纯净钢简介及使用

2 夹杂物的控制
早年瑞典将尺寸为1～100μm夹杂划为“显微夹杂物”。近年较多著作将1～20μm 定为显微夹杂。 要求显微级夹杂的几种典型超纯净钢 ◆深冲汽车板及易拉罐薄板 IF钢要求：[T.O]≤20ppm，夹杂物尺寸≤20μm; DI钢要求：[T.O]≤30ppm。 ◆ 子午线轮胎冷拉钢丝：要求钢液中酸溶铝 [Al]sol=(2-5ppm， [T.O]≤20ppm 、夹 杂物尺寸≤20μm，夹杂物成分中Al2O3尽量少，呈典型塑性夹杂物。 ◆阀门弹簧钢：夹杂物尺寸≤20μm，夹杂物为硅酸盐(CaO· Al2O3· SiO2)，夹杂物 成分中(Al2O3)≤20%。 ◆轴承钢：超低氧，日本山阳特钢、瑞典SKF轴承钢[T.O]<5ppm。
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日本神户制钢的Nishi和Ogawa等用真空感应炉(VIF)熔炼出航空工业用的250马氏体时效钢时， 将T.O、S和N分别降低到(2-5）ppm、(2-3）ppm和(6-9）ppm，钢中的夹杂物尺寸最大为6～8μm， 主要分布在2～4μm之间。
Fukumoto和Mitchell用电子束冷坩埚熔炼法(EBCHM)熔炼适用于电子元件的奥氏体不锈钢时， 将钢的[T.O]降低到(2-3）ppm，钢中的氧化物夹杂主要来自原始合金中的CaO夹杂。 因此，可能存在的亚微米夹杂物来自两部分，一部分是由原始合金或初炼炉带来的含Al2O3、 SiO2、CaO的夹杂物，另一部分是钢液凝固过程中析出的氧化物、硫化物和氮化物夹杂。
4 行业对纯净钢的要求
• • • • • • • • • • 4.1弹簧钢 气门弹簧工作条件 1）、高强度：为提高抗疲劳和抗松弛能力，要一定的屈服强度和有弹性极限， 尤其要求有高的屈强比 2）、优良的表面状态和疲劳性能：弹簧工作时表面承受的应力最大，疲劳破 坏往往从表面开始； 3）、好的均匀性 4）、优良的冶金性能：低夹杂物、良好的力度和分布 超纯钢： 消除高熔点、高硬度或脆性夹杂物。 氧化物、硫化物0级 同一盘强度差不超过140Mpa
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！
4 行业对纯净钢的要求
• • 钢中氧含量及夹杂物的要求 氧含量对齿轮疲劳寿命的影响已越来越受到人们的关注。日本对Cr、Cr—Mo、Cr—Ni— Mo渗碳合金钢的氧含量和疲劳寿命之间的关系曾做过实验，当氧含量从25ppm降到 10ppm以下时，其疲劳寿命可以数倍的增加，中国对SCM420H、20MnCr5等引进钢种也 进行过脱气和不脱气的对比实验： SCM420H氧含量从45ppm降低到20ppm，接触疲劳 强度提高47%；20CrMnTi 氧含量从130ppm降至23ppm，弯曲疲劳强度提高119% ，接触 疲劳强度提高143%。 由于工业发达国家拥有先进的技术装备和工艺技术，其齿轮钢的氧含量普遍较低， 1986年开始至今我国分别从日本、德国、奥地利等国进口的齿轮钢其氧含量波动在(7～ 18) ppm。中国电炉单炼的20CrMnTi氧含量水平约(30～40) ppm，电炉+LF炉双炼法生产 的齿轮钢氧含量约25ppm，经VD真空处理后可达到20ppm以下。为了适应齿轮钢的新要 求，各钢厂经技术改造，生产的齿轮钢纯净度也达到较高水平，大大缩短了与国际水 平的差距。
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2 夹杂物的控制
• • 加拿大Mitchell教授和新日铁Fukumoto提出了“零夹杂”钢的概念。 所谓“零夹杂”并不是钢中没有夹杂物存在，而是指钢液在凝固以前不析出任何非金属夹杂 物，钢液在固相状态下析出的非金属夹杂物是高度弥散分布的，其尺寸小于1μm，这些夹杂物 在光学显微镜下作常规检验时已观察不到。因此，“零夹杂”钢实际上是含亚微米夹杂物的钢。
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4 行业对纯净钢的要求
• • 日本神户和JFE铁水预处理“提纯” 神户制钢开发出的超纯净钢，其钢中氧含量为4ppm，钛含量为7ppm。超纯净 轴承钢的夹杂物个数少，最大夹杂物粒径也小。对非金属夹杂物采用酸溶解 法进行评价，超纯净轴承钢的非金属夹杂物最大粒径为23μm~27μm，按传统 工艺生产的轴承钢的非金属夹杂物最大粒径为50μm~52μm，两者相差在1倍 左右，超纯净轴承钢的非金属夹杂物的晶粒尺寸更为细小。超纯净轴承钢不 仅Al2O3夹杂物的粒径更小，而且钛系夹杂物的含量也较少，颗粒也较细小。 接触疲劳寿命试验结果表明，超纯净轴承钢的接触疲劳寿命是传统钢的2.6倍！
80ppm以下，目前尚有继续降低的趋势。
◆ 钢中微量元素 (Pb 、 As 、 Sb 、 Bi 、 Cu 、 Sn) 的含量 也 很低 ——1962 年， Kiessling
1 纯净钢的概念
减少钢中的杂质含量，可以显著地改善钢材的延展性、韧性、加工、焊接、抗腐 蚀等性能。 对于钢性能要求不同，纯净度所要求的控制因素也不同。 如： 用于高层建筑、重载桥梁、海洋设施等重要用途钢板目前硫控制在80ppm以下， 将来会降到50ppm以下 对于新一代汽车用超深冲IF钢冷轧钢板，氮要求低于25ppm 轴承钢中总氧量每低1ppm，其寿命可提高10倍，目前轴承钢中总氧量最好水平为 平均4～6ppm，国内5～9ppm 用于易拉罐的镀锡板要求总氧含量小于10ppm，钢中Al2O3夹杂物小于10μm 生产汽车外板（O5板）要求钢中总氧含量小于20ppm，且Al2O3杂物尺寸小于20μm
