应用金属原位分析仪对连铸板坯偏析的分析

尹显武

（天津天铁冶金集团有限公司技术中心，河北涉县056404）

应用金属原位分析仪对连铸板坯偏析的分析

尹显武

（天津天铁冶金集团有限公司技术中心，河北涉县056404）

针对连铸坯产品质量缺陷中的偏析问题，应用金属原位分析仪对连铸板坯、方坯、圆坯及中厚板偏析度进行分析。通过分析，对样品的缺陷情况有了比较系统和全面的了解。分析得出，生产中频繁出现的偏析主要是P和S偏析度过大造成的，为今后冶炼生产过程中产品质量控制提供了依据。

连铸坯 金属原位分析仪 成分 偏析 分析

1 引言

天铁集团生产的连铸坯主要包括板坯、中厚板、圆坯及方坯。随着市场的需求和生产工艺的不断改进，使得产量越来越大，在这过程中连铸坯产品质量缺陷也随之增加，出现的主要缺陷有偏析、疏松、夹杂、裂纹等。为此，天铁技术中心按相关标准严格对生产工艺进行监督，并按生产流程取样进行光谱化学成分分析和低倍实验。在现有条件下，为了更加完善质量管理和控制，技术中心于2009年从铁研究总院引进金属原位分析仪OPA-100（original position statistic distribution analysis），对现有连铸板坯、圆坯及连铸方坯进行全面地材料化学成分、表面偏析、疏松和夹杂分析，这样有利于在炼钢冶金生产过程中使质量得到控制，为进一步提高产品质量，在产品的新钢种研发方面提供更加有力的依据。

本文应用金属原位分析仪对天铁常炼连铸坯进行偏析度分析，并从大量样品的分析结果中，总结出能用于促进生产质量的提高、炼钢工艺的改进的方法，质检部门以此作为对连铸坯质量偏析评比的依据。相比光谱分析和低倍实验，OPA可更直观地反映出材料的成分高低以及区域面积分布，对质量缺陷（偏析、疏松、夹杂、裂纹等）做出综合的定性判定[1-2]。

2 偏析度的分析

利用金属原位无预燃、连续扫描激发的火花放电所产生的光谱信号，进行高速的数据采集和解析的特点，对连铸板坯进行偏析分析，可以测定样品表面不同位置的化学成分和含量以及表面的结构信息[3]。

对连铸厚板坯进行金属原位偏析度统计分布分析，并结合炼钢生产工艺对该连铸厚板的材料性能进行分析评价。取连铸板坯的横截面（含中心线）区域进行分析。天铁连铸坯部分钢种化学成分见表1。

2.1 实验仪器和方法

表1天铁连铸坯部分钢种化学成分/%

金属原位分析系统：OPA-100。

2.1.1 实验参数设置

样品扫描方式为线性扫描，运动方式为连续，扫描速度为1mm/s，X、Y步进根据样品大小设定，充气时间10 s，激发模式为低。

2.1.2 设备参数

激发频率：480 Hz；激发电阻：6.0Ω；激发电容：7.0μF；氩气纯度：99.999%；氩气流量：85m l/s；火花间隙：2.0mm；电极材料：45°顶角纯钨电极，直径3mm。

2.1.3 数据采集和处理

信号采集速度为100 kHz/通道。工作曲线的制作和分析结果的处理采用OPA-100软件自行进行处理。

2.1.4 测定元素及其波长

C:193.0 nm;Si:288.1 nm；Mn:293.3 nm;P：178.3 nm;S:180.7 nm。

2.2 样品要求

将待测铸坯在铣床分别粗加工成长×宽×厚为30 mm×80 mm×50、60 mm×80 mm×40 mm、50 mm×80 mm×50mm的3个平面后，在铣样机上或者砂带机上快速磨出一个干净新鲜的表面，并在OPA上激发得到成分和分析结果。见图1。

