夹杂物控制理论

夹杂物控制理论

刘建华、包燕平、崔衡教授北京科技大学冶金工程研究院liujianhua@

纯净钢(purity steel):

当钢中杂质元素对钢的使用性能不存在危害时，这种钢可称为纯净钢。

ΣS+P+N+O+H总和水平：60年代≤900 ppm

70年代≤800 ppm

80年代≤600 ppm

90年代≤100 ppm 2000年后

< 50 ppm

洁净钢(clean steel):

当钢中夹杂物对钢的使用性能不构成危害，这种钢可称为洁净钢。

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，夹杂物越来越少，钢水越来越“干净”，钢材性能不断改善。

由于引入了炉外精炼技术，对于硅镇静钢，钢中T[O]可达15-20ppm，对铝镇静钢，

T[O]可达到<10ppm。而轴承钢T[O]由30ppm已经降到5ppm，疲劳寿命提高了100倍。

钢中T[O]

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:

z超低[C]：如汽车板；

z超低[S]：如输气管线；

z超低[N]：如铁素体不锈钢废气管，冷锻

线棒材；

z超低[P]：如高压容器钢板。

（2）去除夹杂物

z超低[O]：如滚珠钢，汽车板；

z形态控制：如拉拔钢丝，管线钢。

z尺寸、分布控制

（3）成分控制

●化学成分控制在窄的范围，性能均一。

元 素

总 和备 注 厂 家

C O N P S H

埃知钢厂9-12 <50 5-10

新日铁 `10 25 15 25 3 1 69

名古屋厂<30 19 20-30<20 <30 <1.5 90-100

迪林根厂20-3030 10 <1 71

林茨厂 20 24 22 66

中钢公司<25 <11 <30 66

14-1715-2620-3031-42 1 84-1031995年 宝 钢

20-36 15-4019-4413-3520-25<1 88-1801996年 武 钢

最近几年杂质元素含量预测

表2钢中杂质元素含量的预测

C S P O N H总和

6185140.234.2

60.425140.227.6

5510510<136.0

纯净钢除S＋P＋N＋H＋O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、Zn、Sn、Bi、Pb等伴生元素；最近某些钢种对Als、Ti也有很严格的控制要求。

冲压过程中由于夹杂物造成的飞边裂纹

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150μm、60μm CaO-Al

2

O

3

ERW管材 UT缺陷 150μm CaO-Al

2O

3

、群落状Al

2

O

3

镀锡板 炉渣分层400μm、500μ

m

深冲深拉用冷轧钢板 冲压缺陷

夹杂

250μm

400μm

群落状Al

2

O

3

、

CaO-Al

2

O

3

、

CaO-SiO

2

-Al

2

O

3

- Na

2

O

UO 管材 UT缺陷 200μm CaO-Al

2O

3

、群落状

Al

2O

3

、MnO-SiO

2

-Al

2

O

3

品 种用 途用户要求生产目标薄板DI罐防止裂纹D

A

<40μm

超深冲板2.0≤ r ≤3.0，非常薄

较高抗拉强度

D

i

<40μm

防止碳化物、氮

化物的析出

汽车轮箍防止勾形裂纹D

A

<100μm

汽车轮盘极好的穿孔性能D

M

<20μm

门窗框架防止冲压时产生裂纹D

A

<20μm

护板

防止酸浸颜色不同

防止加工时产生裂纹

D

A

<5μm

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D

A

<15μm

丝抗疲劳钢丝高抗拉强度防止冲压时断裂T[O]<10 ppm 弹簧高强度，疲劳寿命长减少非塑性夹杂

注：D

A 为Al

2

O

3

直径，D

M

为MnS 直径，D

i

为所有夹杂物直径。

高附加值产品对洁净度要求：T[O]要低<20ppm；

夹杂物数量要少；

夹杂物尺寸要小<50µm；

夹杂物形态要合适。

•纯净钢或洁净钢是一个相对概念；

•某一杂质含量降低到什么水平决定于钢种和产品用途；

•有害元素的降低的程度决定于装备和工艺现代化水平；

•不管生产什么用途的钢，均要求钢中夹杂物数量、尺寸、形态得到控制。