材料的纯净度是指材料中的夹杂物含量。目前国内外轴承钢生产企业都严格 控制钢中的含氧量，因为钢中的氧基本上是以夹杂物的形式存在的。瑞典SKF 公司和日本山阳特殊钢公司在轴承钢氧含量与疲劳寿命关系方面的大量试验 研究明确表明：当氧含量从非精炼钢的40ppm降到精炼钢的10ppm时，轴承的 疲劳寿命可延长10倍，降到5ppm时可延长30倍，与真空自耗和电渣重熔钢的 疲劳寿命相当。轴承钢的均匀性是指材料的化学成分、内部组织等的均匀程 度。
纯净钢简介及使用
密级：
主要内容
1、纯净钢的概念
2、夹杂物
3、纯净钢的生产 4、行业对纯净钢的要求 4.1 弹簧钢 4.2 轴承钢 4.3齿轮钢
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1 纯净钢的概念
• 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， 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、脆性夹杂物少以及合适的夹杂物形状。
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4 行业对纯净钢的要求
• 日本山阳特钢降氧工艺“延寿”显著
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以降氧为特点的超纯净轴承钢生产工艺。日本山阳特殊钢公司对轴承钢的生 产工艺和质量要求精益求精，为获得更高质量的轴承钢，近几年来他们开发 出SNRP(SanyoNewRefiningProcess)超纯净轴承钢的生产工艺，使钢中的氧含量 达到5ppm以下，钢中氧化物夹杂的尺寸达到11μm以下 轴承钢疲劳寿命大大延长。山阳特钢把这种SNRP工艺生产出的轴承钢称为超 纯净(Super-CleanSteel)轴承钢，把按传统工艺生产的氧含量为(4~6)ppm，氧化 物夹杂尺寸在20μm以下的轴承钢称为高纯净(High-CleanSteel)轴承钢。 通过对比发现，SNRP工艺轴承钢的疲劳寿命较传统工艺生产的轴承钢延长了5 倍！
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3 纯净钢的生产
钢液中析出硫化物和氮化物的溶积 度远比析出氧化物的溶积度高,在一 般情况下液相中不可能析出硫化物 和氮化物。
因此,所谓的“零夹杂”钢实质 上是指“零氧化物夹杂”钢。要获 得真正的“零夹杂”钢,除了控制钢 中的氧含量以及脱氧元素含量及偏 析,使它们的溶度积低于固相线温度 时的平衡溶度积,以防止在固相线温 度以前析出氧化物夹杂以外,还在于 如何使原始合金带来的氧化物夹杂 从钢中气化去除,即:
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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。
2 夹杂物的控制
• 目前国内外大规模生产的IF洁净钢中C、S、P、N、H、T.O之和不大于100ppm， 不少冶金学家将超洁净钢界定为C、S、P、N、H、T.O质量分数之和不大于 40ppm，针对不同钢种及要求，采用不同精炼手段，各个突破，可以达到上 述洁净要求。 Kiedssling提出夹杂物“临界尺寸”的概念，根据断裂韧性KIC的要求， 夹杂物“临界尺寸”为5～8μ m。当夹杂物小于5μ m时，钢材在负荷条件下， 不再发生裂纹扩展，可将此界定为超洁净钢标准之一。 近年来，加拿大Mitchell教授和新日铁Fukumoto博士提出“零氧化物夹杂 钢”的概念。
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纯净钢(purity steel)：是指除对钢中非金属夹杂物进行严格控制以外， 钢中其它 杂质元素含量也少的钢种。
1 纯净钢的概念
◆ 纯净钢是指含杂质很少的钢
◆ 钢中总氧含量和夹杂物水平很低 ◆ 钢中氧、硫、磷、氮、氢，甚至包括碳含量都很低 国外一些先进钢厂，钢中氧、硫、磷、氮、氢五大元素的总含量已达到
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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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4 行业对纯净钢的要求
4.2 轴承钢
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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。
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4 行业对纯净钢的要求
• 4.3 齿轮钢
• • • • 齿轮钢不但要有良好的强韧性、耐磨性，承受冲击，弯曲和接触应力，且还要变形 小、精度高、噪音低。通常，高质量水平的齿轮钢主要表现在三个方面，即末端淬透 性带窄，离散度小；纯洁度高；晶粒细小均匀。此外，良好的加工性能 (包括冷、热加工性和易切削性)也是齿轮行业所关心的重要指标。