尹顯武

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河北涉縣056404）

應(yīng)用金屬原位分析儀對(duì)連鑄板坯偏析的分析

尹顯武

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河北涉縣056404）

針對(duì)連鑄坯產(chǎn)品質(zhì)量缺陷中的偏析問題，應(yīng)用金屬原位分析儀對(duì)連鑄板坯、方坯、圓坯及中厚板偏析度進(jìn)行分析。通過分析，對(duì)樣品的缺陷情況有了比較系統(tǒng)和全面的了解。分析得出，生產(chǎn)中頻繁出現(xiàn)的偏析主要是P和S偏析度過大造成的，為今后冶煉生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量控制提供了依據(jù)。

連鑄坯 金屬原位分析儀 成分 偏析 分析

1 引言

天鐵集團(tuán)生產(chǎn)的連鑄坯主要包括板坯、中厚板、圓坯及方坯。隨著市場(chǎng)的需求和生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，使得產(chǎn)量越來越大，在這過程中連鑄坯產(chǎn)品質(zhì)量缺陷也隨之增加，出現(xiàn)的主要缺陷有偏析、疏松、夾雜、裂紋等。為此，天鐵技術(shù)中心按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行監(jiān)督，并按生產(chǎn)流程取樣進(jìn)行光譜化學(xué)成分分析和低倍實(shí)驗(yàn)。在現(xiàn)有條件下，為了更加完善質(zhì)量管理和控制，技術(shù)中心于2009年從鐵研究總院引進(jìn)金屬原位分析儀OPA-100（original position statistic distribution analysis），對(duì)現(xiàn)有連鑄板坯、圓坯及連鑄方坯進(jìn)行全面地材料化學(xué)成分、表面偏析、疏松和夾雜分析，這樣有利于在煉鋼冶金生產(chǎn)過程中使質(zhì)量得到控制，為進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，在產(chǎn)品的新鋼種研發(fā)方面提供更加有力的依據(jù)。

本文應(yīng)用金屬原位分析儀對(duì)天鐵常煉連鑄坯進(jìn)行偏析度分析，并從大量樣品的分析結(jié)果中，總結(jié)出能用于促進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量的提高、煉鋼工藝的改進(jìn)的方法，質(zhì)檢部門以此作為對(duì)連鑄坯質(zhì)量偏析評(píng)比的依據(jù)。相比光譜分析和低倍實(shí)驗(yàn)，OPA可更直觀地反映出材料的成分高低以及區(qū)域面積分布，對(duì)質(zhì)量缺陷（偏析、疏松、夾雜、裂紋等）做出綜合的定性判定[1-2]。

2 偏析度的分析

利用金屬原位無預(yù)燃、連續(xù)掃描激發(fā)的火花放電所產(chǎn)生的光譜信號(hào)，進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)采集和解析的特點(diǎn)，對(duì)連鑄板坯進(jìn)行偏析分析，可以測(cè)定樣品表面不同位置的化學(xué)成分和含量以及表面的結(jié)構(gòu)信息[3]。

對(duì)連鑄厚板坯進(jìn)行金屬原位偏析度統(tǒng)計(jì)分布分析，并結(jié)合煉鋼生產(chǎn)工藝對(duì)該連鑄厚板的材料性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。取連鑄板坯的橫截面（含中心線）區(qū)域進(jìn)行分析。天鐵連鑄坯部分鋼種化學(xué)成分見表1。

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器和方法

表1天鐵連鑄坯部分鋼種化學(xué)成分/%

金屬原位分析系統(tǒng)：OPA-100。

2.1.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

樣品掃描方式為線性掃描，運(yùn)動(dòng)方式為連續(xù)，掃描速度為1mm/s，X、Y步進(jìn)根據(jù)樣品大小設(shè)定，充氣時(shí)間10 s，激發(fā)模式為低。

2.1.2 設(shè)備參數(shù)

激發(fā)頻率：480 Hz；激發(fā)電阻：6.0Ω；激發(fā)電容：7.0μF；氬氣純度：99.999%；氬氣流量：85m l/s；火花間隙：2.0mm；電極材料：45°頂角純鎢電極，直徑3mm。

2.1.3 數(shù)據(jù)采集和處理

信號(hào)采集速度為100 kHz/通道。工作曲線的制作和分析結(jié)果的處理采用OPA-100軟件自行進(jìn)行處理。

2.1.4 測(cè)定元素及其波長(zhǎng)

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

2.2 樣品要求

將待測(cè)鑄坯在銑床分別粗加工成長(zhǎng)×寬×厚為30 mm×80 mm×50、60 mm×80 mm×40 mm、50 mm×80 mm×50mm的3個(gè)平面后，在銑樣機(jī)上或者砂帶機(jī)上快速磨出一個(gè)干凈新鮮的表面，并在OPA上激發(fā)得到成分和分析結(jié)果。見圖1。

2.3 分析結(jié)果與討論

2.3.1 C元素的偏析度的分析結(jié)果

C元素的偏析度的分析結(jié)果見圖2。

從圖2中可以看出，在該樣品的左下區(qū)域有一明顯的塊狀偏析，且該偏析帶屬連續(xù)分布狀態(tài)，表明C元素的偏析比較嚴(yán)重，而且成分高低分布較大。

