转炉-精炼-连铸过程钢中氧的控制

ERW管材 UT缺陷 US缺陷
150μm 220μm
CaO-Al2O3、群 落状Al2O3
镀锡板
炉渣分层 400μm、 150μm
深冲深拉 用
冷轧钢板
冲压缺陷 250μm
夹杂
400μm
UO管材 UT缺陷 200μm
UOE管 （厚
钢板）
US缺陷
220μm
CaO-Al2O3、群 落
状Al2O3、CaOSiO2-Al2O3-Na2O
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• 氧控制水平 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”，甚至追求 “零夹杂物”，钢材性能不 断改善。
由于引入炉外精炼，对 硅镇静钢，T[O]可达1520ppm，对铝镇静钢，T[O] 可达到<10ppm。
图1 1970－2000年钢中平均T[O]水平
精选课件
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轴承钢T[O]由30ppm降到5ppm，疲劳寿命提 高100倍。
注：DA为Al2O3直径，DM为MnS直径，Di为所
精选课件 有夹杂物直径
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由以上数据表明：
• 钢中T[O]低，说明钢中夹杂物数量少，钢 水较“干净”；
• 洁净钢是一个相对概念，钢中T[O]控制到 什么水平，决定于钢种和产品用途；
• 产品质量不仅要控制夹杂物数量，而且夹 杂物的形态、尺寸和分布也要得到控制。
精选课件
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2. 转炉终点钢中氧的控制
T[O]＝[O]溶＋[O]夹杂
出钢时：[O]夹杂→0，T[O]＝[O]溶； 生产统计表明，终点[O]溶（a[O]）决定于：
川崎Mizushima把中间包T[O]作为钢水洁净度标准，生产试验表明：
中间包钢水T[O]<30ppm 冷轧薄板不检查，用户接受
T[O]＝30～55ppm
冷轧薄板需检查
T[O]>55ppm
冷轧薄板降级使用
精选课件
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产品质量缺陷不仅与钢中总氧T[O]有关， 还与夹杂物种类、尺寸、形态和分布有关。
精选课件
转炉-精炼-连铸过程 钢中氧的控制
精选课件
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目录
1.钢中的氧－钢洁净度的量度 2.转炉冶炼终点钢中氧的控制 3.钢中溶解氧的转换－脱氧与夹杂物生成 4.钢水中氧的降低－脱氧夹杂物排除 5.连铸过程钢中氧的控制－防止钢水再污染 6.结论
精选课件
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1 钢中的氧－钢洁净度的量度
炼钢是一个氧化过程，吹炼到终点时， 钢水中溶解了过多的氧，称为[O]溶或a[O]
01.1.6~~01.105mmmmΦΦ精选课件疲劳特性、残余应变性
非塑性夹杂D<20μm
非塑性夹ຫໍສະໝຸດ BaiduD<20μ1m0
表2某些高纯度钢发生缺陷的原因调查
表3各种钢材夹杂物含量和尺寸的要求
钢种
DI罐用镀 锡板
产品缺陷 飞边裂纹
引起缺陷夹杂 物最小直 径
150μm、 60μm
缺陷部位夹杂成 分
CaO-Al2O3
出钢时，进行脱氧合金化，[O]溶转变成 氧化物夹杂，可用[O]夹杂表示，所以钢中氧 可用总氧T[O]表示为：
T[O]＝[O]溶＋[O]夹杂
精选课件
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1 钢中的氧－钢洁净度的量度
出钢时：钢水中[O]夹杂→0，T[O]＝[O]溶；
脱氧后：根据脱氧程度的不同[O]溶→0， T[O]＝[O]夹杂。
可以用钢中总氧T[O]来表示钢的洁净度，即钢 中夹杂物水平。
结构高强钢
轴承钢
不锈钢
轴承 棒 材
渗碳钢
轴承钢 SCM432、420
10~40mmt 10~40mmt 10~40mmt 50~300mmΦ 10 mmΦ
30~65 mmΦ
氢引起的裂纹 低温脆化 层状撕裂
转动疲劳寿命 电解浸蚀时表面光洁度
转动疲劳特性
疲劳特性、加工性
夹杂物形态控制 低硫化，S<10ppm P<0.003%,S<0.001%
钢中T[O]越低，则钢就越“干净”。
精选课件
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1 钢中的氧－钢洁净度的量度
为使钢中T[O]较低，必须控制：
降低[O]溶：控制转炉终点a[O]，它主要决定于冶 炼过程；
降低夹杂物的[O]夹杂：控制脱氧、夹杂物形成及 夹杂物上浮去除－夹杂物工程概念（Inclusion Engineering）。
精选课件
图2钢中T[O精]与选轴课件承钢寿命关系
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• 钢中T[O]与冷轧板表面质量存在明显对应关 系
美国Weirton公司生产0.15mm厚薄板，在DTR生产线上检查120个板卷 发现：
T[O]，ppm
质量指数
15～20
81
21～25
72
26～30
68
>30
35
T[O]越低，冷轧板质量越好，T[O]在40～100ppm时废品率非常高。
清洁度要求
T[O]<20ppm,D<20μm [C]<20ppm, [N]<20ppm T[O]<20ppm,D<100μm
D<100μm,低硫化
D<100μm
42Ni
D<5μm， [N]<50ppm
管线钢 中 厚 低温用钢 板 抗层状撕裂
钢
无 座圈材 缝 管 净化管
X52~70级低合金 钢
9%Ni
CaO-Al2O3、群 落
状Al2O3、CaOSiO2-Al2O3-Na2O
品种 薄板
用途 DI罐 超深冲板
用户要求
防止裂纹
2.0≦r≦3.0，非常薄 较高抗拉强度
生产目标
DA<40μm
Dj<40μm防 止碳化、氮 化物的析出
汽车轮箍 汽车轮盘 门窗框架
护板
管材 无缝管
棒材 轴承 丝 抗疲劳钢
丝 弹簧
防止勾形裂纹 极好的穿孔性能
防止冲压时产生裂纹 防止酸浸颜色不同 防止加工时产生裂纹
DA<100μm DM<20μm DA<20μm DA<5μm
防止因氢产生的裂纹
滚动接触寿命长 高抗拉强度防止冲压
时断裂
全部为球形 夹杂
DA<15μm
T[O]<10ppm
高强度、疲劳寿命长 减少非塑性 夹杂
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50～60μm
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产品分类 DI罐 深冲钢
薄 荫罩钢 板
导架结构材
表1 典型纯净钢对清洁度的要求
钢种 低碳铝镇静钢 超低碳铝镇静钢 低碳铝镇静钢
13%Cr
代表规格 0.2~0.3mmt 0.2~0.6mmt 0.1~0.2mmt 0.15~0.25mmt
产品材质特性要求 飞边裂纹
超深冲，非时效性表面线状 缺陷
防止图像侵蚀 打眼加工时的裂纹
低磷化、低硫化
T[O]<10ppm, [Ti]<20ppm T[O]<20ppm, [N]<50ppm
D<5μm T[O]<10ppm, [Ti]<15ppm
D<15μm
T[O]<15ppm，P<0.005%
轮胎钢丝 线 材 弹簧钢
SWRH72、82B
SWRS Si-Cr钢
0.1~0.4 mmΦ
冷拔断裂