洁净钢与夹杂物
第二篇洁净钢发展及钢中夹杂物控制
Institute of Ferrous Metallurgy
脱氧产物总结
• 单个脱氧产物的直径一般小于10μm，由于尺寸较小，除非最终产品要求极高， 一般不会危害钢材的使用性能； • 若脱氧产物与炉渣、耐材反应形成大颗粒夹杂，则会对钢材性能产生严重影响。
表 不同钢中发现的典型脱氧产物 钢种 Al镇静钢 Si镇静钢 Ca处理镇静钢 Al镇静钢，有残余Mg 钛处理镇静钢 脱氧产物类型 Al2O3 SiO2 、MnO-SiO2 CaO-Al2O3 MgAl2O4 Al2O3、 TiOx、 TiN 备注 脱氧后在钢液中形成，固态 脱氧或凝固过程中形成，固态或液态夹杂物 与氧化铝反应形成，固态或液态 与氧化铝反应形成，固态 TiOx形成于二次氧化过程， TiN形成于凝固 过程，均为固态夹杂物
2.3 钢种对夹杂物特征的要求
钢种 IF钢 汽车深冲钢板 易拉罐钢 压力容器钢 抗HIC钢（油气管） 管线钢 滚珠轴承 帘线钢 重轨钢 最高纯净度，×10-6 [C]≤30, [N] ≤40, T.O ≤40 [C]≤10, [N] ≤50 [C]≤10, [N] ≤30 [C]≤30, [N] ≤30, T.O ≤20 [P] ≤70 [P]≤50, [S] ≤10 [S]≤30, [N] ≤35, T.O ≤30 T.O ≤10 [H]≤30, [N] ≤40, T.O ≤15 [H]≤2, [N] ≤40, T.O ≤20 最小夹杂物尺寸，μm
图 FeO-MnO-SiO2 三元相图
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钢中夹杂物来源Ⅰ---脱氧产物
• Si+Mn+Al脱氧
• 脱氧产物：
MnO·SiO2
℃ 1150
洁净钢生产工艺及技术概述
1.9L/min，滑板系统 最大6L/min。
– 定期在SEN后方卡门漩涡区产生的下排流。
– 从SEN出口到表面的大的氩气泡。
– SEN出口布流不均匀引起
– 在较高钢通量的情况下，钢水和保护渣之间聚集的泡 沫。
16
炉渣乳化
• 影响卷渣的参数
– Kelvin-Helmholtz不稳定性标准（不同层流之间相对运动波动性）
图12.渣脱氧后ULC钢板表面指数降低
图13.渣脱氧后表面缺陷率降低
25
二次氧化
• 减少中间包覆盖剂引起的二次氧化
B C
产生的液态炉渣会增加对中间包耐火材料的侵蚀
19
炉渣乳化
• 漩涡卷渣
漩涡下排(漩涡型漏斗)和汇流下排(非漩涡型漏斗) 稳态漩涡和非稳态漩涡 表面微凹、表面漩涡、全面发展卷吸空气的漩涡
低流速下，漩涡随着流出速度的增加而达到最大 稳定的高流速下，随着流出速率的增加，熔池临界深度
减小
20
• 漩涡卷渣
炉渣乳化
K-流动能量损失 随着渣钢比率的增加，临界熔池深度增大
• 炼钢过程中，由于钢液或渣对耐火材料的化学或热侵 蚀作用以及固态耐火材料颗粒脱落进入钢液。
• 卷渣产生的夹杂物，渣钢界面上钢水流速较大以及渣 的乳化使液态渣滴卷入钢液。
6
钢中的夹杂物---控制/去除
• 避免生产过程中夹杂物的生成。 • 促使夹杂物向渣/气、钢/渣或钢液/耐火材料界面移
动，使其进一步脱离钢液进入界面并从界面分离。
图8.表面缺陷与结晶器中T[O]之间的 关系
图9.宏观夹杂物数量与T[O]之间的 关系
23
二次氧化
• 渣中FeO含量和厚度的检测
钢中夹杂物的产生与去除途径
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。
洁净钢与夹杂物
