稀土在低硫16Mn钢中的作用

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1987.03.031 北京钢铁学院学报 J.Beijing Univ.of Iron Steel Technol. Vo1.9No.31987 稀土在低硫16Mn钢中的作用 褚幼义余宗森袁建明 (北京钢院金物教研室) 钟德惠 韩云龙 (鞍钢钢研所) 摘要 长条状的MnS夹杂对钢的横响韧塑性极为不利。喷吹Si一Ca或加入 RE,通过脱硫和变质硫化物的作用，都可显著地消除其危害，喷吹Si一Ca变 质硫化物的程度与钢中Cm/S有关，喷吹Si一Ca后加入少量RE,有利于控制 MS完金变质，此时钢中所需的RE/S可明显低于3.在大幅度脱硫的基础 上加入少量RE,是使钢材韧塑性获得稳定大幅度提高的一条有效途径。 关键词：稀土.Mn钢.脱硫.炼钢 The Role of Rare Earth in Low Sulfur 16Mn Steels Chu youyi Yu Zongsen Yuan Jianming Zhoug Dehui Han yunlong Abstract The role of rare earth in low carbon manganese (16Mn steels with .ordinary and low sulfur content obtained by ladle injection of SiCa pow- der has been investigated in industrial scale.It has been shown that el- ongated MnS inclusion is harmful to the transversal ductility and tough- ness of the steels.By means of ladle injection of Si-Ca powder or rare earths (RE additions,its detrimental effect can be alleviated through 1985-06-10收稿 74

北 京 钢 铁 学 院 学 报 色 稀土在低硫 钢中的作用 褚幼义 余宗森 袁建 明 北京钢院金物教研室 二 钟德惠 韩云 龙 鞍钢钢研所 摘 要 长条状的 夹杂对钢 的横向韧 塑性极为不利 。 喷吹 一 或加入 ，通过脱硫和 变质 硫化物 的作用 ，都可显著地 消除其危害 。 啧吹 一 变 质 硫化物的程度与钢中 “ 有关 。 喷吹 一 “ 后加入少量 ，有利于控 制 完全变质 ， 此时钢 中所需的 可明显低于 。 在大幅度脱硫的基础 上加入少量 ， 是使钢材韧塑性获得稳定大幅度提高 的一 条有效途径 。 关键词 稀土 钢 脱硫 、 炼钢 夕 犷 ‘ 犷 ” 阴 夕 七 一 一 ， 一 一 收稿 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．03．031

desulfurization and.shape control of sulfides.With the ladle injection of Si-Ca powder,the modification degree of MnS inclusions depends on the ratio of Ca/S in the steel. It has been found that a small amount of RE addition after ladle in- jection of Si-Ca powber is available to ensure the complete shape control of sulfide in production practice and the ratio of RE/S required in the steel is much less 3 because of the co-existance of Ca in the steel.It has been suggested that the combination of desulfurization and RE addi- tion is one of the efficient approach to obtain great and stable improve- ment of ductility and toughness of the steel. Key words:rare earth Mn steel,desulfurization,steelmaking 前 言 钢中长条状的MS夹杂物会显著地恶化钢材的横向韧塑性。脱硫和变质硫化物是 减轻和消除其危害的两个主要途径(1)。稀土元素(RE)是变质硫化物的最有效元素(2)。 我们过去对16Mn连轧钢板研究工作(3)是在平炉钢的生产条件下，钢中含S量大于 0.02%的基础上进行的。试验结果和嗣后的生产结果表明，当钢中RE/S≥3时，MS完 全变质为RE硫化物，钢板的横向韧塑性得到大幅度提高。 最近Spitzig4.5)对较低含S量(0.013%和0.004%S)的低碳C一Mn钢中硫化物 夹杂的数量、形态对纵向、横向和板厚方向的机械性能的影响进行了系统研究，认为 单位面积上夹杂物的投影长度是影响拉伸塑性和冲击平台能的主要因素，但是他们的工 作是在试验室规模下进行的，也未研究喷吹Si一Ca的作用和在低S钢中加入RE的影 响。 本试验是在大生产的规模下，研究喷吹Si一Ca脱硫后加入RE的影响，以探索大 幅度提高钢材韧塑性的有效途径，提供理论依据。 1 实验材料和方法 在鞍钢二炼钢300t平炉内治炼一炉16Mn钢，分A、B、C三罐出钢，罐内用铝终 脱氧，下注成12.5t扁锭。A罐在第一盘上取两个钢锭做实验，其中一个钢锭模内吊 挂稀土金属棒，加入量为0.1%。B罐喷吹Si一Ca粉，在第一盘上取四个钢锭做实验， 用模内吊挂混合稀土金属棒的方法，分别加入稀土0、0.03、0.06和0.1%。钢锭开坯 后连轧成6mm厚的钢卷，轧后用水雾冷却，卷取温度为670一690℃，实验钢的方案和 编号列于表1。表2为未加稀土钢的化学成份(6号和4号钢)。 每锭轧成一个板卷，开卷时在相应于钢锭头、中、尾部位各取一段，依次编号为1， 2,3,(试样编号的第二位数)。试板上取样方案见图1。化学成分和金相试样在钢 板宽度的1/2,1/4和边部分别取样，依次编号为1,2,3，（试样编号的第三位 75

