37Mn5鋼主要用于軋制石油套管，石油套管的主要作用是加固井壁和保護(hù)井眼。對(duì)石油套管用鋼的強(qiáng)度、韌性、抗氫致裂紋(HIC)、抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)等性能有嚴(yán)格要求。鑄坯中的非金屬夾雜物直接影響軋制成品的合格率，其不僅可以直接或間接地影響軋制后鋼管的工藝性能和使用性能，而且會(huì)給鋼管的表面質(zhì)量帶來不利影響，因此需對(duì)鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量、形態(tài)、尺寸、分布等進(jìn)行嚴(yán)格控制。
1、試驗(yàn)方法
某鋼廠生產(chǎn)37Mn5鋼的工藝流程為：倒灌站→頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→鋼包精煉爐→圓坯連鑄。采用鑄坯半徑為9m的弧形連鑄機(jī)進(jìn)行澆鑄，鑄坯直徑為150~210mm。
在?150mm圓坯上取樣,對(duì)其進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。
對(duì)圓坯夾雜物及其徑向分布規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明：越靠近圓坯中心位置，夾雜物的平均尺寸越大。因此，主要研究圓坯心部夾雜物的特征，在圓坯幾何中心處取規(guī)格為60mm×60mm×90mm(長×寬×高)的長方體試樣，用大樣電解法對(duì)其進(jìn)行分析，研究37Mn5鋼中非金屬夾雜物的來源，取樣位置如圖1所示。
2、鑄坯大樣電解結(jié)果分析
對(duì)試樣電解后得到的大型夾雜物進(jìn)行分類，再利用天平對(duì)分類的夾雜物分別進(jìn)行稱量，結(jié)果如表2所示。
由選取試樣的大樣電解結(jié)果可知：雖然夾雜物的含量不同，但兩個(gè)試樣上的夾雜物種類基本一致。選取1#試樣中的夾雜物進(jìn)行詳細(xì)分析。
2.1 1#試樣中大型夾雜物形貌、尺寸和組成
1#試樣中不同尺寸大型夾雜物宏觀形貌如圖2所示。
將大樣電解后的夾雜物置于掃描電鏡(SEM)下觀察，并對(duì)夾雜物進(jìn)行能譜分析。1#試樣中大型夾雜物SEM形貌如圖3所示，選取12處夾雜物進(jìn)行能譜分析，結(jié)果如表3所示。
2.2 鑄坯中大型夾雜物來源分析
2.2.1 來源于鋼包或中間包耐火材料
測(cè)點(diǎn)4的夾雜物成分以Ca、O、Mg元素為主，其他元素含量較少，其中Mg元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.73%，一般認(rèn)為Mg元素主要來源于鋼包或中包耐火材料和合金。其他試樣中也發(fā)現(xiàn)少量的Mg元素，但是總體比例較低，可以推測(cè)耐火材料整體耐腐蝕性能較好，而合金中夾雜物主要以鎂鋁尖晶石形式出現(xiàn)。綜合分析認(rèn)為，該類夾雜物為異常沖刷引起的耐火材料脫落。
2.2.2 來源于結(jié)晶器夾渣
測(cè)點(diǎn)1，3，5，6，7，10中的夾雜物存在較為明顯的共同特征，均含有K元素或F元素，該類元素常見于各類夾渣中，一般認(rèn)為K元素是結(jié)晶器保護(hù)渣中的特征元素。典型保護(hù)渣、精煉渣、覆蓋劑的化學(xué)成分如表4所示。
將表4中結(jié)晶器保護(hù)渣、精煉渣、鋼包覆蓋劑的成分與點(diǎn)1，3，5，6，7，10中夾雜物的組分進(jìn)行對(duì)比可知，該類夾雜物組分與保護(hù)渣成分相似，并含有K元素。
2.2.3 來源于鋼水的脫氧產(chǎn)物或鈣處理產(chǎn)物
點(diǎn)2，8，11，12的夾雜物為脫氧或鈣處理產(chǎn)物，由于精煉工藝不合理，因此夾雜物長大后未能及時(shí)上浮或者上浮后被二次卷入鋼水中，最終滯留在鑄坯中形成非金屬夾雜物。
2.2.4 來源于中包卷渣
點(diǎn)9處夾雜物主要有Ca、Si、O元素，為硅酸鈣的夾雜物，根據(jù)夾雜物的組分可以推斷出，夾雜物中CaO、SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比小于1.0%，該類夾雜物有可能來源于中包卷渣。
3、結(jié)論與建議
(1)大樣電解檢測(cè)和理論分析確定了鑄坯中非金屬夾雜物主要來源于結(jié)晶器卷渣、脫氧或鈣處理產(chǎn)物、中包卷渣。
(2)試樣中的大型夾雜物有一半來源于結(jié)晶器夾渣。連鑄時(shí)應(yīng)嚴(yán)格參照水口插入深度的要求，規(guī)范執(zhí)行浸入式水口對(duì)中，保證結(jié)晶器流場(chǎng)的穩(wěn)定；建議煉鋼時(shí)保證鋼水溫度和純凈度，減少或杜絕異常變速和由堵水口引起的結(jié)晶器液位異常波動(dòng)。
(3)針對(duì)脫氧或鈣處理產(chǎn)物多的問題，建議控制好精煉渣成分，并根據(jù)Al元素含量調(diào)整鈣棒的供給量。
(4)絕大部分夾雜物中Mg元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于5%，但個(gè)別試樣中Mg元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到15.73%，且以Ca、Mg元素為主，建議精煉鈣處理過程，避免非正常腐蝕。
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