2.3.2 Si元素的偏析度的分析結(jié)果

Si元素的偏析度的分析結(jié)果見圖3。

從圖3可以看出，在該樣品的左下區(qū)域有一帶狀偏析，但不太明顯，表明Si元素的偏析相對(duì)輕微，成分分布也相對(duì)比較均勻。

2.3.3 Mn元素的偏析度的分析結(jié)果

Mn元素的偏析度的分析結(jié)果見圖4。

在該樣品的左邊細(xì)條狀和中心區(qū)域，Mn元素有一帶狀偏析，且該偏析帶不屬明顯的連續(xù)分布狀態(tài)，在帶狀偏析線的中間有含量不是很高的部分存在。表明Mn元素的偏析沒有C元素的偏析嚴(yán)重。

2.3.4 P元素偏析度的分析結(jié)果

P元素的偏析度的分析結(jié)果見圖5。

在該樣品的左邊區(qū)域，P元素有一明顯的偏析區(qū)存在，但該偏析區(qū)屬連續(xù)分布狀態(tài)；正負(fù)偏析比較明顯，P元素的成分比例分布也不均，所以P元素的偏析比較嚴(yán)重。

2.3.5 S元素的偏析度的分析結(jié)果

S元素的偏析度分析結(jié)果見圖6。

從圖6中可以看出，在該樣品的中心區(qū)域S元素的偏析分布比較分散，而且該偏析帶屬斷續(xù)分布狀態(tài)，此外在中心偏析帶外還有一些比較低的偏析區(qū)域存在。表明S元素的偏析最嚴(yán)重。

3 分析結(jié)論

分析結(jié)果比較見表2。

表2分析結(jié)果比較

通過以上分析可以得出以下分析結(jié)果。

3.1 該連鑄板坯中S元素的最大偏析度最大，其次是P、C，而Mn和Si的最大偏析度較小，其中又以Si元素的最大偏析度為最小。

3.2 S元素在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T21834中規(guī)定的允許差含量區(qū)間內(nèi)所占的統(tǒng)計(jì)權(quán)重最小，這說明該樣品中S元素的偏析情況最為嚴(yán)重。

3.3 在樣品的分析結(jié)果中，主要以集中在邊部，其中又以S元素的中心偏析最嚴(yán)重，其次是P元素的中心偏析嚴(yán)重，再次是C元素的。而Mn和Si元素的中心偏析相對(duì)較輕，相比之下以Si元素的中心偏析為最輕。

3.4 C、Si、Mn元素在中心偏析帶以外，元素的偏析情況不是很嚴(yán)重，但是S、P兩個(gè)元素在中心偏析帶以外的分布也很不均勻，尤其是S元素的中心偏析情況最為嚴(yán)重。

3.5 在同一樣品中，不同元素的偏析情況也是不相同的；有的元素偏析較重，有的元素偏析較輕。

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)的對(duì)鑄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，對(duì)試驗(yàn)條件要求高，比如場(chǎng)地的選擇，實(shí)驗(yàn)過程的安全因素，對(duì)實(shí)驗(yàn)后酸的處理，得出試驗(yàn)結(jié)論時(shí)間長(zhǎng)，另外傳統(tǒng)的分析結(jié)果只是表征材料的宏觀信息，范圍面積小，得不到各個(gè)元素的成分分布。應(yīng)用金屬原位分析儀進(jìn)行分析的特點(diǎn)是，得出質(zhì)量缺陷結(jié)論時(shí)間短，速度快，分析范圍大，能分析出導(dǎo)致質(zhì)量缺陷的各個(gè)元素的分布并且對(duì)微觀區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析；操作簡(jiǎn)單，對(duì)樣品要求只需有一個(gè)品面即可，分析結(jié)果以二維和三維形式得出，有立體感，更加直觀[4]。

通過運(yùn)用金屬原位偏析分析,對(duì)連鑄板坯在內(nèi)的許多金屬材料（連鑄板坯、中厚板、圓坯及連鑄方坯）的偏析情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，分析樣品中各元素偏析度的差異情況，得出生產(chǎn)中頻繁出現(xiàn)的偏析主要是P和S偏析度過大造成的，為今后冶煉生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量控制和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化提供了依據(jù)。

（收稿2011－05－12責(zé)編崔建華）

[1]劉志勇，王振宗.連鑄坯（材）的低倍檢驗(yàn)[J]．冶金標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，1997（9）：28-32.

[2]趙良仲，劉世宏，潘承璜.粗糙表面小面積成像XPS變角分析法[J]．分析儀器，1998（2）：57-60.

[3]王海舟，李美玲，陳吉文，吳超.連鑄鋼坯質(zhì)量的原位統(tǒng)計(jì)分布分析研究[J]．中國(guó)工程科學(xué)，2003，5（10）：34-42.

[4]王海舟，楊志軍，陳吉文，等．金屬原位分析系統(tǒng)[J]．中國(guó)冶金，2002（6）：20-22．

尹顯武，男，2006年7月畢業(yè)于天津科技大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程專業(yè)，現(xiàn)在天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司技術(shù)中心從事產(chǎn)品化驗(yàn)工作。

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