S45C是一種中碳含硫含鋁鋼，因其在強(qiáng)度、延展性和成本方面的優(yōu)異表現(xiàn)而被廣泛用作汽車、造船和建筑行業(yè)零部件的結(jié)構(gòu)材料。S45C鋼的冶金質(zhì)量直接影響這些零部件的使用壽命和安全性，因此該鋼種需要具備良好的潔凈度和鑄坯質(zhì)量。S45C鋼在冶煉過程中通常采用鋁脫氧工藝，因而很容易形成Al2O3或者鎂鋁尖晶石（MgO·Al2O3） 類型的高熔點(diǎn)硬質(zhì)夾雜物，這些夾雜物不僅會(huì)降低鋼液潔凈度，還會(huì)誘發(fā)連鑄水口結(jié)瘤，影響生產(chǎn)順行。同時(shí)這類夾雜物還可能作為裂紋源損害鋼材的疲勞壽命與加工性能。為改善Al2O3夾雜問題，工業(yè)上常采用鈣處理工藝將其轉(zhuǎn)化為低熔點(diǎn)鈣鋁酸鹽（如12CaO·7Al2O3），然而對(duì)于含硫鋼，鈣處理不當(dāng)又會(huì)導(dǎo)致CaS形成，同樣可能誘發(fā)水口結(jié)瘤和軋材表面缺陷。因此，這類含硫含鋁鋼的生產(chǎn)難度大，尤其是合理的鈣處理制度異常關(guān)鍵。
針對(duì)含鋁含硫鋼，WANG W J 等開發(fā)了預(yù)測(cè)模型研究鈣處理對(duì)夾雜物改性效果的影響，表明控制鈣含量在合理范圍有利于Al2O3夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)鈣鋁酸鹽，而加入過量鈣會(huì)導(dǎo)致固態(tài)CaS或CaO夾雜物形成。模型同時(shí)研究了全氧（T[O]）和全硫（T[S]）含量對(duì)夾雜物液態(tài)窗口的影響，以及w(T[S])/w(T[O])的比值和鋼中夾雜物的關(guān)系。YOSHIOKA T 等研究了高硫鋼中CaS的來源，認(rèn)為其主要來源于夾雜物中CaO和鋼水中硫的反應(yīng)以及鋼水中溶解鈣和硫的反應(yīng)，BAI X F等認(rèn)為含鋁含硫鋼中CaS和鈣鋁酸鹽的復(fù)合夾雜物主要是在中間包中形成的，是由于改性良好的鈣鋁酸鹽表面為CaS的析出提供了有利位置。
針對(duì)含鋁含硫鋼可澆性的改善，董大西等將高端齒輪用鋼轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)的Al-Si脫氧方式優(yōu)化為Al-Si-Al脫氧方式，并結(jié)合專用造渣技術(shù)的開發(fā)和鈣處理工藝，成功將大尺寸Al2O3夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的MgO·Al2O3鋁鎂尖晶石及MgO-Al2O3-CaS復(fù)合夾雜物，從而顯著改善了連鑄可澆性。翟萬里等對(duì)含硫含鋁齒輪鋼采用弱脫氧工藝，將喂硫線前鋼水鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.012%以下，并保證溶解氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.0007%以上來抑制鋼液中CaS生成，從而減輕水口結(jié)瘤。胡永才等在冶煉含硫含鋁鋼的工藝實(shí)踐中，通過在LF離站時(shí)控制鋁含量在規(guī)格上限，同時(shí)在鋼液真空循環(huán)脫氣（Ruhrstahl-Heraeus法，RH法） 工序后進(jìn)行鈣處理，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)大Ca-Al系夾雜物液態(tài)窗口的目的，從而提高了連鑄可澆性。針對(duì)含鋁含硫鋼中MnS 夾雜的控制，單巖磊等通過降低鋼水硫含量和上臺(tái)溫度、穩(wěn)定鋼水鈣含量、優(yōu)化鋼水二冷模型和輕壓下模型等方式，減少S45C鋼中MnS形成數(shù)量。
盡管針對(duì)含鋁含硫鋼中的夾雜物已有相關(guān)研究，但不同鋼種的成分、生產(chǎn)工藝、裝備和生產(chǎn)條件各不相同，夾雜物的特性和形成機(jī)理也不盡相同。
