夹杂物控制1A

1、刘建华刘建华冶金学院冶金研究中心冶金学院冶金研究中心L62334993,中非金属夹杂物控制工艺与理论钢中非金属夹杂物控制工艺与理论连铸过程夹杂物控制对策钢中夹杂物检测洁净钢概念连铸坯夹杂物来源与分布结语钢中夹杂物控制原理纯净钢纯净钢 (purity steel):S+P+N+O+H总和水平：60年代 900 ppm70年代 800 ppm80年代 600 ppm90年代 100 ppm2000年后 50 ppm洁净钢基本概念清洁度水平的发展清洁度水平的发展l随着炼钢技术的发展（例如真空技术、钢液吹氩、喷随着炼钢技术的发展（例如真空技术、钢液吹氩、喷吹等炉外精炼技术）和

2、进一步完善（保护浇注、电磁吹等炉外精炼技术）和进一步完善（保护浇注、电磁搅拌技术等），钢中的总氧含量不断降低，夹杂物越搅拌技术等），钢中的总氧含量不断降低，夹杂物越来越少，钢水越来越来越少，钢水越来越“干净干净”，钢材性能不断改善。，钢材性能不断改善。l19702000年钢中年钢中TO演变如图演变如图1.2所示。由于引入了所示。由于引入了炉外精炼技术，对于硅镇静钢，钢中炉外精炼技术，对于硅镇静钢，钢中TO可达可达15-20ppm，对铝镇静钢，对铝镇静钢，TO可达到可达到10ppm。而轴承钢而轴承钢TO由由30ppm已经降到已经降到5ppm，疲劳寿命提高了疲劳寿命提高了100倍，倍，如图如图1.

3、3所示。所示。 19702000年钢中平均年钢中平均TO水平水平 钢中钢中TO与轴承钢寿命关系与轴承钢寿命关系 高纯净钢对炼钢工艺要求:（1）去除杂质元素:l超低C：如汽车板；l超低S：如输气管线；l超低N：如铁素体不锈钢废气管，冷锻线棒材；l超低P：如高压容器钢板。l不同钢种存在不同要求，不是越纯净越好！洁净钢基本概念（2）去除夹杂物l超低O：如滚珠钢，汽车板；l形态控制：如拉拔钢丝，管线钢。（3）成分控制 化学成分控制在窄的范围， 性能均一性。洁净钢基本概念表1国内外一些钢厂生产纯净钢水平（ppm）元 素厂 家CONPSH总 和备 注埃知钢厂9-12505-10新日铁10251525316

4、9名古屋厂301920-3020301.590-100迪林根厂20-303010171林茨厂20242266中钢公司2511306614-1715-2620-3031-42184-1031995年宝 钢20-3615-4019-4413-3520-25188-1801996年武 钢问题：各钢种合理的纯净度标准很难确定2000年后杂质元素含量预测水平如表2：洁净钢基本概念表2钢 中 杂 质 元 素 含 量 的 预 测CSPONH总 和6185140.234.260.425140.227.65510510136.0纯净钢除 SPNHO 五大元素外，随电炉短流程的发展，废钢用量的增加，还包括 Cu、

5、Zn、Sn、Bi、Pb等伴生元素。洁净钢（洁净钢（clean steelclean steel）：）：洁净钢基本概念产品分类钢种代表规格产品材质特性要求清洁度要求薄板DI罐低碳铝镇静钢0.20.3mmt飞边裂纹TO20ppm,D20m深冲钢超低碳铝镇静钢0.20.6mmt超深冲，非时效性表面线状缺陷C20ppm, N20ppm ,TO20ppm,D100m荫罩钢低碳铝镇静钢0.10.2mmt防止图像侵蚀D100m,低硫化导架结构材13%Cr0.150.25mmt打眼加工时的裂纹D100m42Ni D5m， N50ppm中厚板管线钢X5270级低合金钢1040mmt氢引起的裂纹夹杂物形态控制低硫