洁净钢与夹杂物刘志明 2016年11月8日一 二洁净钢的简介 钢中非金属夹杂物的类型、来源 冶炼精炼连铸过程非金属夹杂物行为演变 洁净钢生产关键技术三 四洁净钢的简介洁净钢的定义1、洁净钢没有固定的定义，因为各个钢种所达到的洁净度是和钢种的用途 相关的，因此钢种不同对洁净度的要求也不同。
2、国外流行的看法是指钢中夹杂物总量或钢中夹杂物含量水平。
Holpapa 把洁净钢狭义地定义为钢中非金属夹杂物的含量，即氧化物、硫化 物的含量。
而纯净钢是指钢中S、P、H、N、O的含量，有时甚至包括钢中碳含量。
Kiessling扩充了洁净钢的概念，把有害的微量元素Pb、As、Bi、Cu、Sn等也包括 在内。
洁净钢也是相对的，而绝对纯净钢是不存在的，洁净钢和纯净钢侧重点不 同。
洁净钢应该根据产品的用途来决定钢的品质，产品的使用性能主要决定于钢的 洁净度水平，主要包括两个方面的内容： 一是钢中杂质元素和有害元素含量要非常低； 二是要严格控制钢中夹杂物的数量和形态、组织、尺寸分布等以满足不同的 使用条件。
要得到更高洁净度的钢产品，需要采用相应先进的工艺设备和工艺技术，进 一步减少钢中有害元素的含量，控制钢中夹杂物。
洁净钢的简介洁净钢的简介 浸入式水口端部堵塞洁净钢的简介 浸入式水口端部堵塞洁净钢的简介中间包水口堵塞洁净钢的简介洁净钢的简介夹杂物引起的缺陷洁净钢的简介夹杂物引起的缺陷洁净钢的简介夹杂物引起的缺陷洁净钢的简介夹杂物引起的缺陷洁净钢的简介夹杂物引起的缺陷洁净钢的简介一 二洁净钢的简介 钢中非金属夹杂物的类型、来源 冶炼精炼连铸过程非金属夹杂物行为演变 洁净钢生产关键技术环节三 四钢中非金属夹杂物的类型、来源为什么要给夹杂物分类？因为夹杂物分类能够帮助我们了解夹杂物形成的 机理，判断其形成原因并使我们能够找到对策以减 少炼钢和连铸中水口堵塞和夹杂物引起的缺陷 。
钢中非金属夹杂物的类型、来源钢中非金属夹杂的来源 钢中非金属夹杂物的来源主要来源有内生夹杂和外来夹杂两部分 组成。
控制钢中夹杂物改善铸坯洁净度
2018年第1期钢铁译文集1控制钢中夹杂物改善铸坯洁净度Improvement of Continuously Cast Slabby Decreasing Nonmetallic InclusionsJunji NAKASHIMA等(日本JF E公司）摘要为了实现高品质板坯生产，以及评估连铸过程中板坯洁净度和中间包内钢水洁净度，本文对影响钢水洁净度的因素进行了分析。
为了保证连铸坯良好的洁净度，必须防止钢包下渣，同时控制中间包卷渣和空气对钢水的二次氧化。
日本新日铁公司使用电磁技术来控制结晶器中钢液的流动，从而使钢水洁净度和铸坯表面洁净度均得到明显改善。
1前言随着客户对产品质量和产品加工性能要 求的越来越严格，炼钢工作者采取一系列措 施来满足客户的要求，如提高钢水洁净度、提 高连铸坯质量等。
非金属夹杂物（以下称为 “夹杂物”)是影响铸坯质量的一个重要问题, 其不仅直接导致产品缺陷，而且会引起水口 堵塞，从而严重影响生产顺行，如结晶器钢水 液位波动以及保护渣的卷入会间接引起产品 缺陷。
洁净钢不仅仅意味着满足客户对产品的 不同的质量特性，还必须满足由于产品用途 不同而对夹杂物尺寸、组成及数量的各种具 体要求。
U ch ib o ri等人将“洁净钢，，与客户要求的 质量特性以及炼钢过程中的质量控制指标结 合起来，并指出：产品质量和产品质量评价方 法与最终产品的用途紧密相关，因此，不同产 品的夹杂物尺寸大小、数量、成分分布等各不 相同，SU:它们与客户的工艺技术条件、产品 评估方法紧密相关。
本文首先介绍了“控制夹杂物”的基本概 念，举例分析了连铸板坯生产过程中影响钢水洁净度的因素，提出来控制夹杂物的技术 措施。