國(guó)內(nèi)某鋼廠在生產(chǎn)S45C鋼的過程中不時(shí)出現(xiàn)鋼水潔凈度不良（夾雜物數(shù)量多、評(píng)級(jí)高）、連鑄水口結(jié)瘤的問題，且鋼中Ds類大顆粒夾雜物不能完全滿足下游用戶要求，用戶反饋主要是鈣鋁酸鹽、鎂鋁尖晶石和硫化鈣類夾雜物超標(biāo)，因此急需提升S45C鋼的冶金質(zhì)量，為此本文首先通過全流程取樣系統(tǒng)地研究了該鋼種冶煉過程中夾雜物的尺寸、形貌以及化學(xué)成分的演變規(guī)律，分析了現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件下影響S45C鋼潔凈度的原因，然后結(jié)合熱力學(xué)計(jì)算分析了夾雜物的形成機(jī)理并提出改進(jìn)措施，以期為該鋼種后續(xù)工藝優(yōu)化與質(zhì)量提升提供指導(dǎo)。目前針對(duì)該鋼種潔凈度方面的研究報(bào)道很少。
1 生產(chǎn)工藝與研究方法
1.1 S45C鋼的生產(chǎn)工藝
S45C鋼的生產(chǎn)工藝流程為：鐵水預(yù)處理→150 t EAF→LF→VD→Ca處理→S處理→160mm×160mm方坯。電爐出鋼氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制為0.03%左右，出鋼過程中加入部分石灰、鋁粒和爐渣進(jìn)行脫氧、造渣、合金化。LF進(jìn)站前再加入石灰、鋁渣和鋁粒進(jìn)行脫硫脫氧，LF進(jìn)站后補(bǔ)入鋁粒使率質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于 0.030%。
VD破空后先喂鈣線改性Al2O3夾雜，間隔一段時(shí)間后喂鋁線、碳絲和硫線，軟吹15min后進(jìn)行澆注。鋼的目標(biāo)化學(xué)成分見表1。
1.2 取樣和研究方法
鋼水取樣步驟如圖1所示，生產(chǎn)中分別在電爐冶煉終點(diǎn)（electric arc furnace endpoint，EE）、LF進(jìn)站（ladle furnace station entry，LF1）、LF終點(diǎn)（ladle furnace endpoint，LF2）、VD破空（vacuum degassing vacuumbreaking，VD1）、VD吊包（vacuum degassing ladle transfer，VD2）、中間包穩(wěn)態(tài)澆鑄階段（tundish，TU）用自制吊桶取樣器取鋼水樣，并取其鑄坯（billet，BI）進(jìn)行分析 ；同時(shí)分別在電爐冶煉終點(diǎn)、LF進(jìn)站、LF終點(diǎn)、VD破空時(shí)取精煉渣樣品。樣品加工示意如圖2所示，分別在鋼水樣和鑄坯樣上取金相樣（10mm×10mm×10mm）和氧氮棒（Φ5mm×60mm）。由圖 2 (b)可知，鑄坯中4個(gè)金相樣的取樣位置從上至下依次為內(nèi)弧1/4處（P1）、內(nèi)弧1/2處（P2）、中心處（P3）、外弧1/4處（P4）。分析時(shí)先將金相樣鑲嵌到導(dǎo)電樹脂中，打磨拋光表面后再對(duì)夾雜物進(jìn)行分析。使用EVO-18掃描電鏡（SEM, ZEISS EVO18, 德國(guó)）觀察分析S45C鋼冶煉過程鋼水樣中非金屬夾雜物的形貌和尺寸并用能譜儀（energy dispersive spectrometer，EDS ）分析成分。S45C鋼鑄坯樣則通過夾雜物自動(dòng)分析系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)鋼中夾雜物的尺寸（大于1 μm）、成分等信息，每個(gè)樣品的檢測(cè)面積為25mm2。氧氮棒需先將表面打磨光滑，然后切成若干小段，放入酒精中用超聲波儀清洗10min，吹干后用ONH836氧氮分析儀檢測(cè)鋼中T[O]含量和氮含量。將精煉渣研磨成粒度小于0.074mm的粉末后用XRF分析其化學(xué)成分，鋼樣的鈣含量由ICP-AES (NCS 檢測(cè)技術(shù)公司, 中國(guó))檢測(cè)，其余化學(xué)成分用直讀光譜儀ARL8860（美國(guó)）檢測(cè)。
