1、111河北联合大学轻工学院 QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕毕业业论论文文 论文题目：论文题目：国丰国丰 Q195 钢工艺研究钢工艺研究 学生姓名：学生姓名： 学学 号号：200815 专业班级：专业班级：08 冶金冶金 学学 部：材料化工部部：材料化工部 指导教师：王硕明指导教师：王硕明 教授教授 2012 年年 05 月月 26 日日 摘 要 I 摘 要 唐山国丰钢铁有限公司成立于 1993 年，是一家集制氧、烧结、炼铁、炼钢、 轧钢为一体的大型钢铁联合企业，具备年产铁、钢、材各 800 万吨的综合生产 能力。 。为了进一步提高技术水平
2、、增加品种、提高产品附加值、稳定产品质量， 河北联合大学与国丰公司商定，广泛进行技术合作，充分发挥学校和企业在理 论研究、技术开发和生产经营等方面的各自优势，对国丰所冶炼的典型钢种 Q195 进行系统研究，明确国丰生产水平与国际、国内先进钢厂相比所处的相对 地位，以明了存在的差距和进一步提高的方向，并优化工艺与设备参数，稳定 产品质量，保证生产顺行。实验期间，国丰二钢对其连铸中间包进行了优化， 同时中间包容量也进行了扩容。通过中间包改造前后的铸坯研究，分析国丰钢 铁公司生产的钢种中非金属夹杂物，氧氮含量及钢的缺陷组织，通过其改造前 后的生产数据的分析，提出相应的改进措施和优化方案。 关键词：非
3、金属夹杂物；氧氮含量；缺陷组织 Abstract II Abstract Tangshan countries abundant steel Co., LTD. Was established in 1993, is a collection of oxygen generation, sintering, iron, steel, steel rolling as one of the major steel joint enterprise have annual iron, steel, the material the comprehensive production capacity
4、 of 8 million tons. In order to further improve the technical level, and increasing variety, improving the added value of the products, stable product quality, hebei union university and national abundant company agreed, widely for technical cooperation, give full play to the school and enterprise t
5、heory research, technology development and production management, and other aspects of the respective superiority, the kingdom of the typical steel smelting richly Q195 system research, production level and abundant clear countries advanced international and domestic steel mill in the relative posit
