酒钢CSP Q345B钢铸坯洁净度的研究

马明胜， 刘佳伟

（1.酒钢集团宏兴股份公司碳钢薄板厂， 甘肃 嘉峪关 735100；2.北京科技大学， 北京 100083）

Q345B钢具有良好的综合力学性能、低温性能、塑性和焊接性能，广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等领域[1-2]。同时Q345B的铸坯洁净度控制是其他高品质钢种生产的基础，是限制其他高品质钢质量进一步发展的主要因素[3-4]。酒钢集团宏兴股份公司（全文简称酒钢）Q345B采用铁水脱硫—转炉—LF精炼炉—CSP连铸坯的流程生产，为进一步优化和提高酒钢Q345B钢铸坯质量，对酒钢现行工艺条件下生产的Q345B钢铸坯洁净度进行深入的研究和分析，为提高CSP生产铸坯的质量提高提供理论依据和控制措施。

1 试验方案

本次研究选取酒钢生产Q345B钢浇注中期的三个炉次，在铸坯宽度方向距离内弧1/4处加工出Φ5 mm×50 mm 棒样、15 mm×15 mm×15 mm 的金相试样和50 mm×50 mm×150 mm的矩形试样。分别对以上试样进行氧氮分析，电子显微镜观察和大样电解试验。其Q345B具体的化学成分见表1所示。

表1 Q345B化学成分 %

2 试验结果与分析

2.1 钢中T[O]和[N]含量

钢中T[O]含量可以表征钢液中夹杂物的总量，钢液中[N]含量可以表征钢液的二次氧化情况[3]。因此本研究铸坯中T[O]和[N]含量，以确定铸坯的整体夹杂物水平，检测结果如图1所示。

图1 铸坯中w(T[O])和w([N])

由图1可知，铸坯中w(T[O])的平均值为28.0×10-6，w([N])的平均值为 41.0×10-6。由于酒钢 Q345B冶炼流程采用LF精炼工艺，同时采用先强后弱的脱氧工艺，LF精炼强化钢包炉中的气氛控制和连铸过程保护浇注，其铸坯中T[O]和[N]含量控制均处于较低的水平。

2.2 显微夹杂物分析

显微夹杂物指尺寸小于50 μm，且在金相显微镜下可以观察到的夹杂物。这类夹杂物对于钢的疲劳性能和韧性都有很大的影响[5]。本次研究统计了三个炉次铸坯显微夹杂物的尺寸分布和成分组成。

显微夹杂物按照粒径 R 分为 R＜5 μm、5 μm≤R＜10 μm、三个等级，分布情况如下页图2所示。由图2可知Q345B铸坯中夹杂物基本集中在R＜5 μm的范围内，显微夹杂物尺寸均偏小。

显微夹杂物多数呈块状或球状，少量的MnS为不规则的短棒状，其主要类型有以下三类:纯MnS或MnS-CaS的复合夹杂；以Al2O3-CaO（MgO）为核心，包裹着MnS和CaS的夹杂；以Al2O3-SiO2-CaO（MgO）为核心，包裹着MnS和CaS的夹杂。分布情况如图3所示。典型夹杂物扫描电镜形貌分别如图4、图5、图6和图7所示。

图2 显微夹杂物尺寸分布

图3 显微夹杂物类型分布

图5 MnS-CaS的复合夹杂形貌及能谱

图6 以Al2O3-CaO（MgO）为核心夹杂物及能谱

图7 以Al2O3-SiO2-CaO（MgO）为核心夹杂物及能谱

2.3 大型夹杂物分析

大型夹杂物通常是指尺寸大于50 μm的夹杂物，相比显微夹杂物其大多由冶金反应器结构和工艺不合理而引起的外来夹杂物卷入或者钢液的二次氧化，由于其尺寸大且分布不规律，对钢材性能危害极大，因此必须严格控制铸坯中大型夹杂物的尺寸和数量[7-8]。本次研究Q345B铸坯中大型夹杂物总量如图8。大型夹杂物按照成分分类统计，结果如表2所示。

图8 大型夹杂物总量

表2 夹杂物成分统计

由图8可知，三个炉次夹杂物总量的平均值为6.6 mg/kg，第一炉次大型夹杂物总量1.74 mg/kg与第二炉次大型夹杂物总量13.8 mg/kg相差12.06 mg/kg，说明Q345B钢铸坯中大型夹杂物具有很强的随机性，酒钢Q345B冶炼工艺稳定性有待优化提高。

本次大样电解试验共发现28颗大型夹杂物。大型夹杂物主要成分是Al2O3占总体的3.5%，夹杂物尺寸偏小，形状不规则；主要成分是SiO2占总体的14.28%，夹杂物为大型球状夹杂。其余夹杂物为CaO、Al2O3、MgO、MnO 和 SiO2形成的复合夹杂物。大型夹杂物中43%含有钛氧化物，含钛的大型夹杂物中氧化钛占其摩尔总量超过30%。大型夹杂物中32%含Na，68%含K，25%同时含有 Na和K；在2炉次中，92.3%的大型夹杂物含有Na或者K，说明大型夹杂物的主要来源为结晶器卷渣。防止保护渣卷渣一方面要选择黏度合理的保护渣，另一方面对于直筒式水口要优化水口插入深度，对于侧开孔水口要优化水口出口倾角和插入深度，以防止保护渣卷渣[3]。

3 结论

1）Q345B 钢铸坯中 w（T[O]）的平均值为 28.0×10-6，w（[N]）的平均值为 41.0×10-6，酒钢 Q345B 钢铸坯中T[O]和[N]含量控制水平较高。

2）Q345B钢铸坯中显微夹杂物基本集中在R＜5 μm的范围内，显微夹杂物尺寸均偏小。显微夹杂物多数呈块状或球状，少量的MnS为不规则的短棒状，其主要类型有以下三类:纯MnS或MnS-CaS的复合夹杂；以Al2O3-CaO（MgO）为核心，包裹着MnS和CaS的夹杂；以Al2O3-SiO2-CaO（MgO）为核心，包裹着MnS和CaS的夹杂。

3）Q345B钢铸坯中大型夹杂物具有很强的随机性，酒钢Q345B冶炼工艺稳定性有待优化提高。大型夹杂物中32%含Na，68%含K，25%同时含有Na和K；在2炉次中，92.3%的大型夹杂物含有Na或者K，说明大型夹杂物的主要来源为结晶器卷渣。