精炼渣对双相钢化学成分和非金属夹杂物的影响
于会香
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，谢辉
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，丁航
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，佘梦佳
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，陈兆平
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(1. 北京科技大学冶金与生态工程学院， 北京 100083；2. 宝钢股份中央研究院， 上海 201999)
为了明晰精炼渣与双相钢之间反应对渣、钢成分及非金属夹杂物的影响，基于双相钢的精炼生产，用MgO质坩埚进行了50%CaO-45%Al2O3-5%MgO顶渣分别与A、B两种成分双相钢反应的渣-钢平衡试验。结果表明，未加渣时钢中主要夹杂物为MgO-Al2O3类，部分含少量MnS，呈黑色不规则块状，绝大多数尺寸在4 μm 以下，A、B钢中夹杂物数量密度分别为9.19个/mm
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和6.19个/mm
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。渣-钢反应后，A、B钢中Al含量显著降低，Ti含量降低；渣中CaO含量降低，MgO含量升高；夹杂物中MnS消失，MgO组分增加，夹杂物数量密度显著降低，尺寸变化不大。所用顶渣可以降低钢中S含量、TO含量和夹杂物数量密度，提高钢的洁净度。试验结果和热力学分析表明，双相钢的Al含量较高，其对渣-钢反应前后钢、渣的化学成分和夹杂物有较大影响。结合MgO/MgO-Al2O3/Al2O3的相稳定图，解释了在本试验条件下渣-钢反应前后钢中主要夹杂物类型为MgO-Al2O3的原因。研究结果可为优化双相钢的成分和洁净度控制提供理论指导。
双相钢； 精炼渣； 夹杂物； 渣-钢反应； 热力学分析
在交通能源与环境问题的双重压力下，汽车轻量化已成为世界汽车发展的方向。通过降低车身质量，可以提高能源效率，减少二氧化碳排放，从而降低对环境的污染。研究表明，当车身质量减少10%时，可降低8%～10%的燃料消耗。汽车轻量化与提高车身抗碰撞性能要求一起推动了先进高强钢的发展。根据强塑积的不同以及高强钢的发展历程，到目前为止先进高强钢已经历了3代。其中，双相(Dual Phase，DP)钢作为第1代先进高强钢的代表，其良好的工艺可行性和焊接性能使其在汽车车身上的使用比例远大于其他钢种。
目前，对DP钢的研究主要集中在材料领域，包括微观组织、力学性能等。为了进一步提高双相钢的性能，有学者研究了双相钢中夹杂物的类型、尺寸、数量密度等因素对双相钢性能的影响规律，发现双相钢中夹杂物的尺寸和位置与其疲劳寿命呈正相关。NABEEL M等采用自动扫描电镜(ASPEX)和电解萃取方法对实验室生产的2%Mn和5%Mn超高强钢中的非金属夹杂物进行了分析，发现夹杂物数量密度随Mn含量的增加而增加。LIU X G等使用合成渣对DP钢进行了精炼处理并比较了精炼前后夹杂物的变化，发现精炼处理后，钢中夹杂物的尺寸和密度均有降低，且钢的力学性能也得到提升。杨景军等研究了不同成分的CaO-Al2O3-MgO三元渣对钢液洁净度的影响，发现当渣成分为50%CaO-45%Al2O3-5%MgO时渣的脱氧速率常数最大。
炼钢过程中精炼渣对钢成分及洁净度有很大影响，但关于DP钢与精炼渣的反应及其影响的研究报道很少。而DP钢中Al、Mn合金元素含量高，反应的活性较大，因此其对钢的化学成分精准控制及夹杂物的形成和演变会有较大影响。
笔者基于现场生产的双相钢和精炼渣成分，在实验室开展了2种成分的钢样分别与50%CaO-45%Al2O3-5%MgO精炼渣反应的平衡试验，探究渣-钢反应前后钢和渣的成分变化以及钢中非金属夹杂物的变化规律，并对试结果进行热力学分析，以期为优化双相钢的成分和洁净度控制提供理论指导。
本研究基于实际生产中双相钢的二次精炼，在实验室采用渣-钢平衡的方法研究了精炼渣与A、B两种成分钢样的反应对渣、钢化学成分及钢中非金属夹杂物的影响，主要结论如下。
1)渣-钢反应前，钢中夹杂物主要为MgO-Al2O3尖晶石夹杂物，呈黑色不规则块状；还存在少量硫化物包裹的尖晶石类夹杂物，呈浅灰色类球形；绝大部分尺寸在4 μm 以下，A、B钢中夹杂物数量密度分别为9.19个/mm
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和6.19个/mm
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；与B钢相比，A钢中夹杂物尺寸较大，数量密度较高。
2)渣-钢反应后，A、B钢的Al含量显著降低，Ti含量降低，Mn含量变化不大；与A钢相比，B钢的Si、Ti含量降低较多；渣中CaO含量显著降低，MgO含量显著升高，Al2O3含量变化不大；夹杂物主要类型为MgO-Al2O3类和MgO类，呈黑色类球形。与渣-钢反应前相比，反应后夹杂物中MnS消失，MgO含量增加；夹杂物边界变得圆滑，平均尺寸变化不大。渣-钢反应后，钢中S含量、TO含量和夹杂物数量密度降低，钢的洁净度提高。
3)双相钢的Al含量较高，对渣-钢反应前后钢、渣的化学成分和夹杂物有较大影响；研究采用的坩埚材质在一定程度上影响了钢中夹杂物类型；通过热力学分析解释了钢中MgO-Al2O3系夹杂物的生成转变机理。
于会香, 谢辉, 丁航, 佘梦佳, 陈兆平. 精炼渣对双相钢化学成分和非金属夹杂物的影响[J]. 中国冶金, 2023, 33(9): 26-34. YU Huixiang, XIE Hui, DING Hang, SHE Mengjia, CHEN Zhaoping. Effect of refining slag on chemical composition and non-metallic inclusions of dual phase steel[J]. China Metallurgy, 2023, 33(9): 26-34.
http://www.zgyj.ac.cn/CN/Y2023/V33/I9/26
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