6、ion than describing the existing gap and further improve the direction, and optimization of process and equipment parameters, stable product quality, ensure the production line. During the experiment, the two countries abundant steel tudish optimized, and at the same time and tundish capacity expans
7、ion. Through the tundish slab before transformation, this paper analyzes countries abundant steel company in the production of steel non-metal inclusions, oxygen and nitrogen content in steel defects, through its transformation of production before and after the analysis of the data, and the corresp
8、onding improving measures and optimization scheme. Keywords：Nonmetallic inclusions; oxygen and nitrogen content; defects in the organization 目 录 III 目 录 摘 要.I ABSTRACT .II 引 言.1 第 1 章 文献综述.2 1.2.影响 Q195 钢质量的因素 .2 1.2.1 化学成分的影响.2 1.2.2 表面裂纹的影响.3 1.2.3 钢中非金属夹杂物的影响.3 1.3 钢中非金属夹杂物的研究.4 1.3.1 夹杂物来源.4 1.3
9、.2 非金属夹杂物的分类.5 1.3.3 钢中非金属夹杂物的控制.7 1.4 钢中低倍组织缺陷 .8 第 2 章 研究内容及方案.13 2.1 课题来源 .13 2.2 研究内容和目的 .13 2.3 研究方案.13 2.3.1 取样.13 2.3.2 研究方法.14 第 3 章 实验结果分析.20 3.1 TO、TN含量的研究.20 3.1.1 中间包改造前后全氧含量分析.20 3.1.2 中间包改造前后氮含量分析.22 3.2 中间包改造前后铸坯大型夹杂物分析.23 3.2.1 改造前后大型夹杂物形貌及成分分析.23 3.2.2 改造前后大型夹杂物含量分析.27 3.2.3 改造前后大型夹
10、杂物粒径分析.28 3.3 中间包改造前后显微夹杂物分析.29 3.3.1 中间包改造前后显微夹杂物形貌剂成分分析.29 3.3.2 中间包改造前后显微夹杂含量变化.31 3.4 铸坯的内部组织分析.34 结 论.39 目 录 IV 参考文献.40 致 谢.42 引 言 1 引引 言言 近年来，随着机械制造业，特别是汽车工业以及航空工业等的迅速发展， Q195 钢的应用领域日益扩大。用户对 Q195 钢性能的要求也不断提高，需要具 有较高的屈服强度、抗拉强度和韧性。作为应用广泛的中碳钢，Q195 钢中的非 金属夹杂物、氧氮含量，组织缺陷对铸坯及最终产品性能的影响很大。 为了系统分析国丰 Q19
11、5 钢中非金属夹杂物、氧氮含量，组织缺陷，进一步 提高铸坯质量，连续化大规模生产铸坯。以生产 Q195 钢铸坯中夹杂物为研究对 象，采用以下方法来系统分析 Q195 钢中夹杂物，氧氮含量以及低倍组织缺陷。 1）采用大样电解法研究铸坯中大型夹杂物夹杂物。 2）采用金相法检验铸坯中的显微夹杂物。 3）通过热酸蚀低倍检验方法观察低倍组织缺陷。 通过本课题的研究，深刻了解影响 Q195 钢质量的影响因素，进而改善铸坯 质量，为国丰钢铁公司生产高质量产品提供保障，同时起到对类似工艺的炼钢 生产具有一定指导和借鉴意义的目的。 第 1 章 文献综述 2 第 1 章 文献综述 Q195 钢是碳素结构钢即普碳钢
