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
Institute of Ferrous Metallurgy
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。
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。
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。
钢洁净度的评定和控制
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。
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。
洁净钢冶炼及质量控制
• 脱氧与夹杂物
• 复吹
炉外精炼
• 含义：把炼钢炉炼出的成品钢或半成品钢，
在炉外设备中进行脱硫、脱氧、脱碳、去气、 去夹杂、调整化学成分和温度等处理，进一 步提高钢的质量和品质的工艺方法。 • 功能 • 手段 • 方法
连铸
• 连铸过程
• 二次氧化与保护浇注
• 中间包冶金
• 保护渣
夹杂物控制
• 非金属夹杂物：在冶炼和浇注过程中产生或混入钢中，
经加工或热处理后仍不能消除而且与钢基体无任何联系而 独立存在的氧化物、硫化物、氮化物等非金属相，统称为 非金属夹杂物，简称夹杂物。 • 非金属夹杂物是指其存在状态不受一般热处
理的显著影响的非金属化合物。
补充：夹杂物分类
• 按化学成分分类
• 按夹杂物的来源分类
钢中微量元素(Pb 、As 、Sb 、Bi 、Cu 、Sn) 的含量
也很低
纯净钢与洁净钢概念
• 洁净钢( clean steel) ：指对钢中非金属夹杂物(主要是
氧化物、硫化物) 进行严格控制的钢种，要求夹杂物对钢 的性能无害。 这主要包括:钢中总氧含量低，非金属夹杂物 • 数量少 ；尺寸小
• 分布均匀；形状合适
• 钢材的断裂过程是裂纹的不断发生和发展的过程，而夹 杂物往往作为显微裂纹的起点而起重要的作用。因此，
夹杂物对金属材料与断裂过程有关的性能指标如延伸率
﹑断面收缩率等影响很大。当夹杂物的数量增加时，钢 的塑性下降。
• 夹杂物对钢的疲劳寿命有不利的影响，按降低疲劳寿命
的程度从强到弱排列：刚玉﹑球状不变性夹杂﹑半塑性
• 按夹杂物的颗粒大小分类
• 按加工时夹杂物的变形性能来分类
夹杂物控制
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！
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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
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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)
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• [Ce] + Al2O3(s) = CeAlO3(S) + [Al] (4)
钢中夹杂物控制原理
钢中夹杂物控制原理钢中氧的存在形式T[O]=[O]溶+[O]夹（1）转炉吹炼终点：[O]夹=>0，T[O]→[O]溶＝200～1000ppm[O]溶决定于：l 钢中[C]，转炉吹炼终点钢中[C]与a[O] 关系如图l 渣中(FeO)；l 钢水温度。
1 顶底复吹转炉炉龄C–Fe的选择性氧化平衡点根据式[C] + [O] = {CO} (1) lg (Pco/ac* [%O])= 1149/T–2.002以及反应[Fe] + [O] = （FeO）(2) lg aFeo/[%O] = 6317/T – 2.739得到反应（FeO）+ [C] = [Fe] + {CO} (3) lg (Pco/ac* aFeo)= –5170/T+4.736 结论钢液中C-Fe的选择性氧化平衡点为[C]＝0.035％，也就是说终点[C] < 0.035％时，钢水的过氧化比较严重。
图1-1的统计数据也说明了这点。
同时由式(1)可以求出此时熔池中的平衡氧含量为740ppm。
理论分析1）终点[C]-[O]关系1) 当终点[C]<0.04%时钢水的终点氧含量较高2) 当终点[C]在0.02～0.04％范围时，有些炉次钢水氧波动在平衡曲线附近（区域Ⅰ）有些炉次钢水氧含量则远离平衡曲线（区域Ⅱ），说明在该区域钢水过氧化严重。
2）温度对氧含量的影响在终点[C] = 0.025~0.04%时，终点氧含量虽然较分散，但总的趋势是随着终点温度的升高，终点氧基本呈上升趋势。
1620℃～1680℃之间，氧含量总体水平较低，平均为702ppm ，该范围的炉次共占总炉次的30%左右；出钢温度大于1680℃时，终点钢水氧含量有明显的升高趋势，平均为972ppm ，占总炉次的70%左右。