一 ， 一 一 。 只 ， 早 ， ， ‘ ， 前 亩万二 钢 中长条状的 夹 杂 物会显著地恶 化钢材 的横 向韧塑 性 。 脱硫 和 变质硫 化 物 是 减轻和 消除其危害的两 个主 要途 径 〔 〕 。 稀 土元素 是 变质硫 化物 的最有效元 素 卿 。 我们过去对 连轧钢 板研究工 作 是 在平 炉钢 的生 产条件 下 ， 钢 中 含 量 大 于 的基础上进 行 的 。 试 验结果 和 嗣后的生 产结果 表 明 ， 当钢 中 时 ， 完 全 变质为 硫 化 物 ， 钢 板 的横 向韧塑 性得到大 幅度 提 高 。 最近 〔 · 〕 对较低含 量 和 。 。 的低碳 一 钢 中硫化物 夹杂 的数量 、 形 态对纵 向 、 横 向和 板厚方 向的机械性能 的影响进 行 了系统研 究 ， 认 为 单位面积上 夹杂物的 投影长度是影响 拉伸塑 性 和 冲击 平 台能 的主要 因素 ， 但是 他 们 的 工 作是 在试验室规模下进行 的 ， 也未研究 喷吹 一 的 作用 和在低 钢 中加 入 的 影 响 。 本试验是 在大生 产的规模下 ， 研究喷吹 一 脱硫后加 入 的影响 ， 以 探 索 大 幅 度提高钢材 韧塑性的 有效途径 ， 提供理论 依据 。 实验材料和方法 在鞍钢 二 炼钢 平炉 内冶 炼一 炉 钢 ， 分 、 、 三罐 出钢 ， 罐 内用铝 终 脱 氧 ， 下注 成 扁锭 。 罐在第一盘上 取两个钢 锭 做实验 ， 其 中一个钢 锭 模 内 吊 挂稀 土 金属 棒 ， 加 入量 为 。 罐喷吹 一 粉 ， 在第一盘 上 取 四 个钢 锭做实验 ， 用 模 内 吊挂 混 合稀 土 金 属棒 的方法 ， 分别加 入稀 土 。 、 、 和 。 钢锭 开 坯 后连轧 成 厚的 钢卷 ， 轧后用水雾 冷却 ， 卷 取温度 为 一 ℃ ， 实验钢 的方 案 和 编号 列 于表 。 表 为未 稀 土钢 的 化学成份 号和 号钢 。 每锭轧 成一 个板卷 ， 开 卷 时在相 应于钢 锭 头 、 中 、 尾部位各 取一 段 ， 依次编 号 为 ， ， ， 一 试样 编号 的第 二 位数 。 试板上取样 方案 见 图 。 化学 成分 和 金 相 试样在钢 板宽度的 邝 ， 和边部分别取样 ， 依次编 号为 ， ， ， 试 样编 号 的 第 三 位