12、的一种。碳素结构钢使用量很大，约占钢总 产量的 70%，大部分作为结构件，少量用于制造机器零件和其他制品。碳素结 构钢易于冶炼和轧制，价格低廉，性能基本上能够满足一般工程构建的要求， 所以使用极为广泛，这类钢除了要求有足够的强度外，还要求具有良好的塑性 和韧性，且易于成型和焊接。在国家标准 GB/T700-1988 中，将碳素结构钢屈服 强度的下限值分为五个级别，它们的钢号分别为 Q195,Q215,Q235,Q255,Q275。 这里 Q 代表屈服强度，数字代表屈服强度的下限值，单位 MPa。 1）化学成分 成分CSiMnPS 含量0.060.120.300.250.500.0450.050
13、 2） 力学性能 抗拉强度（b/MPa）：315-430 伸长率（5/%）：33（钢材厚度或直径16mm） ，32（钢材厚度或直径 16-40mm） 3） 主要特征及应用举例 具有高的塑性、韧性和焊接性能，良好的压力加工性能，但强度低。用于 制造地脚螺栓、犁铧、烟筒、屋面板、铆钉、低碳钢丝、薄板、焊管、拉杆、 吊钩、支架、焊接结构等。轧制薄板和盘条。冷、热轧薄钢板及以其为原板制 成的镀锌、镀锡及塑料复合薄钢板大量用于屋面板、 装饰板、通用除尘管道、 包装容器、铁桶、仪表壳、开关箱、防护罩、火车车厢等。盘条则多冷拔成低 碳钢丝或经镀锌制成镀锌低碳钢丝，用于捆绑、张拉固定或用作钢丝网、铆钉 等 。
14、 1.2.影响 Q195 钢质量的因素 根据对 Q195 钢质量检测，发现影响钢质量主要有以下几个方面：钢的化 学成分，表面裂纹，钢中夹杂物和钢的显微组织。 1.2.1 化学成分的影响 钢中化学成分 C，Si，Mn，P，Cr，Ti，Ni，Mo 等都是强化元素，其中以 河北联合大学轻工学院 3 C 对强度作用效果最为明显。所以应该将各种强化元素，尤其是 C 元素要控制 在其允许范围的下限。改变合金元素含量，要注意该合金元素在钢中的作用， 以满足用户的基本要求。 1.2.2 表面裂纹的影响 表面裂纹产生的原因有：一是钢坯质量不合格，导致钢锭皮下气泡或皮下 夹杂在轧制中暴露于钢坯或钢材表面；二是轧制
15、不当所导致的表面裂纹，轧钢 过程中如存在严重的温度不均匀，会在钢材表面形成横向裂纹。 1.2.3 钢中非金属夹杂物的影响 非金属夹杂物是钢中不可避免的，但其夹杂物成分、数量、形态、分布等 特性对钢的性能影响是多方面的。 1）夹杂物对裂纹的形成的影响 统计发现，约有 82%的疲劳断裂其裂纹发源地都有夹杂物存在。非金属夹 杂物往往为作为显微裂纹的发源地对钢起了破坏作用，从而使得钢的性能变坏 35,36。 2）夹杂物对钢塑性和韧性的影响 非金属夹杂物往往为作为显微裂纹的发源地而在其中起着重要的作用，其 表现为使钢的伸长率和断面收缩率降低。颗粒夹杂物常作为应力集中源，在降 低钢冲击韧度值的同时使钢的脆
16、性转变温度升高。 3）夹杂物对钢的疲劳性能的影响 钢中夹杂物对疲劳性能的影响的最主要因素之一是夹杂物的变形能力。若 夹杂物的变形能力低，在钢基体和夹杂物的界面处就可能产生微裂纹，这些微 裂纹便成为了疲劳裂纹的发源地。 4）夹杂物对钢压力加工性能的影响 除了在钢中晶界上存在的低熔点夹杂物使钢在热变形加工时可能产生“热 脆”现象外，钢中非金属夹杂物可降低钢在室温时的塑性，也必然使钢的冷变 形性能破坏。 5）夹杂物对钢耐腐蚀性能的影响 在腐蚀介质中工作或表面附着有腐蚀介质的钢制零件，当其表面存在有大 量非金属夹杂物时，由于非金属夹杂物与钢基体的电极部位不同而构成腐蚀微 电池37，将会在非金属夹杂物与