6、化，S10ppm低温用钢9%Ni1040mmt低温脆化P0.003%,S0.001%抗层状撕裂钢结构高强钢1040mmt层状撕裂低磷化、低硫化无缝管座圈材轴承钢50300mm转动疲劳寿命TO10ppm, Ti20ppm净化管不锈钢10 mm电解浸蚀时表面光洁度TO20ppm, N50ppm D5m棒材轴承轴承钢3065 mm转动疲劳特性TO10ppm, Ti15ppmD15m渗碳钢SCM432、420 疲劳特性、加工性TO15ppm，P0.005%线材轮胎钢丝SWRH72、82B0.10.4 mm冷拔断裂非塑性夹杂D20m弹簧钢SWRSSi-Cr钢1.610 mm0.10.15 mm疲劳特性、

7、残余应变性非塑性夹杂D20m 冲压过程中由于夹杂物造成的飞边裂纹冲压过程中由于夹杂物造成的飞边裂纹 洁净钢基本概念表 4 某些高纯度钢发生缺陷的原因调查 钢 种 产品缺陷 引起缺陷的 夹杂物最小直径 缺陷部位夹杂成分 DI 罐用镀锡板 凸缘裂纹 150m、60m CaO-Al2O3 ERW 管材 UT 缺陷 150m CaO-Al2O3、 群落状 Al2O3 镀锡板 炉渣分层 400m、500m 深 冲 深 拉 用冷轧钢板 冲压缺陷夹杂 250m 400m 群落状Al2O3、CaO-Al2O3、CaO-SiO2-Al2O3- Na2O UO 管材 UT 缺陷 200m CaO-Al2O3、 群

8、 落 状Al2O3、MnO-SiO2-Al2O3 注：表中夹杂物尺寸为板材加工后的夹杂尺寸，推算至铸坯中，约为 5060m。 洁净钢基本概念表 5 日本对各种钢材夹杂物含量和尺寸的要求品 种用 途用户要求生产目标薄板DI 罐防止裂纹DA40m超深冲板2.0 r 3.0，非常薄较高抗拉强度Di40m防止碳化物、氮化物的析出汽车轮箍防止勾形裂纹DA100m汽车轮盘极好的穿孔性能DM20m门窗框架防止冲压时产生裂纹DA20m护板防止酸浸颜色不同防止加工时产生裂纹DA5m管材无缝管防止因氢产生的裂纹全部为球形夹杂棒材轴承滚动接触寿命长DA15m丝抗疲劳钢丝高抗拉强度防止冲压时断裂TO10 ppm弹簧高

9、强度，疲劳寿命长减少非塑性夹杂注：DA为 Al2O3直径，DM为 MnS 直径，Di 为所有夹杂物直径。洁净钢基本概念高高附附加加值值产产品品洁洁净净度度: :高附加值产品对洁净度要求是：l TO要低20ppm；l 夹杂物数量要少；l 夹杂物尺寸要小50m；l 夹杂物形态要合适。洁净钢基本概念钢中夹杂物评价钢中夹杂物评价: 钢中夹杂物检测方法常用评价钢中夹杂物方法： l 金相法； l 电解法； l 硫印法； l 总氧 TO法 l 扫描电镜与能谱分析 1直接方法直接方法l钢样截面上的夹杂物评估钢样截面上的夹杂物评估主要采用以下主要采用以下几种传统几种传统方法直接评估夹杂物，后五种可以测定夹杂物成

10、方法直接评估夹杂物，后五种可以测定夹杂物成分。分。金相显微镜观察：金相显微镜观察： 图像分析：图像分析： 硫印：硫印： 扫描电镜：扫描电镜： 脉冲识别分析光发射光谱测定法脉冲识别分析光发射光谱测定法激光微探针质量光谱分析法激光微探针质量光谱分析法X X射线光电子分光法：射线光电子分光法：俄歇电子分光法俄歇电子分光法阴极电子激发光显微镜法：阴极电子激发光显微镜法： 样品样品Al类夹杂物含量三维图类夹杂物含量三维图 As Cast Nb MapA. J. Couch, R. C. Cochrane, A. Rose0.24-0.2550.225-0.240.21-0.2250.195-0.210.18-0.1950.165-0.180.15-0.1650.135-0.150.12-0.1350.105-0.120.09-0.1050.075-0.090.06-0.0750.045-0.060.03-0.0450.015-0.030-0.0158.75 mmWt% NbAs Cast VS Heat Treated0.24-0.2550.225-0.240.21-0.22