2.3 分析结果与讨论

2.3.1 C元素的偏析度的分析结果

C元素的偏析度的分析结果见图2。

从图2中可以看出，在该样品的左下区域有一明显的块状偏析，且该偏析带属连续分布状态，表明C元素的偏析比较严重，而且成分高低分布较大。

2.3.2 Si元素的偏析度的分析结果

Si元素的偏析度的分析结果见图3。

从图3可以看出，在该样品的左下区域有一带状偏析，但不太明显，表明Si元素的偏析相对轻微，成分分布也相对比较均匀。

2.3.3 Mn元素的偏析度的分析结果

Mn元素的偏析度的分析结果见图4。

在该样品的左边细条状和中心区域，Mn元素有一带状偏析，且该偏析带不属明显的连续分布状态，在带状偏析线的中间有含量不是很高的部分存在。表明Mn元素的偏析没有C元素的偏析严重。

2.3.4 P元素偏析度的分析结果

P元素的偏析度的分析结果见图5。

在该样品的左边区域，P元素有一明显的偏析区存在，但该偏析区属连续分布状态；正负偏析比较明显，P元素的成分比例分布也不均，所以P元素的偏析比较严重。

2.3.5 S元素的偏析度的分析结果

S元素的偏析度分析结果见图6。

从图6中可以看出，在该样品的中心区域S元素的偏析分布比较分散，而且该偏析带属断续分布状态，此外在中心偏析带外还有一些比较低的偏析区域存在。表明S元素的偏析最严重。

3 分析结论

分析结果比较见表2。

表2分析结果比较

通过以上分析可以得出以下分析结果。

3.1 该连铸板坯中S元素的最大偏析度最大，其次是P、C，而Mn和Si的最大偏析度较小，其中又以Si元素的最大偏析度为最小。

3.2 S元素在国家标准GB/T21834中规定的允许差含量区间内所占的统计权重最小，这说明该样品中S元素的偏析情况最为严重。

3.3 在样品的分析结果中，主要以集中在边部，其中又以S元素的中心偏析最严重，其次是P元素的中心偏析严重，再次是C元素的。而Mn和Si元素的中心偏析相对较轻，相比之下以Si元素的中心偏析为最轻。

3.4 C、Si、Mn元素在中心偏析带以外，元素的偏析情况不是很严重，但是S、P两个元素在中心偏析带以外的分布也很不均匀，尤其是S元素的中心偏析情况最为严重。

3.5 在同一样品中，不同元素的偏析情况也是不相同的；有的元素偏析较重，有的元素偏析较轻。

4 结束语

传统的对铸坯偏析分析主要是硫印和低倍，而且只能得出主要是S和P所造成的，对试验条件要求高，比如场地的选择，实验过程的安全因素，对实验后酸的处理，得出试验结论时间长，另外传统的分析结果只是表征材料的宏观信息，范围面积小，得不到各个元素的成分分布。应用金属原位分析仪进行分析的特点是，得出质量缺陷结论时间短，速度快，分析范围大，能分析出导致质量缺陷的各个元素的分布并且对微观区域进行准确的定量分析；操作简单，对样品要求只需有一个品面即可，分析结果以二维和三维形式得出，有立体感，更加直观[4]。

通过运用金属原位偏析分析,对连铸板坯在内的许多金属材料（连铸板坯、中厚板、圆坯及连铸方坯）的偏析情况进行综合评价，分析样品中各元素偏析度的差异情况，得出生产中频繁出现的偏析主要是P和S偏析度过大造成的，为今后冶炼生产过程中产品质量控制和生产工艺的优化提供了依据。

（收稿2011－05－12责编崔建华）

[1]刘志勇，王振宗.连铸坯（材）的低倍检验[J]．冶金标准化与质量，1997（9）：28-32.

[2]赵良仲，刘世宏，潘承璜.粗糙表面小面积成像XPS变角分析法[J]．分析仪器，1998（2）：57-60.

[3]王海舟，李美玲，陈吉文，吴超.连铸钢坯质量的原位统计分布分析研究[J]．中国工程科学，2003，5（10）：34-42.

[4]王海舟，杨志军，陈吉文，等．金属原位分析系统[J]．中国冶金，2002（6）：20-22．

尹显武，男，2006年7月毕业于天津科技大学材料科学与化学工程专业，现在天津天铁冶金集团有限公司技术中心从事产品化验工作。

book=6,ebook=6