赵东伟１李海波１高攀１牛涛１杨健２郝丽霞２
（1首钢技术研究院，北京市石景山区杨庄大街69号，北京100041；
2河北省首钢迁安钢铁责任有限公司，河北省迁安市，064404)
摘要采用ASPEX和扫描电镜对不同S含量J55板卷金相样内夹杂物种类、数量、尺寸进行分析，研究了夹杂物种类、尺寸以
及Ca/S比对板卷冲击性能的影响。研究发现，影响J55板卷冲击性能的夹杂物类型主要为条串状MnS，>90μm的条串状MnS系统升级补丁备份文件
夹杂物会显著影响冲击性能，并通过将S含量控制在0.0040%以下或将Ca/S比控制在0.5以上能够显著抑制大尺寸MnS夹
杂的析出，从而改善冲击性能。
关键词低级别管线钢J55MnSCa/S冲击性能
The influence of inclusions on impact properties in J55 steel
Zhao Dongwei1Li Haibo1Gao Pan1Niu tao1Yang Jian2Hao Lixia2
(1 Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100041, 2 HeibeiShougangQian’an Iron & Steel CO.,LTD, Qian’an 064404)
Abstract Inclusions in different S content sheet sample in J55 steel were analysised by using ASPEX and scanning electron microscopy and the relationship between inclusion type, size and Ca/S ratio and impact properties was studied. The study found that the type of inclusion of influencing impact properties were mainly massive stringer shaped MnS，especially the size larger than 90μm. The S content less than 0.0040% or Ca/S ratio more than 0.5 in J55 sheet can inhibit the precipitation of large size MnS inclusions, so as to improve the impact properties.
Keywords low grade pipeline steelJ55MnSCa/S ratioimpact properties
由于石油、天然气输送管线的使用条件越来越苛刻，对石油管道的要求也越来越高。不仅要求其具有高强度，还要求具有高韧性及良好的抗冲击性等。然而，在管线钢实际生产中，往往强度提高的同时，韧性却得不到保证。不仅限制了钢材的使用，而且一旦发生脆性断裂，将造成其很大的直接或间
接损失[1-3]。而导致管线钢冲击性能达不到要求很多情况下是由夹杂物引起，为了防止材料在使用状态下发生脆性断裂，应对夹杂物对冲击性能的影响做出正确的分析判断，本文从夹杂物角度出发，通过对不同含S量板卷金相样夹杂物的扫描电镜分析，探讨了夹杂物类型、尺寸、数量以及Ca/S比对冲击性能的影响，为进一步提高该钢种的冲击性能提供了依据。
1试验过程
根据转炉炼钢厂生产实际，选取J55为试验钢种，对不同硫含量的5炉（编号分别为1、2、3、4、5）板卷金相样采用ASPEX和扫描电镜进行夹杂物分析，并统计130炉次采用同一工艺路线的J55作为统计样本以分析硫含量、Ca/S比对冲击性能的影响。冶炼工艺要点主要包括：单联LF工艺（铁水预处理→210 t转炉→LF→板坯连铸），转炉入炉铁水[%S]<0.0050；转炉吹炼终点[C]为0.040~0.080%，[S]≤0.0150%，挡
渣出钢；出钢过程中加入铝铁进行预脱氧；LF精炼过程采用高碱度、强还原性精炼渣造渣脱硫以及合金化操作，精炼后[S]≤0.0080%，精炼时间约40min；软吹后进行8min镇静上浮去除夹杂物，经过中间包浇注生产板坯。
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2 试验结果
对5炉板卷金相样进行化学成分分析以及冲击性能测试，结果如表1所示。板卷S含量在0.0018%~0.0073%，Ca/S比在0.16~0.92，冲击吸收功AKV在29~78J之间。
采用扫描电镜在380倍下观察板卷金相样（轧制方向截面）中心部位和边部夹杂物，形貌如图1所示，统计结果如表2所示。板卷夹杂物类型主要为条串状MnS和CaO-Al2O3-CaS复合夹杂物，随着S含量增加，扫描电镜观察到的板卷中心和边部MnS夹杂物数量明显增加，冲击性能降低。而CaO-Al2O3-CaS复合夹杂物数量以及尺寸变化不大，与冲击功未有明显相关关系。由此可知，MnS夹杂对冲击性能具有较大影响。