2 結(jié)果分析與討論
2.1 鋼成分變化
S45C鋼過程樣的化學(xué)成分見表2。
2.2 冶煉過程爐渣成分和鋼中氧氮含量分析
S45C鋼不同工位爐渣成分變化見表3。電爐出鋼時(shí)渣的氧化性較強(qiáng)，w((FeO)+(MnO))＞30%。精煉過程經(jīng)過脫氧，精煉渣的氧化性明顯降低。LF進(jìn)站時(shí)渣中ω((FeO)+(MnO))=1.71% ，終點(diǎn)ω((FeO)+(MnO))=0.94%。VD破空后精煉渣氧化性低于1%。精煉過程渣的堿度R約為3左右，鈣鋁比[ω((Ca))/ω((Al))] 為1.4~1.6。
為了評(píng)價(jià)精煉渣的熔化性能，使用FactSage8.3熱力學(xué)軟件計(jì)算了MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為6%、8%和10%時(shí)的CaO-SiO2-Al2O3三元相圖，并將檢測(cè)到精煉不同時(shí)刻（LF進(jìn)站、LF終點(diǎn)、VD破空）的爐渣成分投影到相圖中，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，爐渣成分在相圖中的分布非常集中，進(jìn)一步說明精煉過程爐渣的控制較為穩(wěn)定。同時(shí)精煉渣成分均落在1600℃液相區(qū)間內(nèi)，說明精煉渣的熔化性和流動(dòng)性均比較好，這有利于精煉渣更好地覆蓋鋼液面，吸收夾雜物并保護(hù)鋼液不被二次氧化。
鋼中的T[O]含量是衡量鋼水潔凈度的重要指標(biāo)，在一定程度上可以反應(yīng)鋼中氧化物夾雜水平。全流程各工位T[O]含量和氮含量變化如圖4所示。由圖4可知，LF從進(jìn)站（LF1）到終點(diǎn)（LF2），鋼中T[O]含量明顯降低，而氮含量增加，主要是由于LF精煉過程中電弧電離空氣中的氮?dú)庠斐?。在?jīng)過VD處理后，鋼中T[O]含量和氮含量均明顯降低。從VD破空（VD1）到VD吊包（VD2）經(jīng)歷了15min的軟吹，此過程中T[O]含量和氮含量沒有明顯變化，但到中間包階段（TU），鋼中T[O]含量和氮含量均有所增加，尤其是氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至0.00126%以上，說明澆注過程中因?yàn)殇撍Ｗo(hù)不到位或者中間包流場(chǎng)不合理，出現(xiàn)了二次氧化現(xiàn)象。
2.3 冶煉過程鋼中夾雜物變化
2.3.1 冶煉過程鋼液中夾雜物的類型及形貌
S45C冶煉過程鋼中典型夾雜物形貌和成分如圖5所示。需要說明的是，在夾雜物分析過程中發(fā)現(xiàn)LF精煉階段和VD處理階段鋼液中的夾雜物含有鋯元素，這是因?yàn)檫^程取樣器中含有鋯元素 [取樣器成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）： 0.09 C, 0.04 Si, 0.13 Mn,0.014 P, 0.008 S, 1.3 Zr, 0.02 Cr, 0.01 Ni, 0.0010 W, 0.0010 V, 0.01 Mo,0.0015 Ti,0.01Cu, 0.026 Al, 0.002 Sn, 0.001 As, 0.0005 Pb, 0.0014 Sb, 0.0004 B,余量Fe]，其溶解于鋼水所致。因其不是鋼水中固有的元素，因而后續(xù)分析中忽略了鋯元素，將其他元素含量進(jìn)行了歸一化處理。