其次详细讨论了电磁力在控制夹杂物 方面的应用、效果以及未来的发展方向。
2控制夹杂物控制夹杂物主要分为两类:i)降低夹杂 物的数量及尺寸大小；2)控制夹杂物的组成 及形态，从而使其实现无害。
方法1)主要用于铝脱氧钢的生产，如轴 承钢、汽车板、镀锡板等需严格控制钢水处理 时间、精炼过程中炉渣成分以及钢水的二次 氧化现象，从而达到控制A1203夹杂物的目 的。
钢的洁净度及控制
钢的洁净度及控制钢的洁净度钢材中的夹杂物可引起许多缺陷，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。
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。
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。
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。
非金属夹杂物来源很多，包括：(1)脱氧产物。
例如低碳铝镇静钢内的主要夹杂物是Al2O3，该夹杂物因钢中溶解氧与加入的脱氧剂(如Al)化学反应而产生，Al2O3夹杂在富氧环境下生成，形状呈树枝状，其中可能也包括一些较小的Al2O3颗粒碰撞聚集物。
(2)二次氧化产物。
例如钢水中残留的[Al]被渣中FeO氧化或暴露在大气中氧化生成Al2O3。
(3)出钢时带入的冶金炉渣。
通常为球形液态夹杂。
(4)其它来源的外来夹杂物。
如飞灰、剥落的耐火砖衬和炉衬颗粒。
这类夹杂物通常尺寸大且形状不规则。
它们常常作为Al2O3非均质形核的晶核并夹带某些颗粒。
(5)化学反应产物。
如用Ca改质处理夹杂物时，反应进行不正常时出现的产物。
控制钢的洁净度贯穿炼钢工艺的各项操作，内容包括：脱氧和合金化的时间及地点、炉外精炼的程度和顺序、搅拌和倒包操作、保护浇铸装置、中间包几何形状及操作、各种冶金熔剂的吸收能力以及浇铸操作。
钢的总氧含量是溶解氧和非金属氧化物夹杂结合的氧之和。
如图3所示，检测到的钢水样内的总氧含量与产品的裂纹发生率明显有关。
尤其是中间包取样成分标志着处理板坯的洁净度。
如日本川崎钢公司要求中间包钢水样T.[O]低于0.003%的条件下，可保证冷轧薄板供货免检;0.003%～0.0055%为要求检验的临界值;0.0055%以上的炉次要改判。
一些钢厂生产低碳铝镇静钢各工序钢中T.[O]控制水平如表3所示。
图2钢中总氧含量和宏观夹杂之间的关系图3中间包内总氧含量与产品裂纹指数间的关系钢洁净度控制钢的精炼和连铸操作严重影响钢的洁净度。
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.
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。
关于钢中非金属夹杂物及有害(2)
各种夹杂物的线膨胀系数（0～800℃）
夹杂物类型 钢基体 硫化物 成分 MnS CaS CaO(Al2O3)6 CaO(Al2O3)2 CaO(Al2O3) 12CaO 7(Al2O3) CaO3(Al2O3) MgO· Al2O3 MnO·Al2O3 FeO·Al2O3 Al2O3 Cr2O3 （Al2O3)2· (SiO2)2 (MnO)2· (Al2O3)2· (SiO2)2 TiN MnO MgO CaO FeO Fe2O3 热膨胀系数 泊松比 12.5 0.29 18.1 0.3 14.7 8.8 5 0.23 6.6 7.6 10.1 8.4 0.26 8 0.25 7 5 0.24 2 9.4 0.192 14.1 0.306 13.5 0.178 13.5 0.21 14.2 12.3 -
