Vol.31 Suppl.I 刘剑辉等：EAF-LF(VD)VT工艺生产曲拐用钢S34M血V的洁净度研究 137 3.2冶炼过程显微夹杂物的粒径分布 在“EAF→LF→VD→VT”生产流程中，LF精炼 钢的力学性能在很大程度上取决于能产生应力 期是去除夹杂物的主要时期之一，夹杂物从钢中的 集中的夹杂物的体积、尺寸、分布、化学成分以及形 去除程度主要取决于它们在钢液中的上浮速度，而 态，夹杂物尺寸分布尤其重要.有研究表明20m 上浮速度又与脱氧产物的组成、形状、大小等因素有 的显微夹杂物就能引起钢材断裂③].根据不同粒度 关，根据斯托克斯公式可知，夹杂物的上浮速度是与 夹杂物的危害程度，统计上述六个粒度区间内的夹 其半径的平方成正比的，所以夹杂物的粒径越大，上 杂物个数.各个工序中的夹杂物平均粒径分布见图 浮速度越快，由图3知，LF精炼中期小于5m的 3,其中大于15m夹杂物所占比例见图4. 夹杂物的比例在50%左右，为各工序中最低，而 90 10~15m夹杂物比例为36%，明显高于其他工序 。一电炉还原前期 的比例，说明在LF精炼期小颗粒夹杂物在吹氩搅 ◇一电炉还原末期 。LF前期 拌下聚集成为稍大的夹杂物，夹杂物粒度在不断聚 600 。一LF中期 ←VD精炼结束 集后会变大，有利于夹杂物的上浮去除，然而分析 。-二次LF精炼后 0 ◆浇注 中发现LF精炼期间大于15m的显微夹杂物比例 20 为4%~6%，并有50m甚至更大的夹杂物存在， 分析发现LF精炼时氩气流量小，搅拌功率远没有 o 达到所要求的50~150W/:钢的搅拌功率，导致夹 -10 <5 5-1010-1515-2020-30>30 杂物上浮不充分 平均粒径m 由图4知，冶炼过程钢中大于15m的夹杂物 图3各工序显微夹杂物平均粒径分布 比例起伏波动，最大为VD精炼后的10.34%，最小 为二次LF精炼后的1.65%，两者相差6.3倍.VD 10 精炼后，随真空脱气后夹杂物数量的上升，钢液中大 8 颗粒夹杂物的比例也有所增加，说明反应产生的夹 杂物还来不及上浮，从精炼出钢到浇注之间没有软 6 吹工序，钢包内的夹杂物聚集后上浮速度缓慢，使钢 液中大粒度的显微夹杂物比例上升，所以在浇注时 依然有大的夹杂物残存于钢液中， 各冶炼时期均有大型夹杂物存在，这些大的夹 杂物主要为球状的Ca0SiO2一Mg0一Al203、Si02一 还原 还原 LF VD后二次LF浇注 前期 末期 前期 中期 Mn0和MgO一Al2O3等脱氧复合产物，其形貌和类 型见图5. 图4各工序大于15m的显微夹杂物含量 (b) 图5LF/VD精炼期夹杂物形貌和类型：(a)Ca0Si02一Mg0-Al03;(b)Si02一Mn0:(c)MgO一Al20s 3.3锻造后钢锭的大型夹杂物分析 之间，在钢锭帽口部位和钢锭尾部均有大于365m 在钢锭中取样进行大样电解实验，分析了钢锭 的夹杂物存在，且都分布在钢锭远离中心的区域，说 中大型夹杂物分布，大型夹杂电解分析结果见表1， 明在钢液对流中这些早期聚集长大的大型夹杂物很 钢锭中取样位置夹杂物总量和分布见图6，数据显 容易被凝固前沿的柱状晶截获， 示钢锭中大型夹杂物尺寸主要分布在50~365m 钢锭凝固规律为由外向里，由下向上逐渐凝固，3∙2 冶炼过程显微夹杂物的粒径分布 钢的力学性能在很大程度上取决于能产生应力 集中的夹杂物的体积、尺寸、分布、化学成分以及形 态‚夹杂物尺寸分布尤其重要．有研究表明20μm 的显微夹杂物就能引起钢材断裂［3］．根据不同粒度 夹杂物的危害程度‚统计上述六个粒度区间内的夹 杂物个数．各个工序中的夹杂物平均粒径分布见图 3‚其中大于15μm 夹杂物所占比例见图4． 图3 各工序显微夹杂物平均粒径分布 图4 各工序大于15μm 的显微夹杂物含量 在“EAF→LF→VD→VT”生产流程中‚LF 精炼 期是去除夹杂物的主要时期之一．夹杂物从钢中的 去除程度主要取决于它们在钢液中的上浮速度‚而 上浮速度又与脱氧产物的组成、形状、大小等因素有 关‚根据斯托克斯公式可知‚夹杂物的上浮速度是与 其半径的平方成正比的‚所以夹杂物的粒径越大‚上 浮速度越快．由图3知‚LF 精炼中期小于5μm 的 夹杂物的比例在50％左右‚为各工序中最低‚而 10～15μm夹杂物比例为36％‚明显高于其他工序 的比例‚说明在 LF 精炼期小颗粒夹杂物在吹氩搅 拌下聚集成为稍大的夹杂物‚夹杂物粒度在不断聚 集后会变大‚有利于夹杂物的上浮去除．然而分析 中发现 LF 精炼期间大于15μm 的显微夹杂物比例 为4％～6％‚并有50μm 甚至更大的夹杂物存在‚ 分析发现 LF 精炼时氩气流量小‚搅拌功率远没有 达到所要求的50～150W／t 钢的搅拌功率‚导致夹 杂物上浮不充分． 由图4知‚冶炼过程钢中大于15μm 的夹杂物 比例起伏波动‚最大为 VD 精炼后的10∙34％‚最小 为二次 LF 精炼后的1∙65％‚两者相差6∙3倍．VD 精炼后‚随真空脱气后夹杂物数量的上升‚钢液中大 颗粒夹杂物的比例也有所增加‚说明反应产生的夹 杂物还来不及上浮．从精炼出钢到浇注之间没有软 吹工序‚钢包内的夹杂物聚集后上浮速度缓慢‚使钢 液中大粒度的显微夹杂物比例上升‚所以在浇注时 依然有大的夹杂物残存于钢液中． 各冶炼时期均有大型夹杂物存在‚这些大的夹 杂物主要为球状的 CaO－SiO2－MgO－Al2O3、SiO2－ MnO 和 MgO－Al2O3 等脱氧复合产物‚其形貌和类 型见图5． 图5 LF／VD 精炼期夹杂物形貌和类型：（a） CaO－SiO2－MgO－Al2O3；（b） SiO2－MnO；（c） MgO－Al2O3 3∙3 锻造后钢锭的大型夹杂物分析 在钢锭中取样进行大样电解实验‚分析了钢锭 中大型夹杂物分布．大型夹杂电解分析结果见表1‚ 钢锭中取样位置夹杂物总量和分布见图6．数据显 示钢锭中大型夹杂物尺寸主要分布在50～365μm 之间‚在钢锭帽口部位和钢锭尾部均有大于365μm 的夹杂物存在‚且都分布在钢锭远离中心的区域‚说 明在钢液对流中这些早期聚集长大的大型夹杂物很 容易被凝固前沿的柱状晶截获． 钢锭凝固规律为由外向里‚由下向上逐渐凝固‚ Vol．31Suppl．1 刘剑辉等： EAF－LF（VD）－VT 工艺生产曲拐用钢 S34MnV 的洁净度研究 ·137·