目前，隨著鋼鐵市場競爭越來越激烈，客戶對中非金屬夾雜物（簡稱夾雜物）的要求也越來越刻，如一些高級別鋼種中夾雜物評級要求B類+D小于2級以及A類+B類+D類小于4級，根據STME45-05標準，A類（硫化物類）：具有高的延性，有較寬范圍形態比（長度/寬度）的單個灰夾雜物，一般端部呈圓角；B類（氧化鋁類）：大數沒有變形，帶角的，形態比小（一般<3），黑色帶藍色的顆粒，沿軋制方向排成一行（至少有3顆粒）。在B類條狀夾雜物的中心線±15μm范圍的顆粒都視為該夾雜物的一部分；C類（硅酸鹽）：具有高的延展性，有較寬范圍形態比（一般>）的單個呈黑色或深灰色夾雜物，一般端部呈銳；D類（球狀氧化物類）：不變形，帶角或圓形的，態比小，黑色或帶藍色的，無規則分布的顆粒。多研究者和鋼鐵企業對中厚板管線鋼夾雜物的控研究結果表明，中厚板管線鋼夾雜物控制由最初熔點的Al2O3、MnS和鎂鋁結晶石類夾雜物經鈣處的發展轉化為鈣鋁酸鹽類夾雜物，同時近年來隨一些高品質管線鋼的生產，使得很多鋼鐵企業管鋼中夾雜物控制策略開始向復合夾雜物控制策略展。鋁脫氧鋼產生的復合夾雜物中包含高熔點的鎂鋁酸鹽類夾雜物的復合、高熔點和低熔點夾雜的復合、CaS與上述夾雜物的復合以及CaS—CaO夾雜物的復合等。但這些研究者和鋼鐵企業對于厚板管線鋼夾雜物控制理論沒有統一的結論，只各自提出了夾雜物的控制策略。目前，國內很多鋼鐵企業夾雜物控制水平還達不到上述要求，也沒有形成明確的夾雜物控制方向和策略。為此，本文對夾雜物控制策略進行了探索研究，以期為鋼板的生產和研發儲備奠定基礎，也為夾雜物控制理論和控制策略做好研究基礎。
工藝路線
本文對同一廠家生產的不同規格中厚板管線鋼進行夾雜物跟蹤檢驗和分析研究，由于除部分廠家抗HIC（抗氫致裂紋）管線鋼除外，大多數廠家在不同規格高級別管線鋼夾雜物控制上比較類似，故選取以X65管線鋼（厚度為14.1mm）和X80管線鋼（厚度為16.3mm）為代表的中厚板管線鋼進行夾雜物對比研究。其中，X80管線鋼采用雙聯工藝生產，X65管線鋼采用單聯工藝生產。雙聯工藝為鐵水預處理—轉爐—LF爐精煉—RH真空處理—鈣處理—軟吹—板坯連鑄；單聯工藝路線為鐵水預處理—轉爐—LF爐精煉—鈣處理—軟吹—板坯連鑄。出鋼采用鋁脫氧，在LF爐精煉完成深脫硫，RH精煉完成脫氣處理和夾雜物去除，并采用鈣處理對夾雜物進行形態控制。
研究方法
利用掃描電鏡（SEM）和能譜分析儀（EDS）對鋼板試樣進行檢驗和分析，采用CaO—MgO—Al2O3三元相圖和CaO—Al2O3—CaS三元相圖表示不同階段夾雜物。再將由EDS分析得到的夾雜物中鈣、硫和錳等元素含量折算為氧化物和硫化物含量時采用了以下方法：首先將鈣與硫結合，計算出CaS含量。如硫與鈣結合后硫有富余，則將剩余的硫與錳結合為MnS；如鈣與硫結合后鈣有富余，則將剩余的鈣與氧結合為CaO。
夾雜物成分控制探討
采用雙聯工藝生產的X80管線鋼中夾雜物主要為鈣鋁酸鹽，存在形式為鈣鋁酸鹽被CaS包裹或鎂鋁結晶石被CaS包裹。大多數夾雜物尺寸為5—20μm，B類夾雜物尺寸最大達到110μm，同時存在少量最大尺寸達30μm的Ds類夾雜物。B類夾雜物均為復合夾雜物，夾雜物的類型為高熔點鈣鎂鋁酸鹽和低熔點鈣鎂鋁酸鹽的結合體或為鈣鎂鋁酸鹽和CaS的結合體。
X80管線鋼中夾雜物成分在低熔點區域較多。夾雜物由高熔點夾雜物和低熔點夾雜物組成時，軋制后容易形成大型的點鏈狀和條串狀的B類夾雜物，或者夾雜物中低熔點成分所占比例較大時，也會延展成B類夾雜物，導致夾雜物含量超標，因此夾雜物要控制為成分單一的夾雜物。
采用單聯工藝生產的X65管線鋼中夾雜物，主要為鈣鋁酸鹽且以高熔點為主，也有少量的低熔點鈣鋁酸鹽類夾雜物，存在形式為鎂鋁結晶石或被CaS包裹的鈣鋁酸鹽。多數夾雜物尺寸為5—20μm，B類夾雜物尺寸最大達到60μm，同時存在少量的最大尺寸為20μm的Ds類夾雜物。B類夾雜物成分均為高熔點的鈣鎂鋁酸鹽與少量的CaS。
綜上所述，采用單聯工藝生產的X65管線鋼中夾雜物將尺寸控制在小于2級對鋼板的力學性能影響較小，超聲波探傷合格。
本文采用兩種工藝生產不同規格的管線鋼，夾雜物控制思路不同，夾雜物的類型也不同，成分分布相差很大，但均同時滿足了探傷和力學性能等要求，說明對于夾雜物的控制，單純的工藝路線選擇并不是控制的關鍵，而選擇哪種工藝路線應針對不同的工裝設備和不同的條件而定。從X80管線鋼和X65管線鋼中夾雜物成分、數量和尺寸對比可以看出，夾雜物控制的核心是夾雜物的數量和尺寸。
夾雜物形狀控制探討
夾雜物在形狀上控制也很關鍵，尤其軋制對夾雜物的形狀影響很大，因此必須在精煉過程中對夾雜物的形狀進行控制，去除X65管線鋼和X80管線鋼中條串狀夾雜物。當夾雜物尺寸較小時，夾雜物在軋制過程中不變形或者輕微變形，但當夾雜物尺寸較大后，部分夾雜物容易被軋成長鏈狀而向夾雜物尺寸超標發展，因此應將夾雜物尺寸控制在較小范圍內（不大于15μm），以利于鋼板的各向異性控制要求。
成分較單一的夾雜物相對來說更容易保持球形或類球形，而較明顯的復合夾雜物，尤其是高熔點和低熔點的復合夾雜物、變性未完全的夾雜物（如以鎂鋁結晶石為核心的鈣鋁酸鹽類夾雜物）或未被完全包裹的夾雜物（如CaS包裹未完全的復合夾雜物），則更易被軋制為點鏈狀或條串狀，在保證較好的潔凈度的前提下，單一成分的球形或類球形夾雜物在軋制過程形成B類夾雜物較少。因此，夾雜物的形狀控制應為單一成分的球形或類球形的夾雜物，以減少在軋制之后B類夾雜物出現夾雜物超標的現象。
綜上所述，采用不同工藝生產的管線鋼中夾雜物成分相差較大，但均能滿足夾雜物檢驗要求。管線鋼中夾雜物控制策略應為小尺寸、單一成分、軋后為球形或類球形，而夾雜物的成分并不重要。(來源：首鋼）