由圖 5 (a)可知，LF進(jìn)站（LF1）和LF終點(diǎn)（LF2）鋼液中夾雜物主要為Al2O3和CaO-MgO-Al2O3夾雜物。Al2O3夾雜物的形貌呈不規(guī)則長(zhǎng)條形，個(gè)別尺寸達(dá)到80μm。由圖 5 (b)可知，CaO-MgO-Al2O3夾雜物大多呈球形，個(gè)別尺寸達(dá)到50μm。其中Al?O?由精煉初期鋁脫氧產(chǎn)生，CaO由鋼/渣界面反應(yīng)而來，MgO來自爐渣或爐襯。由圖 5 (c)~(e)可知，VD破空（VD1）和VD吊包（VD2）鋼液中夾雜物以形貌呈球形或近球形的CaO-MgO-Al2O3-CaS為主，且存在MgO-Al2O3夾雜。該階段夾雜物尺寸較前面工位明顯減小，為2~10μm，這歸因于VD真空攪拌促進(jìn)了夾雜物碰撞聚合，加速了較大尺寸夾雜物的上浮去除。中間包鋼液中夾雜物主要類型不變[圖 5 (f)]，且伴隨著小顆粒的CaO-Al2O3-CaS夾雜物[圖 5 (g)]。夾雜物中CaS含量較前面工位明顯增加，這是由于VD破空后喂入了硫線以增加鋼的切削性能，硫和鋼水中的鈣反應(yīng)形成了CaS。夾雜物中CaS含量太高將會(huì)導(dǎo)致沒有足夠的CaO去將Al2O3變性成低熔點(diǎn)的12CaO?7Al2O3和3CaO?Al2O3，而更多的是將Al2O3變性成熔點(diǎn)相對(duì)高的CaO?Al2O3、CaO?6Al2O3或CaO?2Al2O3。這些高熔點(diǎn)的鈣鋁酸鹽和CaS均易導(dǎo)致水口結(jié)瘤。
2.3.2 鑄坯中夾雜物數(shù)量、尺寸及形貌變化
鑄坯中夾雜物的自動(dòng)分析掃描結(jié)果如圖6所示，典型夾雜物形貌如圖7所示。由于MnS夾雜物是在凝固過程中析出，且對(duì)疲勞性能危害較小，當(dāng)前用戶并不關(guān)心此類夾雜，因此圖中未展示純MnS夾雜物的數(shù)量。由圖6可知，鑄坯中的主要夾雜物類型為Al2O3-CaS (對(duì)應(yīng)圖中的A-CaS)、MgO-Al2O3-CaS(MA-CaS)、CaO-MgO-Al2O3-CaS(CMA-CaS)、CaO-Al2O3-CaS(CA-CaS)以及CaS，還有少量的Al2O3、MgO?Al2O3和TiN，而在過程樣中檢測(cè)到的CaO-MgO-Al2O3在鑄坯樣中幾乎不存在。這是由于VD破空后喂入了硫線，中間包中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)0.017%，在鑄坯冷卻凝固過程中，鋼液中的硫與夾雜物中的部分CaO反應(yīng)生成CaS，從而將CaO-Al2O3和CaO-MgO-Al2O3類夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)镃aS-CaO-Al2O3和CaS-CaO-MgO-Al2O3類。由圖 7 可知，鑄坯中大部分夾雜物尺寸均不超過5μm，極個(gè)別夾雜物尺寸能夠達(dá)到10μm[圖 7 (d)和(g)]。且CaS類夾雜物以及純CaS夾雜物形貌大多呈近球形，其余夾雜物如Al2O3形貌呈長(zhǎng)方形，CaO-Al2O3形貌呈近球形。
在鑄坯從內(nèi)弧到外弧不同位置處，夾雜物的數(shù)密度和尺寸分布略有不同。內(nèi)弧1/4處和外弧1/4處的夾雜物尺寸大多為[1,2) μm，數(shù)密度分別為12.3個(gè)/mm2和12.9個(gè)/mm2；而內(nèi)弧1/2處和中心處夾雜物尺寸大多為[2,5) μm，數(shù)密度分別為15.1個(gè)/mm2和14.6個(gè)/mm2，且這2個(gè)位置尺寸不小于5 μm夾雜物也比較多，數(shù)密度分別達(dá)到1.5個(gè)/mm2和1.6個(gè)/mm2，這是由于鑄坯這些位置比邊部冷卻得慢，使得夾雜物有時(shí)間長(zhǎng)大。同樣因?yàn)槔鋮s速度的差異，內(nèi)弧1/2處和中心處TiN夾雜物較其他部位多。
2.4 夾雜物生成熱力學(xué)分析
上面的夾雜物檢測(cè)結(jié)果表明，精煉過程中出現(xiàn)的夾雜物主要為CaO-Al2O3-(MgO)，而鑄坯中的夾雜物卻大多含有CaS。為研究這些夾雜物的形成機(jī)理，對(duì)S45C鋼冶煉和凝固過程進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算。計(jì)算使用的軟件是Factsage8.3，選擇Equilib模塊，F(xiàn)actPS、FToxid和FTmisc 數(shù)據(jù)庫(kù)，鋼液基礎(chǔ)成分見表2。
2.4.1 氧、硫含量對(duì)鈣處理區(qū)間的影響