17、钢基体的交界处发生电化学腐蚀。 6）夹杂物对钢热处理性能的影响 第 1 章 文献综述 4 钢中非金属夹杂物通常是零件热处理淬火时开裂的一个主要原因。这是因 为夹杂物在钢中破坏了其连续性。 7）夹杂物对钢焊接性能的影响 非金属夹杂物对钢焊接性能的影响主要是容易引起焊接件在焊缝或焊缝热 影响区产生裂纹。 1.3 钢中非金属夹杂物的研究 质量良好的金属材料不仅化学成分符合技术标准的要求，材料中的非金属 夹杂物也要尽可能的少，因为即使很少量的非金属夹杂物亦足以影响金属的机 械性能，降低材料的质量。这些铸坯中的非金属夹杂物破坏了钢的连续性和致 密性，对金属制品的质量有着极为重要的影响。连铸坯内较多的非金
18、属夹杂物， 淬火时会引起应力集中而引起裂纹，降低疲劳强度，甚至使工件直接报废，夹 杂物的存在，会使零件在腐蚀介质中在夹杂物处引起腐蚀。非金属夹杂物对金 属材料质量的影响不仅决定于其数量的多寡并与夹杂物的组成、外形及分布状 态有关；不利的外形分布，如：沿晶界分布的、链状的、被轧成条状的夹杂物 对机械性能的影响尤其大。在外力作用下往往在非金属夹杂物存在的地方引起 应力集中，当应力足够大时则导致材料破裂。因此夹杂物类型、含量和分布等 通常认为是评定钢材质量的一个重要指标，并被列为优质钢及高级优质钢出厂 常规检验项目之一。 连铸凝固速度快，夹杂来不及上浮而且存在分散，连铸钢水和耐火材料熔 渣接触，暴露
19、在空气中的机会也多，因此，夹杂来源复杂，根据以往的研究成 果，提出了夹杂物的来源、类型和减少夹杂物的措施。 1.3.1 夹杂物来源 按照钢的冶炼流程，在以下各个环节都有可能引起铸坯产生夹杂物24： 1）转炉出钢下渣 挡渣出钢的效果相对较差，出钢时带入钢包中的炉渣较多，再加上使用过 的钢包有的不太干净，出钢时很多剩渣夹裹在钢水中，污染了钢水。有的炉次 吹气精炼不好，直接浇注，脱氧产物及钢水中悬浮的炉渣不能充分上浮，也造 成钢水污染233。 2）钢包、中间包包衬侵蚀物 在生产过程中如果钢包衬侵蚀物进入钢水，尤其是 LF 精炼炉升温时对钢 包上部打结料的侵蚀严重，会造成包衬侵蚀污染钢水。大量的中间包
20、填充料 河北联合大学轻工学院 5 （粘土砖粉）和绝热板残块进入钢水也会造成污染，而被中间包的填充物污染 的钢水极易通过浸入式水口进入结晶器，所形成的夹杂物尺寸也是最大的，对 钢板性能的破坏亦最明显。另外，浇注后期涂料侵蚀透后，中间包打结料侵蚀 进入钢水也造成污染。 3）钢水二次氧化 钢水由大包到中间包应采用全程密封保护，但在实际使用中，上部钢流往 往暴露与空气中造成二次氧化。还有浇注过程中用氧气烧高压保护箱内壁上的 钢瘤等时形成的氧化物极易进入结晶器凝入坯壳。 精炼炉吹氩时，如果片面追求快速降温或缩短精炼时间，会使氩气压力过 高，使大包液面翻动过大，一方面造成钢水面裸露二次氧化，另一方面，液面
21、 过度翻动使表面渣层裹入钢水，污染钢水。 4）中间包污染 浇注过程中，上下炉钢水连接时，往往由于生产组织或其它方面的原因， 造成连接不好，下炉钢水不能及时再浇，中间包液面过低，上层的渣子随水口 涡旋进入结晶器。中间包不干净，杂物及耐火材料碎块也污染钢水。 5）结晶器液面波动 如果中间包塞棒开闭和调整拉速是由人工控制，结晶器有时液面波动较大， 并且前一时期浸入式水口侧孔角度偏小，插入深度经常变化以改变水口渣线的 位置，都加剧了结晶器液面的波动，保护渣被钢流冲至水口到弧板边 1/2 的位 置聚集，并被钢流卷入钢水中，而结晶器面上下波动最易造成铸坯弯月面处的 初生坯壳皮下裹渣。 1.3.2 非金属夹
22、杂物的分类 1）按夹杂物来源分 钢中的夹杂物按照来源可以分为内生的和外来的两大类25，26。 内生夹杂主要为氧化物夹杂有以下几种来源：一是在炼钢温度下合金化和 铝终脱氧时析出脱氧产物，称为一次脱氧产物；二是钢液从精炼温度冷却至液 相线温度过程中析出的脱氧产物，称为二次脱氧产物；三是钢液从液相线温度 冷却到固相线温度时析出的脱氧产物，称为三次脱氧产物。内生夹杂物在钢中 的分布相对来说是比较均匀的，它们的颗粒一般比较细小。 外来的主要是在钢的熔炼、出钢和浇铸过程中，钢液同耐火材料和炉渣相 接触，炉渣被卷入钢液中(特别是出钢的时候)，耐火材料在高温受到冲蚀，它 的颗粒混入钢液中，这些情况都难以避免。