硫含量对钢断面收缩率的影响
磷对钢性能的影响
• 钢中磷可以增加钢的强度和硬度、提高抗大气腐蚀能力、改善 切削加工性能、增加钢的脆性、改善钢的流动性等作用，故在 生产低碳镀锡薄板钢、耐蚀钢、易切削钢、炮弹钢及离心铸造 用钢的时候适当增加钢中的磷含量。但是对于绝大多数钢种， 特别是特殊钢来说，磷是有害的元素。 • 磷对钢的危害主要表现为使钢产生“冷脆”现象。实验发现， 随着钢中磷含量的增加，钢的塑性和韧性降低，使钢的脆性增 加，由于低温时脆性增加更为严重，所以称为“冷脆”。 • 造成“冷脆”现象的原因是，磷能显著扩大固液相之间的两相 区，使磷在钢液凝固结晶时偏析很大，先结晶的等轴晶中磷含 量较低，而大量的磷在最后凝固的晶界处以Fe2P析出，形成高 磷脆性夹层，使钢的塑性和冲击韧性大大降低。 • 磷是“易偏析元素”，磷的存在影响钢成分的均匀性，从而影 响钢性能的均匀性。
钢夹杂物危害及应对措施
钢夹杂物危害及应对措施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
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。
纯净钢简介及使用
•
4 行业对纯净钢的要求
• • • • 目前齿轮行业标准已将汽车用齿轮钢的氧含量规定为≤20ppm，而很多采用 LF+VD或LF+RH精炼处理的特殊钢厂家，已可以将齿轮钢的氧含量控制在 15ppm以下（国外一般水平）。 非金属夹杂物中B、D类夹杂对齿轮的疲劳寿命影响非常大，这两类夹杂物也 与氧含量有关，同时与非金属夹杂物的尺寸及分布有很大关系。 目前要求B类夹杂不大于2级，D类夹杂不大于l级。 A类夹杂对齿轮钢的疲劳寿命影响不大，并且随着易切削齿轮的发展，钢中对 硫含量的上、下限都提出了要求，因此齿轮钢今后对A类夹杂的数量、形态及 分布提出要求。 c类夹杂为硅酸盐类夹杂，由于冶炼装备的变化，目前国内大多数特钢厂都可 以达到1级以下的水平。
4 行业对纯净钢的要求
铃木加普腾 OTEVA70SC:在中等高温环境下具有高的抗扑来性能和抗松弛性能
4 行业对纯净钢的要求
4.2 轴承钢
•
轴承钢质量的优劣主要从三个方面来衡量：一是纯净度，即钢中夹杂物的含 量，主要是氧化物的含量;二是轴承钢的均匀性，一般指夹杂物的形态和分布; 三是钢材的表面质量，包括尺寸精度和表面裂纹等。
4 行业对纯净钢的要求
• • 日本大同特钢减少钛系夹杂减轻“疲劳度” 大同特钢生产采用MRAC-SSS工艺生产的高质量轴承钢，其钢中氧含量≤5ppm， 可以低到3.4ppm;钛含量≤5ppm;氮含量≤30ppm，并且可以得到极细小的氧化物 夹杂和钛系夹杂物。采用MARC工艺后，钢中未发现≥7.5μm的Al2O3氧化物夹 杂，并且钢中几乎不存在CaO-Al2O3系夹杂物。钢中钛的夹杂物含量少，尺寸 细小。 采用MRAC-SSS工艺生产的超纯净轴承钢的接触疲劳寿命得到延长，较传统精 炼工艺生产的轴承钢长25%以上！
洁净炼钢的夹杂物特征和质量控制
清 洁炼 钢 工具 和 质量 控 制 同等 重 要 ， 因为在 工 艺过 程 中 ， 通过 钢水 洁净度 的测 量设定 它 们 的标 准 。