S45C鋼冶煉過程使用鋁進(jìn)行脫氧，其形成的產(chǎn)物是高熔點(diǎn)的固態(tài)Al2O3。如果不進(jìn)行鈣處理，殘留在鋼中的Al2O3很容易堵塞水口，影響生產(chǎn)順行。為此，該鋼廠采用了VD破空后進(jìn)行鈣處理操作，以期將Al2O3轉(zhuǎn)化為煉鋼溫度下呈液態(tài)的12CaO?7Al2O3和3CaO?Al2O3類夾雜。通常把形成液態(tài)夾雜物的鋼水成分和鈣含量范圍叫“液態(tài)窗口”。為探明鋼水中氧、硫含量對(duì)鈣處理效果的影響，依據(jù)實(shí)測(cè)鋼水的氧、硫含量范圍，計(jì)算了1600℃下，w([S])為0.010%、w(T[O])為0.0020%~0.0030%時(shí)夾雜物含量隨鈣含量的變化如圖8所示，w([S])為0.017%、w(T[O])為0.0020%~0.0030%時(shí)夾雜物含量隨鈣含量的變化如圖9所示，其中的陰影部分代表“液態(tài)窗口” 。當(dāng)鋼液中鈣含量較少時(shí)，鋼液中MgO?Al2O3和CaO?2Al2O3夾雜物占主導(dǎo)地位，當(dāng)T[O]含量逐漸增加時(shí)會(huì)出現(xiàn)CaO?2MgO?8Al2O3和少量Al2O3夾雜物；隨著鈣含量增加，這些固態(tài)夾雜物的含量發(fā)生波動(dòng)。當(dāng)鈣含量達(dá)到一定閾值后，液態(tài)夾雜物開始出現(xiàn)并逐漸占據(jù)主導(dǎo)。隨著鈣含量的進(jìn)一步增加，逐漸出現(xiàn)CaS夾雜物。另外，隨著總氧含量增加，鈣處理的液態(tài)窗口范圍擴(kuò)大，夾雜物含量增加，將夾雜物完全轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)夾雜物所需的全鈣含量也隨之增加。即氧含量越高，CaS越不容易形成。
由圖10 (c)可知，在LF終點(diǎn)的鋼液成分體系下（垂直虛線對(duì)應(yīng)位置），主要生成的是MgO?Al2O3固態(tài)夾雜物和CaO-MgO-Al2O3液態(tài)夾雜物。當(dāng)w([S])達(dá)到0.132%時(shí)才會(huì)生成少量的CaS夾雜，實(shí)測(cè)鋼液的w([S])僅為0.013%，遠(yuǎn)低于臨界值，因此夾雜物中并未檢測(cè)到CaS。
由圖10 (d)可知，隨著VD真空處理過程的進(jìn)行，鋼液總氧含量逐步降低，溫度也同步下降，使得生成CaS夾雜物的理論臨界w([S]) 隨之降低至0.012%。此階段鋼液實(shí)測(cè)w([S]) 為0.019%，高于臨界硫含量，因而在此階段的鋼樣中檢測(cè)到大量的CaS類夾雜物[圖 5 (d)和(e)] 。由圖 10 (d)可知，此時(shí)鋼液中存在MgO?Al2O3和液態(tài)夾雜物，與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合。
由圖 10 (e)可知，由于中間包內(nèi)鈣含量上升（w([Ca])=0.0013%）且鋼液溫度持續(xù)下降，使得生成CaS夾雜物的臨界硫含量進(jìn)一步降低，且CaS夾雜物含量進(jìn)一步增加。同時(shí)還伴隨著CaO?2Al2O3夾雜物的生成，其中部分與CaS結(jié)合為復(fù)合夾雜物，因而在中間包鋼液中檢測(cè)到CaO-Al2O3-CaS夾雜物[圖 5 (g)所示] 。
2.4.3 凝固過程夾雜物的轉(zhuǎn)變 在鋼液冷卻凝固過程中，非金屬夾雜物不僅會(huì)發(fā)生相轉(zhuǎn)變，而且還會(huì)與鋼液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致夾雜物的類型和成分發(fā)生變化，因此鑄坯中的夾雜物類型往往更復(fù)雜。為了進(jìn)一步分析S45C鋼液冷卻凝固過程中夾雜物的生成規(guī)律，在未考慮硫元素凝固偏析的情況下對(duì)鋼液凝固過程中夾雜物的生成情況進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果如圖 11 所示。