表1试样化学成分以及对应冲击性能
bipic样品号 C Si Mn P S Ca Ca/S 冲击功/J
1 0.189 0.177 1.11 0.0105 0.0018 0.0017 0.8095 73
2 0.182 0.186 1.1 0.0097 0.0026 0.0024 0.9231 78
3 0.187 0.182 1.12 0.0166 0.0043 0.001
4 0.3237 69
4 0.17
5 0.173 1.11 0.0159 0.0059 0.0015 0.2464 51
5 0.155 0.164 1.0
6 0.0134 0.0073 0.0012 0.1644 29
表2金相样中心部位和边部MnS和CaO-Al2O3-CaS复合夹杂分布情况蚀刻因子
MnS夹杂CaO-Al2O3-CaS复合夹杂
样号中心部位边部中心部位边部
1 无MnS 1个MnS，约10μm
每1个屏幕有3~4个无水氯化镁
CaO-Al2O3-CaS，约2~6μm
与中
部类
似
2 无MnS 无MnS 每1个屏幕有3~5个CaO-
Al2O3-CaS，约2~6μm
与中
部类
似
3 每4~5屏幕1个MnS，约100μm 每4~5屏幕1个MnS，约10μm 每1个屏幕有4~5个CaO-
Al2O3-CaS，约2~6μm
与中
部类
似
4 每3-4个屏幕1个MnS，约120μm 每个屏幕1个MnS，约20μm 每3个屏幕有1~2个CaO-
Al2O3-CaS，约2~6μm
与中
部类
似
5 每个屏幕1~2个MnS，约90μm 每个屏幕1个MnS，约20μm 每5~6个屏幕有1个CaO-
Al2O3-CaS，约2~6μm
未有
发现
断的，ASPEX 在扫描分析MnS 夹杂物时，将一条完整条串状MnS 夹杂物识别成若干个MnS 夹杂物。因此处理数据时，把若干个MnS 夹杂物算作一个夹杂，尺寸取若干个夹杂物的尺寸和。而处理数据结果（l1+l2+…+ ln ）与真实条串状MnS 夹杂尺寸（l ）存在一定差距，如图3所示。因此需进行修正，将同一条条串状夹杂物在扫描电镜结果与ASPEX 结果进行对比修正，l≈1.8×（l1+l2+…+ ln ）。不同样品修正后MnS 夹杂物数量以及尺寸分布如图4所示。
图3ASPEX 扫描结果中MnS 夹杂物尺寸
统计＞90μm 、＞100μm 、＞110μmMnS 夹杂物数量密度发现，3、4、5试样夹杂物数量密度明显高于1、2试样，其与冲击功有明显的正相关关系。而统计>70μm 、>80μmMnS 夹杂发现，冲击性能好（1、2）的试样MnS 夹杂物数量密度并不低，因此认为当MnS 夹杂物尺寸<90μm 时，不会对冲击性能造成明显影响。
图4不同样品中MnS 夹杂物数量密度
3.3 MnS 夹杂物数量对冲击性能的影响
为了探讨MnS 夹杂物数量对冲击性能的影响，对5个板卷金相样进行ASPEX 扫描分析后，MnS 夹杂物数量密度统计结果如图5所示。由图5可知，不同试样夹杂物数量密度与冲击性能未有明显关系，从整体MnS 夹杂物数量上看，整体夹杂物数量对冲击性能产生明显影响，而较多的大尺寸夹杂物数量密度将会对冲击性能产生明显影响。
0.00
0.501.001.502.002.503.00
3
4
512
M n S 数量密度个/m m 2
样品号
>90μm 数量密度>100μm 数量密度>110μm 数量密度
123456
34
512
M n S 数量密度个/m m 2
样品号
>70μm 数量密度
>80μm 数量密度
l
l 2
l n
条串状MnS 夹杂 l 1
ASPEX 扫描结果
…
…
图5MnS 夹杂物数量密度
4结论
(1). 低级别管线钢J55板卷夹杂物主要为MnS 和CaO-Al 2O 3-CaS 复合夹杂，CaO-Al 2O 3-CaS 复合夹杂
尺寸较小难以影响冲击性能，大尺寸MnS 夹杂对冲击性能有明显影响。
(2). 降低S 含量和增加Ca/S 比能够改善冲击性能，当S 含量<0.0040%或Ca/S 比>0.5，能够有效抑制
MnS 析出，从而有效改善冲击性能。
(3). 将条串状MnS 夹杂控制在90μm 以内，MnS 夹杂物对冲击性能的影响将会明显减小。
参考文献
[1] 于秀娥，吕丹，杨承波，陈洪凯．管线钢冲击性能的实验研究.鞍钢技术[J]．2007：34．
[2] 陈向阳，战东平，董杰，王博．X60管线钢硫化物夹杂物钙处理技术研究.过程工程学报[J]．2009：32(1)：242．
橡皮弹[3] 唐海燕，李京社，杨树峰．石油套管钢钙处理机理及效果[J]．北京科技大学学报，2009：31(12)：125．
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1.00
2.00
3.00
4.00
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M n S 夹杂物数量密度
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