23、混入钢液中的耐火材料和炉渣颗粒 通过与钢液起化学反应不断在成分和结构上发生变化。这些颗粒，不论是刚刚 第 1 章 文献综述 6 被机械地带入钢液中的，还是经历了相当变化的，一旦被滞留到铸件中，就变 成了钢中的夹杂物，这些就叫外来夹杂物。外来一般来说尺寸较大，外形不规 则，结构复杂，只是偶然在这里或者那里出现。 2）按化学成分 第一类夹杂物简单氧化物30。如 FeO，MnO，钛、钒、妮的氧化物， Cr2O3，A12O3，SiO2等。 第二类夹杂物复杂氧化物。其中尖晶石类夹杂物通常用化学式 AOB2O3表示。化学式中 A 表示二价金属，如镁、锰、铁等，B 表示三价金属， 如铁、铬、铝等。尖晶石类夹
24、杂物为一大类氧化物，如 MnOAl2O3，MnOCr2O3，MnOFe2O3，FeOAl2O3，FeO-Cr2O3，MgO-A12O3等。 钙的铝酸盐如 CaOA12O3，CaO2A12O3 也属于复杂氧化物。但不属于尖晶石 类夹杂物。 第三类夹杂物硅酸盐及硅酸盐玻璃。通用化学式可写成 lFeOmMnO nA12O3P SiO2。它们一般是多成分的。既可以是单相的，也可以是多相的。在 单相情况下，一般是玻璃态的。在用锰铁、硅铁和铝进行脱氧而且加铝量较少 时出现各式各样的硅酸盐，如铁硅酸盐、铁锰硅酸盐、铁锰铝硅酸盐等。 第四类夹杂物硫化物。主要是 FeS，MnS：此外，根据情况可能出现 CaS、
25、TiS、稀土硫化物等。 第五类夹杂物氮化物。如 VN，TiN，AlN 等。 3）按夹杂物粒度大小分 （1）微观夹杂 （2）宏观夹杂 微观夹杂指的是粒度小于 50m 的夹杂，这类夹杂物一般为脱氧产物；粒 度大于 50m 的称作宏观夹杂，这类夹杂与钢中氧含量无直接关系，也说明宏 观夹杂并不是或不完全是由脱氧造成的。由此可见，以往那种认为连铸坯凝固 快，夹杂物来不及聚集，多呈细小分散状态的观点已不能全面反映连铸坯夹杂 物的实际状况。 4）按热加工温度下相对变形程度分 （1）脆性：指那些不具有塑性的氧化物和氧化物玻璃。当钢经受热加工变 形时，这类的形状和尺寸不发生变化，但分布有变化。氧化物夹杂在钢锭中
26、成 群(簇)出现；钢经热加工变形后，氧化物颗粒沿钢延伸方向排列成串，呈点链 状。属于这类的有 Al2O3，Cr2O3、尖晶石类氧化物、钒、钛、锆的氧化物以及 一些高熔点的氧化物。特别是对硬线钢来说，当钢丝存在尺寸大于钢丝直径 2% 的颗粒时就会导致钢丝在拉拔过程中断裂。 河北联合大学轻工学院 7 （2）塑性：这些在钢经受热加工变形时具有良好的塑性并沿着钢塑性流变 的方向延伸成条状，属于这类的有硫化物、含 Si02量较低(40%60%)的铁锰硅 酸盐和其中溶有 FeO，MnO，Al2O3的硅酸钙和硅酸镁等。 （3）球状(点状)不变形：这类在钢锭中或在铸钢中呈球形，钢经形变后保 持球形不变。属于这
27、类的有 SiO2、含 SiO2较高(70%)的硅酸盐、钙的铝酸盐 (CaOA12O3，CaO2A12O3)玻璃、纯的硅酸铝等。 （4）半塑性：指各种复相的铝硅酸盐夹杂。基底铝硅酸盐玻璃一般在钢经 受热加工变形时具有塑性，但是在基底上分布的析出相晶体(如刚玉、尖晶石类 氧化物)不具有塑性。当析出相的相对量较大时，脆性的析出相好象是被一层范 性相的膜包着。钢经热变形后，塑性的相多少随钢变形延伸，而脆性的相不变 形，仍保持原来形状，只是或多或少地拉开了颗粒之间的距离。 1.3.3 钢中非金属夹杂物的控制 1）要控制钢中非金属夹杂物一般情况下应从两个方面考虑： （1）设法在冶炼和浇注过程中稳定操作来减