由圖11 (a)可知，1600℃時(shí)，夾雜物主要以液相形式存在，且存在少量CaS夾雜物；當(dāng)溫度降至1550℃時(shí)，MgO?Al2O3夾雜開始析出；當(dāng)溫度繼續(xù)降至1484℃開始有新相CaO?Al2O3析出，此時(shí)液相夾雜物急劇減少并消失。當(dāng)溫度降至1474℃時(shí)，CaO?Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO?2Al2O3，CaS夾雜含量相比1600℃時(shí)明顯增加；當(dāng)溫度降至1442℃時(shí)，開始析出新相MnS和CaO?2MgO?8Al2O3；當(dāng)溫度降至1390℃時(shí)，MgO?Al2O3夾雜物消失。此后，隨著溫度的繼續(xù)降低，夾雜物種類保持不變。圖 11 (b)為不考慮MnS歸一化后的凝固過程夾雜物平均成分變化。由圖 11 (b)可知，隨著鋼液溫度降低，夾雜物中CaO含量降低，而CaS含量升高，這主要是由于溫度降低，CaO轉(zhuǎn)變?yōu)镃aS。實(shí)測(cè)鑄坯中也主要以CaS和氧化物的復(fù)合夾雜物為主（圖 6），與理論計(jì)算基本吻合。
以上研究表明，當(dāng)體系內(nèi)硫含量超過臨界閾值時(shí)，將導(dǎo)致CaO轉(zhuǎn)變?yōu)镃aS，并生成高熔點(diǎn)的鈣鋁酸鹽和鎂鋁尖晶石，這可能引發(fā)水口結(jié)瘤。結(jié)合熱力學(xué)計(jì)算和試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，提出工藝優(yōu)化建議：適當(dāng)降低鋼液中硫含量（按下限控制）并控制w(T[O])為0.0018%~0.0026%，可抑制鎂鋁尖晶石和CaS夾雜的形成，有望降低水口結(jié)瘤和Ds類夾雜超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。
3 結(jié)論
1）夾雜物的演變路徑為Al2O3→CaO-MgO-Al2O3→CaO-(MgO-)Al2O3-CaS + MgO-Al2O3-CaS。當(dāng)鋼水中有充足的鈣時(shí)，Al2O3夾雜首先被改性為鈣鋁酸鹽類夾雜；當(dāng)喂硫線后，鋼中硫含量增加，此時(shí)硫不僅會(huì)和鋼水中的鈣結(jié)合形成CaS夾雜，同時(shí)會(huì)和夾雜物中的CaO反應(yīng)形成CaS復(fù)合夾雜，因而最終鋼中夾雜物以CaS類為主。它們?nèi)埸c(diǎn)高，澆注時(shí)易誘發(fā)水口結(jié)瘤。若大尺寸的水口結(jié)瘤物掉入結(jié)晶器鋼水中被凝固坯殼捕捉，則會(huì)造成軋材Ds類夾雜超標(biāo)。
2）鑄坯的內(nèi)弧1/4處和外弧1/4處夾雜物尺寸比內(nèi)弧1/2處和中心處夾雜物尺寸小，這由不同部位的冷卻速度差異造成。
3）針對(duì)S45C鋼冶煉過程的熱力學(xué)計(jì)算表明,隨著鋼中總氧含量增加，鈣處理的液態(tài)窗口范圍擴(kuò)大；隨著鋼中硫含量增加，鈣處理的液態(tài)窗口范圍縮小，因而在鈣處理前需對(duì)鋼水進(jìn)行脫硫處理，以降低由硫化鈣和固態(tài)鈣鋁酸鹽造成的水口結(jié)瘤風(fēng)險(xiǎn)。計(jì)算同時(shí)表明,控制鋼中w(T[O])為0.0018%-0.0026%可以抑制CaS和MgO?Al2O3夾雜在1600℃的冶煉溫度下形成。
4）針對(duì)鋼液凝固過程的熱力學(xué)計(jì)算表明，在1600℃時(shí)，夾雜物主要以液相形式存在。但當(dāng)溫度降低至1474℃時(shí)，CaS夾雜數(shù)量明顯增加；隨著溫度進(jìn)一步下降，CaO?2MgO?8Al2O3夾雜物出現(xiàn)。在鋼液冷卻凝固過程中，夾雜物中的CaO會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)镃aS，這也是導(dǎo)致鑄坯中大多數(shù)夾雜物都含有CaS的原因。
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