过去 经 常采用 多重过 程 中和离 线工具 确定 钢种 的 洁 净度 。先 前 出 版 的 文 献 列 出 了 在 安 塞 乐 米 塔 尔 Ｒ ＆ Ｄ 以及 北美 钢 厂 平 时采 用 的 一 些 技 术 。这 些 技 术包 括采 用 自动扫 描 电子 显 微镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 、 阴极 电子 激发 光显 微镜 （ Ｃ Ｌ Ｍ） 、 脉 冲鉴 别分 析 （ Ｐ Ｄ Ａ） 对钢 水 和炉 渣化 学成 分测量 、 夹 杂物分 析 ， 并 且测 量产 品特
或者 对产 品性 能 的不 利影 响降 至最小 。
采 用 发 射光 谱 仪分 析 棒 状钢 样 化学 组 成 ， 采用 力 可燃 烧分 析仪 分 析 中 间包 或 结 晶器 试 样 中的硫 。 试 样首 先经 发射 光谱 仪 Ｐ Ｄ Ａ分析 夹 杂物 ， 然后 采 用 相 同的光谱 仪分 析 钢水 化 学 组 成 ， 仅 有钙 处 理 钢 种
２ ０ １ ６年第 ４期
现
代
冶
金
２ １
洁净 炼 钢 的夹 杂物 特 征 和质 量 控 制
（ 美国） Ｐ ． Ｋ ａ ｕ ｓ ｈ ｉ ｋ等
摘
要： 为 了适应内外部顾客的需求 ， 提高炼钢 和浇铸过程 ， 包括监测和评价现有和新 开发的钢水精炼 工艺。半成
品的内部质量控制需要一种工具 ， 其与工艺过程反常导致 产 品缺 陷相关 。本 文重点关 注 了采 用的技术 ， 像成 品钢
生 产 过 程 控制 条 件 的必 要 性 所 带 来 的优 点 ， 同时可提高钢材质量。
夹杂物相关知识
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。
洁净钢中微观夹杂物表征技术及应用
区域治理综合信息洁净钢中微观夹杂物表征技术及应用刘树涛山西建龙实业有限公司，山西 运城 043801摘要：洁净钢中的非金属夹杂物（non-metallic inclusion，NMI）主要在炼钢工艺过程中产生，对轴承钢性能有较大危害，因此，分析非金属夹杂物表征技术可以为洁净钢产品工艺控制及新品研发提供参考依据，提高轴承钢质量。
文章主要介绍了洁净钢中微观夹杂物表征技术，并对其具体应用进行了探讨。
关键词：洁净钢；微观夹杂物；表征技术；应用现阶段，钢铁材料对服役性能的要求日益严苛，而钢中存在的非金属夹杂物，会破坏基体的连续性，导致服役性能恶化，因此，钢铁材料的材质向洁净化发展，即减少钢中的夹杂物总量、降低钢中的总氧量。
现代高质量轴承钢都是洁净钢，其总氧含量不超过10×10-6（质量分数），而国外一些先进钢铁企业的轴承钢产品，其最高洁净度甚至在4×10-6-6×10-6左右。
为在洁净轴承钢低氧含量水平下，进一步提高轴承钢的服役性能，就要加强对钢中稀少夹杂物的定量表征。
一、洁净钢中微观夹杂物的表征技术1洁净钢中微观夹杂物的来源根据洁净钢中的非金属夹杂物的来源，可以分为内生夹杂物和外来夹杂物，内生夹杂物是指钢在浇注与凝固过程中的反应产物、钢中杂质脱氧产物、氧化的产物和因溶解度下降的析出物等；外来夹杂物是混入的炉渣、原材料带入的杂质或者炉衬与浇注设备的耐火材料等。
2洁净钢中微观夹杂物表征技术2.1间接分析NMl表征方法很多，针对洁净钢中的非金属夹杂物，按照分析手段可以分为直接分析和间接分析，间接分析需要依据大量数据，还需要丰富的生产经验，虽然实用性较强，但通常需要辅以其他检测手段来帮助判断。
，其准确性有待提高，主要包括以下8种：①总氧：因钢中自由氧含量变化不大，可以根据总氧含量判断氧化物夹杂的总数量；②溶铝：对于低碳铝镇静钢，溶解铝减少反映二次氧化，间接考量氧化铝夹杂；③吸氮：吸氮量用作总氧量、钢的洁净度和来源于二次氧化夹杂物的间接衡量；④钢渣：通过渣中元素含量对比夹杂物成分，或者分析钢渣成分变化估算渣吸附夹杂物情况，将复合氧化物夹杂与钢渣联系起来；⑤耐材：分析内衬耐火材料成分变化，估计夹杂物吸附于内衬以及内衬侵蚀情况；⑥水口：根据水口堵塞情况粗略判断钢的夹杂物含量多少；⑦统计：根据夹杂物统计信息，通过建立经验模型，预测夹杂物含量；⑧示踪：利用示踪剂存在与否，判断夹杂物来源。
