洁净钢与夹杂物

钢中夹杂物的产生与去除途径李振旭钢中夹杂物对钢质量的影响越来越受到重视，怎样减少钢中夹杂物对钢材性能的影响，各大院校、钢铁研究机构有很多研究成果及文献。

生产清洁钢有很多措施与手段，在此不作详细介绍，我想就电弧炉单设备冶炼，结合很多的文献作一下具体分析与验证。

钢中夹杂物的来源无非有两大类：一、外来夹杂。

二、内生夹杂。

外来夹杂是由原材料、炉渣、耐火材料等引起的。

如炼钢的废钢带入的泥沙、铅锌砷锑鉍等，出钢时钢液混渣，炉衬、出钢槽、盛钢桶等耐火材料的侵蚀、冲刷剥离等造成的。

内生的夹杂物是由脱氧产物、析出气体的反应产物构成的。

一般脱氧产物称为一次夹杂。

二次夹杂为钢液从浇注温度下降到液相线，由于温度下降气体的溶解度下降析出而产生的夹杂物。

三次夹杂是金属在固相线下由于结晶而产生的。

四次夹杂是结晶完成后到常温过程中由于发生组织转变而产生的。

由此可以看出钢中的夹杂物大部分是一次夹杂和二次夹杂。

外来夹杂通过现场管理及使用优质耐火材料是可以控制或减少的，三、四次夹杂是无法消除的，故此不做讨论。

重点讨论一二次夹杂的产生与去除。

钢在熔炼的过程中为了去除由原料带入的杂质及有害元素，往往采取氧化法冶炼。

利用碳氧沸腾来增加熔池的动能，通过一氧化碳的排出将熔于钢液中的气体及夹杂物去除，氧化以后钢液得到净化。

但当氧化结束以后，钢液中存在较多的溶解氧及氧化铁，这种钢液在浇注时会因气体含量高而引起冒涨而导致无法使用，那么就要对钢液进行脱氧操作。

目前脱氧主要有沉淀脱氧、扩散脱氧及两种方法结合的综合脱氧法。

硅铁、锰铁是目前最常用的脱氧剂，其他的有铝、硅铝铁、硅锰合金、硅钙合金、硅钙钡、硅铝钡、硅镁、镍镁合金混合稀土等等。

用于扩散脱氧的有碳粉、硅铁粉、硅钙粉、铝粉、碳化硅粉等。

作为沉淀脱氧剂的硅铁、锰铁等直接加入钢液，它的脱氧产物是SIO2和MnO,MnS等，用铝作为终脱氧剂脱氧其产物是AI2O3，其中一部分会上浮排除，当然还会有部分存在于钢液中，造成氧化物夹杂。