3）终渣氧化性对终点氧的影响20040060080010001200140016001800160016201640166016801700172017401760终点温度（℃）终点氧含量（p p m ）终点[0]0200400600800100012001400160018001214161820222426炉渣中（FeO+MnO）的含量（%）终点氧含量（p p m ）终点[0]1416182022242600.020.040.060.080.10.12终点碳含量（%）渣中（F e O +M n O ）含量 %MnO+FeO渣中（FeO+MnO ）增加，终点[O]有增加趋势；终点[C]<0.04％，渣中（FeO+MnO ）增加且波动较大，说明此时吹氧脱碳是比较困难的，而铁则被大量氧化。
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
钢洁净度的评定和控制
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。
洁净钢与零夹杂物钢
洁净钢与零夹杂物钢
魏成富;李静媛
【期刊名称】《钢铁研究学报》
【年(卷),期】1996(8)5
【摘要】介绍了洁净钢的生产历史及近年来所采用的生产方法和超洁净钢的生产，另外还对零夹杂物钢提出了设想与展望。
作者认为，随着炼钢工艺的飞速发展，耐火材料质量的提高，原材料纯度的改善和生产管理的加强，零夹杂物钢将会成为具有竞争力的新金属材料而保存钢铁材料在材料工业中的优势。
【总页数】4页(P61-64)
【关键词】钢;洁净钢;零夹杂物钢;综述
【作者】魏成富;李静媛
【作者单位】四川工业学院,成都科技大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG142
【相关文献】
1.洁净钢中稀土夹杂物生长行为的实验研究 [J], 黄亚鹤;方磊;刘承军
2.超洁净钢和零非金属夹杂钢 [J], 李正邦
3.IF钢铸坯厚度方向夹杂物分布及洁净度评估 [J], 高帅; 王敏; 郭建龙; 王皓; 智建国; 包燕平
4.高洁净度齿轮钢中非金属夹杂物的检测方法 [J], 肖娜;惠卫军;张永健;赵晓丽;陈
鹰
5.非钙处理对车轮钢洁净度及夹杂物的影响 [J], 邓伟;杨新泉;李慕耘;肖邦志;唐树平;梁明强
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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。
Ø 内生夹杂物的来源主要有以下几个方面： (1) 脱氧剂及合金添加剂和钢中元素化学反应的产物，在钢液凝固 前未浮出而残留在钢中。
(2) 出钢、浇注过程中钢水与大气接触，钢水中易氧化、氮化元素 的二次氧化、氮化产物。
(3) 出钢至铸坯过程中，随钢水温度的下降，造成氧、硫、氮等元 素及化合物溶解度的降低，因而产生或析出各种夹杂物。
一般的讲，内生夹杂物较为细小，合适的工艺措施可减少其含量， 控制其大小和分布，但不可能完全消除。
钢中非金属夹杂物的类型、来源 钢中非金属夹杂的来源
Ø
外来夹杂物的主要来源 (1) 冶炼、出钢及浇注过程中，钢水、炉渣及耐火材料相互作用
而被卷入的耐火材料或炉渣等。
(2) 与原材料同时进入炉中的非金属夹杂物。
这类夹杂物一般较粗大，只要工艺、操作适当是可以减少和避免的。
钢中常规检验遇到的夹杂物多数是内生夹杂物。
钢中非金属夹杂物的类型、来源
钢中非金属夹杂物的类型、来源 夹杂物的分类
1. 按夹杂物的化学组成分类 通常根据夹杂物的化学组成可分为简单氧化物(如Al2O3， SiO2)；复杂氧化物(如FeO•Al2O3，CaO•Al2O3)；硅酸盐及硅酸盐 玻璃(如2FeO•SiO2)；硫化物(如MnS，FeS)；氮化物(如TiN)；复 杂夹杂如硫氧化物(Ce2O2S)，氟氧化物(LaOF)，氮碳化物(TiCN)， 硫碳化物(Ti4C2S2)等。
钢中实际存在的夹杂物与钢的成分、冶炼过程、脱氧方法等因 素有关。
钢中非金属夹杂物的类型、来源 夹杂物的分类
2. 按夹杂物的塑性及分布分类 在生产检验中又根据夹杂物的塑性及分布特性分为脆性夹杂物、 塑性夹杂物、点状不变形夹杂物。
(1) 塑性夹杂物 热变形时具有良好的范性，沿变形方向延伸成条带状。
属于这类的夹杂物有硫化物及含SiO2量较低的铁锰硅酸盐等。
(2) 脆性夹杂物 热加工时形状和尺寸都不变化，但可沿加工方向成串 或点链状排列。
属于这类的夹杂物有Al2O3，Cr2O3等。
(3) 点状(或球状)不变形夹杂物 铸态呈球状，热加工后形状保持不变， 如SiO2及SiO2含量较高的硅酸盐等。
(4)半塑性夹杂物 指各种复相的铝硅酸盐夹杂。
基底铝硅酸盐有范性， 热加工时延伸变形，但其中包含着的析出相如Al2O3等是脆性的，加工 时保持原状或只是拉开距离。
钢中非金属夹杂物的类型、来源
钢中非金属夹杂物的类型、来源
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
炼钢流程中氧化铝夹杂的形成
夹杂物形态改变
如何进行钙处理？
研究拥有最低熔点的CaO-Al2O3系统的组成成分。