连铸过程钢中非金属夹杂物控制
连铸过程钢中非金属夹杂物控制1.洁净钢概念2.钢中夹杂物控制原理3.连铸坯中夹杂物来源与分布4.连铸过程夹杂物控制对策5.结语1. 洁净钢基本概念纯净钢(purity steel)ΣS+P+N+O+H总和水平：60年代≤900ppm70年代≤800ppm80年代≤600ppm90年代≤100ppm2000年后 < 50ppm高纯净钢对炼钢工艺要求:（1）去除杂质元素●超低[C]：如汽车板；●超低[S]：如输气管线；●超低[N]：如铁素体不锈钢废气管，冷锻线棒材；●超低[P]：如高压容器钢板。
（2）去除夹杂物●超低[O]：如滚珠钢，汽车板；●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。
国内外一些钢厂生产纯净钢水平如表1：2000年后杂质元素含量预测水平如表2：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。
洁净钢（clean steel）：钢中非金属夹杂物总量、形态和尺寸。
它决定于钢种和产品用途。
不同用途的产品对钢中洁净度要求如表3。
钢的清洁度与产品制造和使用过程中所出现的众多缺陷密切相关，一些厂家对某些高纯度钢种发生缺陷所作的调查如表4所示，可以看出钢中的夹杂物尤其是大颗粒夹杂物是引起产品缺陷的主要原因。
日本一向对钢材质量有着严格的要求，最近日本夹杂物委员会提出的不同成品对钢中夹杂物含量及尺寸的要求如表5所示。
A23M i高附加值产品洁净度:高附加值产品对洁净度要求是：●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。
由上述讨论，可得出以下认识：●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，总是要求钢中夹杂物数量尺寸、形态得到控制。
高洁净特殊钢中铝稀土夹杂物形成机理
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谢谢各位！
17
1.083 3.771 3.528 7.853
4
化学分析结果(%)
炉号 T[O] Si
Mn
Al
N
RE
1 0.0014 0.20 0.40 0.024 0.0041 0.00080
RE收得率(%) 8
RE/T[O] 0.58
2 0.0010 0.38 0.40 1.14 0.0026 0.0020
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高洁净特殊钢中 铝酸稀土夹杂物形成机理
报告人：杨晓红(北京科技大学)
1
研究背景和意义
• 轴承钢中氧含量的高低严重影响轴承钢的疲劳寿命， T[O]越高,疲劳寿命越低。为了降低钢中氧含量，在实 际氧生化产物中夹常杂用，铝 这脱种氧硬，脆在性铝夹镇杂静严钢重中影，响轴Al2承O钢3是的主疲要劳的 寿命，如何进一步提高钢的使用性能，把残留在钢中 的工A作l2者O所3转关变注为的硬研度究较。低日，本塑相性关较专好利的文夹献杂已成有为了了稀冶土金 使的A冶l2金O工3变艺质还形未成见硬到度报较道低。REAlO3的报道，而其相关
15
结论
• 稀土在洁净轴承钢中能变质氧化铝夹杂生成铝酸稀土， 能否生成与钢中RE/T[O]比值密切相关，RE/T[O] 过高 或过低均不能生成REAlO3.
