目前國內外大規(guī)模生產(chǎn)的IF潔凈鋼中C、S、P、N、H、T.O之和不大于100×10-6,不少冶金學家將超潔凈鋼界定為C、S、P、N、H、T.O質量分數(shù)之和不大于40×10-6,作者認為,針對不同鋼種及要求,采用不同精煉手段,各個突破,可以達到上述潔凈要求。
Kiedssling提出夾雜物“臨界尺寸”的概念,根據(jù)斷裂韌性KIC的要求,夾雜物“臨界尺寸”為5～8μm。當夾雜物小于5μm時,鋼材在負荷條件下,不再發(fā)生裂紋擴展,可將此界定為超潔凈鋼標準之一。
近年來，加拿大Mitchell教授和新日鐵Fukumoto博士提出“零氧化物夾雜鋼”的概念,所謂“零氧化物夾雜鋼”,并非鋼中無夾雜物,而是其尺寸小于1μm,無法用光學顯微鏡觀察到,預示其抗疲勞性能將有大幅度提高。本文分析研究制備“零夾雜鋼”理論依據(jù),提出其制備工藝技術。
1 超潔凈鋼
1.1 超低硫鋼
1.1.1 超低硫鋼的技術要求
硫在鋼中以硫化物(MnS、FeS、CaS等)形式存在,對力學性能的影響是:(1)使鋼材橫向、厚度方向強度、塑性、韌性顯著低于軋制方向(縱向),特別是鋼板低溫沖擊性能;(2)顯著降低鋼材抗氫致裂紋能力,因此用于海洋工程、鐵道橋梁、高層建筑、大型儲氫罐,鋼板[S]≤50×10-6。硫還影響鋼材抗腐蝕性能,用于輸送含H2S等酸性介質油氣管線鋼,[S]降至(5～10)×10-6。此外硫對鋼材熱加工性能、可焊性均發(fā)生不利影響。
1.1.2 生產(chǎn)超低硫鋼的技術
生產(chǎn)超低硫鋼流程:
(1)新日鐵大分廠生產(chǎn)深沖鋼板轉爐流程:
鐵水溝脫硅→鐵水噴粉深脫硫→LBPOB轉爐脫碳→RH2PB循環(huán)脫氣噴粉。
用CaO+CaF2粉劑噴粉,脫硫率達80%,[S]達10×10-6。技術關鍵在于提高轉爐鐵水裝入比,減少鐵水帶入渣。真空噴粉RH-PB或V-KIP可避免鋼水翻騰、氧化與吸氮,但真空設備昂貴。
(2)德國Aosta生產(chǎn)高速鋼、不銹鋼流程:
電弧爐初煉→Iop2VOD脫磷→扒渣→LF升溫脫硫→VD脫氣。
在電弧加熱鋼包中脫硫,若渣系選擇合適,[S]可降至6×10-6。
1.2 低磷鋼與超低磷鋼
由于磷是表面活性雜質,在晶界及相界面偏析嚴重,往往達到平均濃度的數(shù)千倍,因此潔凈鋼要求[P]≤100×10-6,超純凈鋼如[Ni]9%、作低溫儲罐用鋼,[P]≤30×10-6,川崎水島廠生產(chǎn)極低磷低溫容器罐用鋼,在魚雷車內將[Si]脫除[Si]≤0.15%～0.20%,采用Fe2O3-CaO-CaF2系,堿度B=2.5～5.0的渣處理后[P]為0.015%,氧氣轉爐內繼續(xù)脫磷+RH-KPB深脫磷,[P]≤20×10-6。對于含Cr高的不銹鋼及耐熱合金,可用喂線法加入微量Mg和Ca形成Mg3P2和Ca3P2,實現(xiàn)還原脫磷。
1.3 低氮鋼
1.3.1 低氮鋼的技術要求
氮對鋼材的危害是:(1)加重鋼材時效;(2)降低鋼材冷加工性能;(3)使焊接熱影響區(qū)脆化。
新一代IF鋼冷軋板[N]≤25×10-6。厚板為保證焊接熱影響區(qū)韌性與塑性[N]≤20×10-6。高純鐵素體不銹鋼Cr26Mo,鉻很高,鋼液中N溶解度極高,仍要求鋼中[N]≤50×10-6。
1.3.2 生產(chǎn)低氮鋼的技術
V-KIP真空噴粉脫氮,[N]≈35×10-6,繼續(xù)脫氮無效果。
在轉爐、電弧爐氧化期、VOD、AOD脫碳的同時,脫氮效果均非常明顯。張柏汀等提出轉爐脫碳過程中脫氮速度與脫碳速度的關系式,由于吹氧脫碳,產(chǎn)生大量CO,CO氣泡對氮來說是小真空室,所以它能帶走氮,可用西華特定律來解釋。[N]≤30×10-6時仍可進一步脫氮。對高純鐵素體不銹鋼,作者采用VCR精煉冶煉。
——本文摘自《中國金相分析網(wǎng)》
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