数)。 表1 试验方案、编号及试验钢的某些元素含量② Table 1 Experimental program and composition of the plates Ingot Ladfe RE added RE RE/S Ca Ca/S % % % % A 0.0205 一 一 5 0.1 0.0115 0.055 3.55 B① 0007 0.0057 0.81 的 0.03 0.0055 0.0213 3.87 0.0035 0.64 B 0.06 0.0055 0.045 8.2 0.0045 0.82 B 0.1 00055 0.078 14.2 0.0041 0.75 注： B装喷吹Si一Ca粉 ④成份试样取自相应于钢锭中部钢板宽度的中央 表2 未加稀土的试验钢化学成分% Table 2 Chemical compositions of steel without adding RE, Ingot C Si Ma 6 0.18 0.36 1.38 0.024 0.020 0.0026 4 0.19 0.47 1.40 0.023 0.0075 0.0028 1300- 650 -295- 400- 图1试样取样方案 Fig.1 The location of Samples 1.横向冲击；2，纵向冲击；3，横向拉伸；4.纵向拉伸；5横向时效； 6.纵向时效；7，横向宽冷弯；8.化学成分和金相分析 各16M试验钢板相应于钢锭头、中、尾不同部位，进行纵横向拉伸、纵横向冲击 (室温和-40℃)、纵横向时效冲击和横向宽冷湾(B=35mm,d=a和d=o)试验，在 相应于钢锭中部部位上，进行系列冲击实验，测定平台能和50%结晶度的脆性转变温 度。冲击试样为半尺寸的V型缺口却贝试样，厚度5m,保留一面轧制面。 用金相观察、电子探针和定量金相法对钢中的夹杂物进行定性和定量分析（重点 对相应于铁锭中部钢板宽度中央的试样进行测定)，夹杂物的定量金相用QOANTi~ MET900型图象分析仪在放大800倍的荧光屏上进行。每个象点的尺寸为0.37244μm, 在试样上随机选择位置，沿钢板厚度方问，从轧制面一侧连续测定到另一测，每行18 个视场，每块试样测定两行，视场总面积为25m2,统计中长度小于1μm和宽度小 76

数 。 表 试验方案 、 编号及试验钢的某些元素含量② 多 男 多 耳 一 一 一 一 一 一 一 通 ① 一 布 一 一 。 通 注 ① 罐喷吹 一 粉 ② 成份试样取 自相应于钢锭中部钢板宽度的中央 表 未加稀土的试验钢化学成分 ， 。 。 。 。 洲亡二二弓 习 瑞 · 亡 污污亡 止 图 试样取样方案 横向冲击 纵 向冲击 横 向拉伸 纵 向拉伸 横 向时效 纵向时效 横 向宽冷弯 化学成分和金相分析 各 试验钢 板相应 于钢 锭 头 、 中 、 尾 不 同部位 ， 进 行纵横 向拉伸 、 纵横 向冲击 室温 和 一 ℃ 、 纵横 向时 效 冲击 和横 向宽冷弯 ， 二 和 二 试 验 。 在 相 应于钢 锭 中部部位上 ， 进 行 系列冲击实验 ， 测 定平 台能和 结 晶度的 脆性转 ‘ 变 温 度 。 冲击试样 为半尺寸 的 型缺 口 却 贝试样 ， 厚度 ， 保 留一面 轧制面 。 用 金相 观察 、 电子探针 和定量 余相法对钢 中的夹杂物进行定 性和定量分 析 重 点 对相应 于铁锭 中部钢 板宽度 中央的试样进行 测 定 ， 夹 杂物的定量 金 相 用 型 图象分 析仪在 放大 倍 的荧光 屏 上进行 。 每个象点 的尺寸 为 卜 ， 在试样上 随机选 择位置 ， 沿钢 板厚度 方 向 ， 从轧制面 一 侧连续 测定到 另 一 侧 ， 每 行 个视场 ， 每 块试样测定 两行 ， 视场总面积 为 “ ， 统计 中 长 度 小 于 卜。 和宽 度 小

于0.5μm的粒子不计。 实验结果 2.1化学成份 该钢种不同部位化学分析表明，·6号钢锭各部位的RE/S约3，S的偏析倒置，相 应于钢锭底部有明显的S和RE的富集。喷吹Si-Ca后明显脱硫。4号钢含S由0.02%降 低到0.0075%，脱硫率为62.5%。不同部位Ca/S含量在0.68一1.68范围间。硫偏析有 倒置现象，底部Ca和S含量较高。模内加入不同稀土量，3、2和1号钢中RE/S分别 达到8、8和14左右，钢锭底部RE、Ca和S含量较高，表1为试样的S、RE和Ca的 含量。 2.2机械性能 试验结果表明，同一钢板卷的卷心和卷中性能相近；卷头冷却较快，强度偏高、 韧性偏低。以板卷中部为代表，各试验钢的拉伸性能列于表3。通过系列冲击试验测得 的平台能和脆性能转变温度结果列于表4。结果表明，加入RE或喷吹Si-Ca,对由钢 板强度或时效敏感性无明显变化。冲击韧性值变化最敏感，喷吹Si-Ca后再加入少量 RE的3号钢韧性最好，方向性最近。 表3 试验钢的拉伸性能④ Table 3 Mechanical properties of steels Steel Direction Oe,MPa db,MPa 8,% p,第 OL/OT Longitudinal 330 517 33.4 60.4 Traneverse 1.35 332 507 29.0 44.9 Longitudinal 326 523 5 31.9 59.7 Transverse 338 1.06 517 30.7 56.5 Longitudinal 338 53B 31.8 59.9 Transverse 349 1.10 535 31.0 54.5 Longitudinal 353 548 31.0 57.6 Transverse 1.01 359 542 32.1 57.3 Longitudinal 346 540 30.6 62.4 Transverae 1.08 355 540 31.1 57.9 Longitudinal 346 540 30.6 60.1 Transverse 1.04 340 530 31.1 58.0 连：①在相应于钢锭中部取样 ②pL/仰T为纵横向断面收缩率之比 77