• RE含量很低时，钢中的夹杂物仍为氧化铝和硫化物， RE含量高时，钢中的夹杂物主要是铝酸稀土和稀土硫 氧化物。
• 热力学计算表明稀土变质氧化铝生成稀土铝酸盐的原 理是：
(5)
14
• [Ce] + Al2O3(s) = CeAlO3(S) + [Al] (4)
002-洁净钢与夹杂物(张立峰-王新华)
th
61)
所示。
Start of RH End of RH Tundish Slab
1
0.1 50-80 80-90 90-140 140-220 220-300 >300
Inclusion diameter (m)
图9 外来夹杂物有以下共同特性：
连铸板坯中大型夹杂物的尺寸分布 61)
2.2 外来夹杂物 外来夹杂物主要是钢水和外界（卷渣及耐火材料侵蚀）之间偶然的化学和机械作用产物。在产品机 械加工时，钢中的这类夹杂物可产生噪音，在机加工表面形成凹坑和划痕，容易引起断裂，以及造成工 具磨损。钢中外来夹杂物的含量可通过大样电解的方法测定，如图 9
MAI (mg/10kg steel)
Clean Steel and Inclusions
Zhang Lifeng (Dept. Mechanical & Industrial Engineering Univ. of Illinois at Urbana-Champaign) Wang Xinhua (University of Science and Technology Beijing)
ABS TRACT This paper first reviews the sources of inclusions in continuous casting of steel including both indigenous and exogenous inclusions, focusing on reoxidation, slag entrainment, lining erosion and inclusion agglomeration on linings. Secondly , the resulting defects in continuous cast steel products are reviewed, such as flange cracked cans, slag spots, and line defects on the surface of rolled sheet. Thirdly, the current “state -of-theart” in the evaluation of steel cleanliness is summarized, discussing over 30 different methods including direct and indirect methods. Finally, this paper reviews operating practices to improve steel cleanliness at the tundish and continuous caster. Key Words: Steel, Inclusions, Defects, Slab Caster, Plant M easurement, Review, Detection M ethods
科技成果——超洁净齿轮钢中非金属夹杂物控制关键技术
科技成果——超洁净齿轮钢中非金属夹杂物控制关键技术技术开发单位北京科技大学所属领域钢铁冶金成果简介汽车工业是衡量一个国家经济发展水平的重要标志，汽车齿轮是汽车上重要的传动零件，齿轮质量的高低决定着汽车性能的好坏。
通常，高质量的齿轮钢应具有四个方面的质量指标，即窄的末端淬透性宽、洁净度高、细小均匀的晶粒度和优良的表面质量。
齿轮钢的洁净度对于齿轮钢产品性能具有重要影响，其中大颗粒的脆性点状不变形夹杂、呈串状分布的Al2O3对齿轮钢的疲劳寿命最有害。
而为了细化晶粒，通常需要在齿轮钢中保持一定的酸溶铝含量（0.010%-0.040%）。
因此，必须解决如何在保持一定酸溶铝含量的情况下尽量减少钢中的Al2O3夹杂物含量的难题。
（1）齿轮钢精准钙处理改性夹杂物模型。
为控制齿轮钢中的串状脆性点状不变形Al2O3夹杂物，同时进一步改善齿轮钢的水口结瘤，需要对于齿轮钢中的Al2O3夹杂进行改性处理。
通过改性处理的方法将钢中的Al2O3夹杂物改性为低熔点的液态夹杂物，增强其轧制过程的变形能力以减少大颗粒脆性串状不变形夹杂对齿轮钢疲劳寿命的影响，也可改善水口结瘤现象。
但必须要关注的是，喂钙量对于夹杂物的改性效果具有重要的影响，喂钙量过低无法将钢液中高熔点的Al2O3及Al2O3·MgO完全改性，而喂钙量过高则导致生成更高熔点的CaS及CaO生成，从而恶化齿轮钢产品质量。
同时钢液成分对于钙处理具有较大影响，而目前大多数企业还仅通过钙铝比指导现场的喂钙操作。
本项目基于不同喂钙速度、钙线插入深度的统计，得到最优喂钙速度和钙线插入深度下稳定的钙收得率，并结合喂钙操作过程中导致的钢液增氧以及喂钙后至中间包浇注钙损，对超洁净齿轮钢不同钢液成分条件下钙处理进行热力学计算，确定了超洁净齿轮钢的不同成分条件下最优的喂钙线量，并结合精准钙处理软件，实现超洁净齿轮钢在线精准钙处理，通过理论计算并结合现场钙收得率，进一步优化现场的喂钙操作。
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lO) E．Fuchs and P．Jonsson：High Temperature Materials andProcesses，(2000)，19(5)，333．
I 1) K．W．Lange：Inter．Materials Reviews，(1988)，33(2)，53．
Ameican Society forTesting and Materials(ASTM)，West Conshohocken，USA，(1999)，73-88．
