隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，鋼材的需求量逐漸增加，對鋼材的質(zhì)量要求不斷提高。管線、橋梁、汽車、造船、壓力容器及其他工業(yè)生產(chǎn)用鋼都需要大量的鋼材，且對夾雜物級別的控制也有著較高要求，因此需要加強對鋼材純凈度要求的控制，以提高鋼材的整體質(zhì)量和品質(zhì)。
1、潔凈鋼基本概念
潔凈鋼并沒有明確的定義，也沒有科學(xué)的界定方式。一般情況下，潔凈鋼內(nèi)含有少量的磷、氧、氮、氫以及硫類雜質(zhì)物，因此需要加強對非金屬夾雜物的合理控制，如硫化物和氧化物等。通常情況下，潔凈鋼有以下3 個特點：第一，鋼鐵中含有的氧含量相對較少；第二，所含的夾雜物尺寸和數(shù)量控制在理想范圍內(nèi)，且雜質(zhì)物的分布情況良好；第三，脆性夾雜物的含量極少。因此，想要提高純凈鋼鐵的質(zhì)量品質(zhì)和性能，需要具備良好的純凈化技術(shù)，同時加強對先進設(shè)備和先進技術(shù)的引進工作。從20 世紀80 年代初期開始，在連鑄鋼、煉鋼以及精煉的生產(chǎn)活動中，純凈化技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了鋼的潔凈度。2000 年左右，日本生產(chǎn)的潔凈鋼包含的有害元素數(shù)量占比僅有0.005%；我國寶山鋼鐵股份有限公司所生產(chǎn)的潔凈鋼，也將有害元素控制在0.008% 左右。現(xiàn)階段，隨著交通建設(shè)、國防建設(shè)以及特種建設(shè)等方面對鋼材的要求越來越高，對潔凈鋼的要求也越來越高，因此要求鋼企不斷提升潔凈鋼的潔凈程度。
2、鋼中夾雜物的危險分析
鋼中的夾雜物以氧化物、硫化物以及氮化物等多種非金屬化合物的形式存在，導(dǎo)致鋼材結(jié)構(gòu)不均勻。此外，由于夾雜的幾何形狀、化學(xué)成分、物理性能等因素的影響，導(dǎo)致鋼材的力學(xué)性能和疲勞性能下降。
2.1 氧化鋁夾雜物
Al2O3是鎮(zhèn)靜鋼中對鋼性能影響最大的一種氧化物夾雜，屬于脆性不變形夾雜物，其熱變形與基材有很大差別。在熱加工應(yīng)力的作用下，大量的Al2O3脆性夾雜發(fā)生變形、破碎，形成帶尖角的夾雜物，在基底上形成鏈狀分布。這種堅固而不規(guī)則的Al2O3夾雜物可以在基體上刮出一道裂縫，并在循環(huán)應(yīng)力作用下成為應(yīng)力集中點。
2.2 硅酸鹽夾雜物
在鋼水凝固時，由于溫度過高，一些液態(tài)硅酸鹽沒有及時結(jié)晶，而是全部或部分以過冷液體（即玻璃狀態(tài)）存在。 溫度從800 ℃上升至 1300 ℃時，塑性迅速發(fā)生變化。硅酸鹽和鋁酸鹽夾雜成分比較復(fù)雜，在軋制時仍呈球形。這種夾雜物在低碳鋼尤其是沸騰鋼材中會導(dǎo)致盤條塑化、韌性降低，造成帶鋼剝離。
3、夾雜物的成因與分布
鋼中夾雜物的來源主要有兩種：一是隨著熔煉產(chǎn)生，也就是在出鋼時融入了鐵合金鋼的脫氧劑，以及在澆注時摻雜了鋼液和空氣的二次氧化產(chǎn)物；二是外部引入的各種因素，也就是外來的包體，大多形狀不規(guī)則、尺寸大、分布不均勻。內(nèi)生夾雜物主要在以下條件下發(fā)生。一是冶煉時，脫氧產(chǎn)物不能被完全排除，或者是澆注時溫度降低，繼續(xù)反應(yīng)后產(chǎn)生的脫氧產(chǎn)物在鋼中來不及浮起而殘留，以小質(zhì)點的形式分布在鋼的基體組織，有的聚集成大顆粒（如Al2O3），有的在鋼中呈固溶狀態(tài)（如MnO、FeO），都是造成鑄坯內(nèi)部缺陷和表面裂紋的重要原因。二是出鋼和澆注時，鋼液暴露在空氣中發(fā)生氧化反應(yīng)，氧和鋼中的元素相結(jié)合，生成二次氧化物殘留在鋼中；在連鑄時產(chǎn)生大量夾雜物和疏松缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。鋼液凝固時FeS、FeO 等因鋼液的“選分結(jié)晶”而產(chǎn)生，最后晶粒邊界和樹枝晶之間發(fā)生沉淀。
20 世紀60 年代末，Kohnvertral 進行了一項調(diào)查，連鑄坯內(nèi)夾雜物的來源涉及生產(chǎn)過程中各種渣系問題、接觸高溫熔體的耐火材料以及鋼液和空氣中二次氧化物等。20 世紀70 年代，植田顥冶等通過對連鑄坯的研究，得出以下結(jié)論：中間包鋼液和鋼包鑄流被大氣氧化；鋼包內(nèi)襯滲入鋼液；在結(jié)晶器內(nèi)保護渣進入鋼液。熊井等人認為，大顆粒夾雜物是由耐材侵蝕物質(zhì)和鋼液的氧化形成的。20 世紀80 年代，Byrne、Cramb、Fenide 等人分析了連鑄坯中出現(xiàn)夾雜的原因：在轉(zhuǎn)爐渣進入鋼包時，大的渣滴容易浮出，致使鑄件存在較少的渣珠；吹氬氣流量過大，鋼包中的夾雜物和氧的總量都會增大。陳宏豫指出，在連鑄過程中，大量的外來夾雜物與小顆粒夾雜融合容易形成復(fù)合夾雜。大顆粒夾雜物由鋼包渣、保護渣引起，小顆粒夾雜物由二次氧化引起，而脫氧劑和鋼液與耐火材料進行相互作用后會產(chǎn)生許多復(fù)合夾雜物。（未完待續(xù)）
文章摘自：冶金技術(shù)網(wǎng)
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