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钢中氢的危害及去除
近期我公司由连铸坯生产的中厚板,其探伤合格率较低,其中发现探伤不合的炉次中多数氢含量偏高，在铸坯冷凝析出过程中形成氢致裂纹，从而造成板材内部连续组织的破坏，致使探伤不合。溶解于钢中的氢在液态钢中溶解度比固态钢中溶解度高，在钢水凝固过程中会析出，由于氢原子半径小，析出的氢原子在晶界或夹杂物界面扩散和聚集成氢分子，易造成缩孔、铸坯裂纹、皮下气泡以及中心疏松、偏析等, 而未来得及析出的氢气会降低钢的强度、断面收缩率、延伸率和冲击韧性等性能。因此, 把钢中的氢含量降低到最低限度是减少铸坯缺陷, 提高钢的各项性能及探伤合格率的重要手段。本文结合120tVD脱氢工艺进行了研究，通过考察影响VD精炼脱氢的主要因素，并结合实际，对工艺参数进行了优化，取得了良好的脱氢效果，提高了探伤合格率。
1 真空脱氢原理
氢在钢液中的溶解服从平方根定律，氢的溶解反应见下式。 [H]/%(wt)=K■P■■（1）
因此，降低体系的压力，从而使气体的分压降低，就能减小钢液中的溶解的氢气。氢在钢液中的溶解度很小，形成气泡的析出压力远小于其所受的外压力，所以溶解在钢液中的氢气就不能依靠形成气泡的形式排出，而是通过向钢液表面吸附转变为气体分子，再向气相中排出[1]。当钢液中有CO或氩气泡时，溶解的氢气原子也可以向其中扩散，变为气体分子，随气泡排出,从而达到脱氢的目的。
2 影响VD炉脱氢的因素
VD炉精炼过程中影响脱氢效果的主要因素有：钢液原始始氢含量、吹氩流量、真空度及其保持时间、渣层厚度和黏度等。
2.1 原始氢含量的影响
从热力学角度来看, 真空前氢含量越高, 越有利于提高脱氢率。但是初始氢含量太高,将增加VD的脱氢负担, 增加脱氢时间, 因此必须控制钢液的初始氢含量。
原始氢含量主要受炉气和原材料中水分的影响。钢液中的氢含量主要取决于炉气中水蒸气的分压，并且已脱氧钢液比未脱氧钢液更容易吸氢，所以在炼钢还原期、出钢和精炼过程中，因为钢中氧已很低，如果使用未经烘烤的铁合金或未经充分干燥的钢包，以及炉盖漏水等情况出现时，就不可避免的会增加氢的含量。所以生产探伤钢种时候尽量使用正常周转钢包，以及保证精炼炉盖无漏水现象。济钢第三炼钢厂安装的铁合金烘烤已投入使用，从而减少了合金入炉氢含量的影响。
2.2 吹氩流量的影响
吹氩搅拌会加速钢液的流动，使内部的钢液上浮不断更新表面脱氢的钢液，加快了[H]向钢渣界面和氩气泡扩散,极大地改善了脱氢的动力学条件，加速脱氢的进行。同时吹入的氩气泡在上浮的过程中，氩气泡形成微小的真空室，由于其中的氢分压很低，钢液中溶解态的氢不断向其中传递，从而起到脱氢的作用。吹氩强度与脱氢率的关系如图1所示。
图1 底吹氩流量与脱氢率的关系 2.3 真空度和真空时间的影响
根据脱氢热力学分析[2]可知, 在VD 处理过程中抽真空, 降低氢的分压, 有
利于溶解在钢液中的自由氢原子从钢液中排除。而且真空度越小, 越有利于钢中自由氢原子的排除, 也就越有利于降低钢液中的氢含量, 提高脱氢率( 见图2) 。从图2 可以发现, 随着真空度的下降, VD的脱氢率显著上升。济钢三炼钢120TVD设备可以在6分钟以内达到极限真空度67Pa，能够很好的保证真空度满足脱氢率。随着真空度的降低，钢液中脱氢速率逐渐增大，随着氢含量的减少，脱氢速率逐渐降低，一般真空处理15分钟后脱氢速率跟真空时间的关系越来越小（见图3）。所以一般控制真空度67pa以内处理时间15分钟最佳，既可以很好的脱除钢水中的氢，还能减少处理成本和处理周期。
图2 真空度与脱氢率的关系
图３ 真空保持时间与钢液终点氢含量的关系 2.4 渣层厚度和黏度的影响
VD处理过程中，真空脱气的钢水表面上覆盖了炉渣，渣层的厚度和黏度对脱氢有很大的负面影响。增大钢包的渣量和黏度, 不利于提高VD的脱氢率。因此, 要改善VD的脱氢效果, 应控制适当的渣层厚度和黏度。根据生产实际, 确定LF终渣渣层厚度为5～10mm。但是精炼还具有脱S和吸附夹杂的作用，需要增大钢包的渣量来实现。当渣量大渣层厚度增加时候，可以加入萤石化渣，降低渣的黏度，以便[H]的析出。
３ VD真空处理前后脱氢效果
通过控制入炉氢含量和渣量，提高真空下搅拌强度，控制真空度和真空时间可以很好的提高脱氢率，能将钢液中的氢控制在很低的水平。脱氢效果如图4所示。
图4 脱氢效果 4 结论
分析VD真空的脱氢过程，说明VD具有良好的脱氢效果。通过控制钢水初始氢含量、适当的VD渣层厚度、提高吹氩强度，在67 Pa的真空度下保持15min，可以将钢中的ω(H)降到2.0×10－6以下。从而减少了氢对钢板造成的缺陷，提高了探伤合格率。
【参考文献】
［１］黄希祜.钢铁冶金原理[M].2版.北京：冶金工业出版社，1990:222. ［２］张鉴.炉外精炼的理论和实践[M].北京:冶金工业出版社, 1999.