超洁净轴承钢中夹杂物与滚动接触疲劳寿命的关系超洁净轴承钢是一种特殊的钢材，其主要特点是具有极高的纯净度和较低的夹杂物含量。

夹杂物是指钢材中存在的各种非金属物质，如氧化物、硫化物和氮化物等。

这些夹杂物对轴承钢的性能和寿命有着重要影响。

因此，研究夹杂物与滚动接触疲劳寿命的关系对于提高超洁净轴承钢的质量和使用寿命具有重要意义。

夹杂物对超洁净轴承钢的影响主要体现在以下几个方面。

首先，夹杂物会降低轴承钢的强度和硬度。

夹杂物存在于钢材的晶界或内部，容易形成应力集中点，使轴承钢的抗拉强度和硬度降低。

这样一来，轴承钢在滚动接触过程中容易发生塑性变形和磨损，从而缩短了其使用寿命。

其次，夹杂物会影响轴承钢的疲劳强度。

夹杂物不仅易使轴承钢表面形成微裂纹，而且在公转过程中还会会加剧裂纹的扩展，从而导致轴承钢的疲劳失效。

所以，夹杂物含量越高，轴承钢的疲劳强度越低，其寿命也相应减少。

此外，夹杂物还会影响轴承钢的粘着磨损性能。

轴承工作时，轴和轴承内圈、外圈之间会出现摩擦，夹杂物的存在会加剧摩擦的强度和程度，导致轴承钢表面出现磨损和腐蚀，从而降低了轴承钢的粘着磨损性能。

为了提高超洁净轴承钢的性能和寿命，我们可以采取以下措施：首先，对于生产过程中容易产生夹杂物的环节，应加强监控和控制。

比如，在熔炼和凝固过程中，加强炉膛和浇注系统的清洁工作，减少夹杂物的生成。

其次，可以采用热处理技术来改善轴承钢的性能。

热处理可以通过固溶、沉淀或相变等方式，使夹杂物发生变化，从而改善轴承钢的结构和性能。

此外，定期进行超洁净轴承钢的检测和评估也是提高使用寿命的重要手段。

通过对夹杂物的含量和形态进行分析，及时发现问题并采取相应的措施，可以有效地延长超洁净轴承钢的使用寿命。

总之，夹杂物与滚动接触疲劳寿命有着密切的关系。

夹杂物的存在会降低轴承钢的强度、硬度和疲劳强度，影响轴承钢的粘着磨损性能。

通过加强生产控制、优化热处理工艺和定期检测评估，可以降低夹杂物的含量和影响，提高超洁净轴承钢的质量和使用寿命。

钢夹杂物危害及应对措施一、前言钢铁业是几乎所有重工业的基础与支柱，在国民经济中的重要性不言而喻。

钢铁材料是人类社会最主要使用的结构材料，也是产量最大应用最广泛的功能材料，在经济发展中发挥着举足轻重的作用。

钢铁材料是人类社会的基础材料，是社会文明的标志。

从纪元年代前后，世界主要文明地区陆续进入铁器时代以后，钢铁材料在人类生产、生活、战争中起到了举足轻重的作用。

一直到今天，钢铁材料的这种作用不但没有减弱，而是在不断增强。

房屋建筑、交通运输、能源生产、机器制造等都是立足于钢铁材料的应用基础之上；钢铁材料是诸多工业领域中的必选材料，既是许多领域不可替代的结构材料，也是产量最大覆盖而极广的功能材料。

钢铁工业长期以来是世界各国国民经济的基础产业，在国民经济中具有重要的地位，钢铁工业发展水平如何历来是一个国家综合国力的重要指标。

洁净钢是一个相对概念，一般认为：洁净钢指钢中五大杂质元素(S 、P 、H 、N 、O) 含量较低,且对夹杂物(主要指氧化物和硫化物) 进行严格控制的钢种, 主要包括：钢中总氧含量低，夹杂物数量少、尺寸小、分布均匀，脆性夹杂物少及其合适的夹杂物形态。

钢的纯净化技术是生产高性能、高质量产品的基础，代表钢铁冶金企业的技术装备水平。

20 世纪80 年代以来，钢的洁净度不断提高。

日本2000年批量生产的洁净钢中，有害元素(P、S、N、O、H) 总量可达0.005 %，中国宝钢可达0.008 %,国内外钢厂生产洁净钢水平见表1 表1 国内外一些钢厂生产的洁净钢水平单位: ×10 - 6随着现代科技的进步和现代工业的发展对钢的质量要求越来越高，钢中夹杂物（主要是氧化物夹杂）严重影响钢材质量，随着洁净钢和纯净钢概念的提出，更是对钢中夹杂物的控制提出苛刻的要求。

钢中夹杂物能降低钢的塑性，韧性和疲劳寿命，使钢的加工性能变坏，对钢材表面光洁度和焊接性能有直接影响。

钢中的夹杂物对于钢材性能影响很大例如钢中夹杂物可导致汽车和电气产品用薄钢板的表面缺陷、DI罐用薄钢板裂纹、管线钢氢致裂纹、轮胎子午线加工过程断线、轴承钢疲劳性能恶化，同时钢中非金属夹杂物对于钢板抗撕裂性能和低温冲击韧性也有不利影响。

洁净钢的成分控制在钢铁冶炼过程中，一部分杂质元素可以去除，但仍有一部分将残留在钢中，这些残余元素的存在是钢材质量产生不稳定的主要因素之一。

在这些元素中，某些残余元素由于易于偏析，即使其含量很低，也对钢材性能产生很强的有害影响。

因此正确认识钢铁产品中残余元素问题，建立洁净钢的概念及其工艺控制是保证现代钢铁工业生产优质钢材的重要前提。

提高钢的洁净度，可以明显改善钢材的机械性能和加工性能。

主要表现在：(1) 洁净度对钢材机械性能的影响降低钢中的S、P、N等的杂质含量，可以明显提高钢材的强度和韧性，如当钢中的[S]≤0.004%时，NiCrMo钢的冲击韧性明显提高；对于AIST4340钢，[P]从0.03%下降到0.003%，室温C型缺口冲击能约提高20%，而对于含B钢，控制[N]≤20ppm，可以获得很高的强度和低温韧性。

对于轴承钢，降低钢中的全氧含量，可以明显提高轴承的寿命。

因此，高质量的轴承钢，要求钢中T[O]≤10×10-4%。

同时，钢中夹杂物的尺寸、分布与性质对钢材的疲劳极限也有很大的影响。

降低钢中夹杂物，有利于提高钢材的疲劳强度。

对于硅钢（Si=3%），降低钢中的S和T[O]的含量（[S] ≤20ppm，T[O] ≤15ppm），可以使无取向硅钢片的铁芯损失降低到2.3w/kg以下。

而降低钢中的[C]和[N]含量，可以提高硅钢片的最大导磁率，降低矫顽力。

(2) 洁净度对钢材加工性能的影响焊接性能是钢材最重要的使用性能之一，降低钢中的含C量或降低钢的碳当量，有利于改善钢的焊接性能。

汽车板、家用电器和DI罐用钢等钢材，不仅要求一定的强度，还要求要有良好的深冲性能，降低钢中C含量，可以明显改善钢的深冲性能。

汽车用高质量IF钢，要求钢中C+N≤50ppm。

此外，生产热轧薄板，必须严格控制钢中大型Al2O 3夹杂物的数量，才能避免轧制过程中产生裂纹，获得良好的表面质量。

如生产0.3mmDI罐用钢板的关键技术是彻底杜绝30~40mm的大型脆性夹杂的出现。

夹杂物相关知识一、目前，国内外无统一的洁净钢或纯净钢的定义，但一般都认为钢的洁净度时指钢中氧化物夹杂的种类。

数量。

尺寸和分布；而纯净度是指钢中有害元素S、P、N、H、O(总氧)的水平。

洁净钢定义为；当钢中非金属夹杂物直接或间接影响产品的生产性能和使用性能时，该钢就不是洁净钢；而如果非金属夹杂物的数量、尺寸和分布对产品性能都没有影响，那么这种钢久可以认为时洁净钢。