于 件 的粒子不计 。 实验结果 。 化学成份 该钢 种不 同部位化学分 析表 明 ， 号钢锭各 部位的 约 ， 的偏 析倒 置 ， 相 应 于钢锭 底部有 明显 的 和 的富集 。 喷吹 一 后 明显 脱硫 。 号钢 含 由 。 降 低到 ， 脱硫率 为 。 不 同部位 含量 在 一 范 围 间 。 硫偏析 有 倒置现象 ， 底部 和 含量 较高 。 模 内加 人不 同稀 土量 ， 、 和 号钢 中 分别 达到 、 和 左 右 ， 钢锭 底部 、 和 含量 较 高 ， 表 为 试 样 的 、 和 的 含量 。 机械性能 试 验结果表明 ， 同 一钢 板卷 的卷心 和卷 中性 能相近 卷头冷却较快 ， 强 度 偏 高 、 韧性偏低 。 以 板卷 中部为代 表 ， 各试 验钢 的拉伸性能 列于表 。 通过 系列 冲击试验测 得 的 平 台能和 脆性 能转变温 度结果 列于表 。 结果表 明 ， 加 人 或喷吹 一 ， 对 由 钢 板强度或时效敏感 性 无 明显 变化 。 冲击 韧性值变化最敏感 ， 喷吹 一 后 再 加 入 少 量 的 号钢 韧性最好 ， 方 向性最近 。 表 试 验 钢 的 拉 伸 性 能① 毛 口 ， ， 各 ， 书 甲， 书 甲 甲 ， 。 。 。 ， 吕 。 。 。 。 。 日 注 ①在相 应于 钢锭 中部取样 ②甲‘ 甲 为纵横 向断面收缩率之比

表4 试验钢的冲击平台能和脆性转变温度 Table 4 Shelf energy and transition temperatures of steels Steel Sheif energy,MPa Transition temp,，℃ Longi.Trans.Longi./grans. Longi. Trans. 6 10.5 4.0 2.6 -66 -62 5 13.7 9.7 1.41 一40 -36 12.4 8.5 1.46 一46 一42 14.110.4 1.36 -58 -48 2 13.39.5 1.40 -49 一40 1 13.2 9.3 1.42 一46 -38 注：试样取自相应于钢锭中部 2.3组织 各试样金相组织基本相似（图2），相应于钢锭中部轧成的钢板，其组织为铁素体 和珠光体带状组织(4级以上)，晶粒度8一9级。 0.2mn1 ta) s之 d (0 图216M试验钢的金相组织，试样取自相应于钢锭中部钢板中心部位， (a) 6号钢；(b)5号钢；(c)4号钢；(d)3号钢；(e)2号钢；(f)1亏钢 Fig.2 Microstructure of steel 16Mn.The location of samples is at the Center of ingot. 78

表 试验钢的冲击平台能和脆性转变温度 五 ， 。 ， ℃ 乙 。 。 。 扭 。 。 。 。 。 。 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 月 注 试样取 自相应于钢锭中部 。 组织 各试样金相 组织基本相似 图 ， 相应于钢锭 中部轧成的钢 板 ， 其组织 为铁素体 和珠光体带状组织 级以上 ， 晶粒 度 一 级 。 黝哪娜赞卿整脚纷夔卿鲜群秘妻 绝霖黑烹 翅巅戴 不不孙、 ， 林杯‘ 、 ，月 、 图 试验钢 的金相组织 ， 试样取 自相应于 钢锭中部钢板中心部位 。 号钢 号钢 吐号钢 号钢 号钢 亏 钢 尸 主