7) T．Sato．Download fromb奠乜：型型型竖：j!!：：!§!：￡f：Q￡：i乜!．(1994)．
Iron and Steel Institute，(1 971)，88—94．
S．E．Lunner，in International Conference on Production andApplication ofCleanSteels，eds．，The Iron and Steel Institute，
3) P．K．Trojan：ASMInternational,ASMHan如ook，(1988)，15(Casting)，88．
4) T．J．Baker and J．A．Charles：Effect ofSecond-PhaseParticleson the Mechanical Properties ofSteel，M．J．May，eds．，The
9) T．B．Lund and L．K．P．Olund，in Advances in the production and Use of Steel with Improved Internal Cleanliness。J．K．
Mahaney，eds．，Ameican Society for Testing and Materials(ASTM)，WestConshohocken，USA，(1 999)，32-48．
D．Mu and L．Holappa：Gov．Res．Announc．Index(usA)，，Report No．PB93-17947l／×AB。(1993)．
M"墙侈加引毖、，、J、J、，、，、，、，、J N．A．McPherson and A．McLean：Continuous Casting Volume&,yen—Tundish to Mold Transfer Operations，ed．，7，eds．，
----------------------- Page 32-----------------------
第十三届全国炼钢学术会议
总结
London，Balatonfured，Hungary，(1 970)，124·l 36．
A．D．Wilson，in Advances in the production and Use of Steel with Improved Internal Cleanl iness，J．K．Mahaney，eds．，
8) J．A．Eckel et．aL，in Advances in the production and UseofSteel with Improved Internal Cleanliness，J．K．Mahaney，eds．，
Ameican Society forTesting and Materials(ASTM)，West Conshohocken，USA，(1999)，卜11．
H．Gao：Steelmaking,(2000)，16(2)。38．
H．Laehmund et．aL：Rev．Met．，(1 998)，95(4)，487．
M．Goransson et．口，：Iron＆SteelMaker，(1 999)，26(5)，53．
操作应该优化拉速、水口几何形状、吹气、浸入深度和电磁力，以保持一个稳定的结晶器流场，促进夹
杂物上浮，同时避免产生新的缺陷。应当采用立弯式铸机以减少内弧侧夹杂物和气泡的卷入。
参考文献
ISS，Warrendale。PA，(1992)，1-61．
43
D．C．Hilty and D．A．R．Kay：Electric Furnace SteelmakingConference Proceedings，(1 985)，43，237．
R．Kiessling：Metal Science，0 980)，1 5(5)，161．
12、 LZhang andB．G．Thomas：lslJInter．。(2003)．43(3)。271．
i3) Z．Liu and K．Cai：Iron＆Steel(in Chinese)，(2000)，35(2)，64．
14) A．W．Cramb，in Impurities in Engineered Materials：Impact，Reliability and Control，C．L．Briant，eds．，Marcel Dekker Inc．，
氮量，此处也为许多厂家作了总结。最后论述了在中间包、钢水传递和铸机方面改善钢的洁净度的生产
操作实践。中间包操作应当使用大容量的深中间包、稳定的内衬和稳定的碱性覆盖剂，应当控制流场进
行优化如冲击板之类，以去除夹杂物，尤其是在过渡期间。钢水传递方面的操作应当采用最佳的自开浇
钢包、耐火材料稳定的长水口保护、氩气保护、密封和注意避免二次氧化、卷渣以及水口堵塞。结晶器
本文首先论述了夹杂物对钢质量的影响，其次论述了内生夹杂物和外来夹杂物的来源和形貌。内生
夹杂物来自脱氧产物和冷却及凝固过程的沉淀析出。外来夹杂物的主要来源是钢的二次氧化、卷渣和内
衬侵蚀。第三论述了评估夹杂物的各种不同的方法，包括直接和间接的方法。检测钢的洁净度没有单一
的方法，最好是结合几种方法来作更精确的评估。许多钢厂在低碳铝镇静钢的生产中控制总氧含量和吸
NewYork，(1999)，49-89．
：2 K．Ogawa，in Nishiyama Memorial Seminar，143／144，eds．，Iron and Steel InstituteofJapan，ISS，Tokyo，(1992)，137．166．
1) V．B．Ginzburg and R．Ballas，in Flat Rolling Fundamentals，eds．，Marcel Dekker，Inc．，New York．Basel，(2000)，354P．Jonsson：2001 Electric Furnace Conference Proceedings，ISS，Warrendale，PA，(200 1)，59，7 l-8 1．