯中总氧和夹杂物分布不均匀，在铸锭 头部中心附近，夹杂物含量及总氧较低，偏聚指数达 到 0. 75 ～ 0. 85，而在铸锭中部及锭尾中心附近，夹 杂物及总氧较高，偏聚指数达到 1. 2 ～ 1. 3; 同时，铸 锭中下部大尺寸夹杂物的比例也比较高，表明大夹 ·183·