28、少夹杂物的产生，尽量减少外 来夹杂对钢水洁净度的影响； （2）利用先进的冶金技术对已存在的钢中夹杂物如何更好的去除，以达到 洁净钢生产的目的。 2）为了生产高质量的钢种，我们主要在以下几个方面对其钢中夹杂物进行 控制。 （1）转炉冶炼的控制 在转炉冶炼过程中，尽量减少补吹，要严格控制下渣量，以降低转炉终点 的氧含量；对转炉冶炼完的渣子中，应适当提高其 MgO 含量和渣的碱度，并且 保证减少下渣；在转炉出钢时，应严格采取出钢挡渣制度和炉渣变性处理；在 转炉出钢过程中应进行渣洗脱硫，这样可降低钢水硫含量，从而抑制硫化物夹 杂得形成而污染钢水；利用渣洗过程中液态高碱度脱硫熔渣与钢水重度差，促 使熔渣
29、在与钢水充分接触的同时，从钢水内部不同层面上不断上浮析出形成脱 氧及脱硫产物，为后续钢水的钙处理创造条件，促进钢中夹杂物变性。 （2）精炼过程可采取的夹杂物控制 利用真空吹氩搅拌来有效去除钢中夹杂物；在精炼过程中，加入粉剂来去 除钢中有害杂质；对钢液中夹杂物要进行必要的变性处理；在造渣方面，应造 合适的精炼渣来有利于去除夹杂。 （3）中间包可采取的控制措施 通过合理优化中间包结构及设置内部挡墙的方法来保证钢液在中间包内有 第 1 章 文献综述 8 足够的停留时间，使夹杂物能够得到充分上浮；由钢包到中间包采用长水口， 并且通过氩气密封保护浇注，来减少钢液暴露在大气中而使钢液得到污染；在 开浇前，
30、应通过氩气（或氮气）对中包内部进行清扫，以防止钢液的二次氧化； 中间包内衬使用的耐火材料质量应当稳定较好，及时更换中包；通过中包底部 吹氩气来进一步促使夹杂物上浮；使用的中间包覆盖剂碱度要高，这样易于吸 收更多的夹杂物，造还原性中间包渣，使用碱性耐火材料，降低侵蚀。 1.4 钢中低倍组织缺陷 1) 方框形偏析 偏析是钢中化学成分及杂质的不均匀分布现象（通常也称液析） 。在钢锭结 晶过程中出现有区域偏析，晶内偏析、晶间偏析等。低倍检验所涉及的偏析是 区域偏析，如方框形偏析、B0 山西晋煤集团晋圣矿业投资有限公司山西晋煤集团晋圣矿业投资有限公司 公司债券半年度报告公司债券半年度报告 （2019 年
31、）（2019 年） 二一九年八月 山西晋煤集团晋圣矿业投资有限公司公司债券半年度报告（2019 年） 2 重要提示重要提示 公司董事、监事、高级管理人员保证半年度报告内容的真实、准确、完整，不存在虚 假记载、误导性陈述或重大遗漏，并承担相应的法律责任。 本公司半年度报告中的财务报告未经审计。 山西晋煤集团晋圣矿业投资有限公司公司债券半年度报告（2019 年） 3 重大风险提示重大风险提示 投资者在评价和购买本公司债券时，应当认真考虑各项可能对本公司债券的偿付、债 券价值判断和投资者权益保护产生重大不利影响的风险因素，并仔细阅读募集说明书“风 险因素”等有关章节的内容。 截至 2019 年 6
32、月 30 日，公司面临的风险因素与募集说明书中“第二节风险因素”章 节没有发生重大变化。 山西晋煤集团晋圣矿业投资有限公司公司债券半年度报告（2019 年） 4 目录目录 重要提示.2 重大风险提示 .3 释义.6 第一节公司及相关中介机构简介.7 一、公司基本信息.7 二、信息披露事务负责人 .7 三、信息披露网址及置备地.7 四、报告期内控股股东、实际控制人变更及变化情况 .8 五、报告期内董事、监事、高级管理人员的变更情况 .8 六、中介机构情况.8 第二节公司债券事项 .9 一、债券基本信息.9 二、募集资金使用情况 .9 三、报告期内资信评级情况.10 四、增信机制及其他偿债保障措施情况 .10 五、偿债计划.12 六、专项偿债账户设置情况.12 七、报告期内持有人会议召开情况.12 八、受托管理人（包含债权代理人）履职情况.12 第三节业务经营和公司治理情况.12 一、公司业务和经营情况 .12 二、投资状况.14 三、与主要客户业务往来时是否发生严重违约.14 四、公司治理情况.14 五、非经营性往来占款或资金拆借.15 第四节财务情况.15 一、财务报告审计情况 .
