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 ·