二、非金属夹杂物对刚有什么危害？非金属夹杂物能破坏钢基本组织的连续性，能降低钢的力学性能和疲劳性能，使钢的冷热加工性及某些理化指标恶化。

三、分类1、按其来源可分为两大类；（1）、外来夹杂物：这类夹杂物是由耐火材料、炉渣等在冶炼、出钢、浇注过程中进入钢液中来不及上浮而滞留在钢中造成的，外来夹杂物尺寸比较大，故友称粗夹杂，外形不规则，分布也没有规律；（2）、内生夹杂物：溶解在钢液中的氧、硫、氮等杂质元素在降温和凝固时，由于溶解度降低，它们与其它元素化合并以化合物形式从液相或固溶体中析出，最后包含枣钢坯中。

这类化合物称为内生夹杂物，内生夹杂物的颗粒一般比较细小，故又称为细夹杂；外来夹杂物，只要操作正确、仔细，则是可以避免的；内生夹杂物时不可避免的，正确地操作只能减少其数量或改变其成分、大小、及分布情况；我厂做的金相检验中的夹杂物主要时内生夹杂物。

2、按夹杂物尺寸分，钢中夹杂物有不同的分法，一般可分为超显微夹杂物，显微夹杂物和大型夹杂物。

超显微夹杂物是指尺寸小于1um的夹杂物，包括氮化物。

氧化物及硫化物等。

显微夹杂物是指尺寸为1—100um（或1-50um）的夹杂物，主要时外来夹杂物。

3、按夹杂物组成分，钢中夹杂物可分为简单金属氧化物、硅酸盐、钙铝酸盐、和尖晶石夹杂物。

简单金属夹杂物包括FeO-MnO-SiO2.Al2O3。

SiO2.MnO.SiO2.4.非金属夹杂物的分类；用于轧材或铸坯中夹杂物评级的有国家标准评级图。

评级图片是在100倍横向抛光面上面积为0.5mm2的视场。

钢洁净度的评定和控制1前言市场对洁净钢的需求逐年增加，除了要求降低钢中非金属氧化物夹杂含量和控制其形态、化学成分及尺寸分布外，还要求降低钢中杂质元素(如：S、P、H、N、甚至C)和痕量元素(如：As、Sn、Sb、Se、Cu、Pb及Bi)含量。

表1为普通用钢内杂质元素对其机械性能的影响。

钢材中的夹杂物可引起许多缺陷，例如，美国国家钢公司Midwest厂低碳铝镇静钢发生边部裂纹，经鉴定，该裂纹是由脱氧和二次氧化产物Al2O3夹杂、来自中间包覆盖剂的铝酸钙和夹带的结晶器保护渣而引起。

纵向裂纹发生在带钢表面平行于轧制方向，裂纹可导致低碳铝镇静钢汽车板表面缺陷和可成型性问题，正如美国内陆钢公司4号BOF车间和国家钢公司大湖厂多项研究论文所述，钢中的铝酸盐夹杂物来自裹入结晶器的脱氧产物和复合非金属夹杂物。

钢的洁净度取决于钢中非金属夹杂物的数量、形态和尺寸分布，因钢种及其用途不同而定义不同，如表2所示。

由于大型宏观夹杂对钢的机械性能危害最大，其尺寸分布非常重要。

据报道，1kg典型的低碳铝镇静钢含107～109个夹杂物(其中，仅含80～130Lm夹杂物400个，130～200Lm夹杂物10个，200～270Lm 夹杂物少于1个)。

显然，检测少量大型夹杂物是非常困难的。

尽管大型夹杂物在数量上比小型夹杂物少得多，但其总体积分数可能较大，有时一个大型夹杂物能引起整个一炉钢的灾难性缺陷。

因此，洁净钢不仅要控制钢中夹杂物平均含量，而且还要避免夹杂物尺寸超过对产品有害的临界尺寸。

由此，表2中列出了许多钢材对夹杂物最大尺寸的限定值。

夹杂物尺寸分布的重要性在图1中得到了进一步解释。

测试结果表明，大于30Lm的夹杂物由钢包内的1.61×10-4%降到中间包的0.58×10-4%。

因此，尽管钢包内钢水总氧含量稍高且夹杂物总量较多，中间包内的钢水还是较洁净的。

图1钢包和中间包内Al2O3夹杂物尺寸分布非金属夹杂物来源很多，包括：(1)脱氧产物。