纯净铸钢和超纯净钢

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1. 纯净铸钢

纯净铸钢系指不含氧化物、硫化物和氮化物等宏观夹杂的高质量铸钢件。氧化物、氮化物和硫化物夹杂的数量标示钢液的纯净度。对铸造碳钢和低合金钢而言，纯净铸钢杂质应控制在:[S]＋[O]（或[N]）＜200×10-6的水平。

影响铸钢纯净度的夹杂物来源主要是两类，其一是来自钢渣、型砂和耐火材料等，可归结为外来夹杂。其二是来自再氧化过程和脱氧剂在钢液中的化学反应产物，约占钢中夹杂的80％。如果脱氧产物中氧化物夹杂颗粒达到10μm以上，可认为是宏观夹杂。而氧化物宏观夹杂是造成铸钢件表面缺陷和内部缺陷最主要的原因。统计表明，铸钢件20％的直接成本消耗在清理与氧化物有关的缺陷上。一般情况下，加铝脱氧的氧化物夹杂颗粒在5μm以下。聚集为大颗粒夹杂才有利于上浮排除。因此，控制夹杂物的数量、尺寸、形态和组成从而得到纯净铸钢件是采用控制熔炼工艺的一个重要内容。氩气净化、喂线、AOD、VOD和LF等精炼工艺是生产纯净钢液的较先进的工艺。

感应电炉生产纯净铸钢也是非常重要的领域。由于感应电炉主要功能是熔化，不进行氧化还原等冶金工艺过程，要获得纯净钢液和规定成分，主要依靠原材料的质量。采取氩气保护措施，将钢液表面尽可能与空气隔绝，是行之有效的方法，能够净化钢液，降低合金加入量和延长炉衬寿命。感应电炉的快速熔化技术、批量熔化技术和IF-AOD精炼技术是感应电炉生产纯净钢和超低碳不锈钢液的新工艺。

2．超纯净钢

超纯净钢可定义为[S]＋[O]（或[N]）＜100×10-6（对碳钢和低合金钢而言），有许多炼钢工艺可实现超纯净钢的精炼，如钢包喷粉、氩气净化、Ca-Si线喷射、真空精炼、EAF／AOD双联工艺以及 EAF／AOD／VOD三联工艺等。超纯净钢有许多优点，其韧塑性很高，容许缺陷的临界尺寸大，特别是低温性能显著改善以及大大减少铸造和形变产品的缺陷。总之，其力学性能随着有害杂质元素含量的降低而不断提高。

超纯净钢由于[O]、[S]、[N]和［H]等元素含量极低，因此表现出某些特殊的行为和特性，这些特性有可能对质量和性能带来不利的影响，因而在纯净钢生产过程中，要掌握和控制超精炼工艺对钢液的行为、随后的微观组织和各项性能以及质量的影响。例如，极低气体含量的超纯净钢液在出钢和浇注过程由于再氧化和吸入氢、氮气体而可能二次污染钢液。特别是用Al脱氧的超低硫钢液，对氮的吸附更为突出。见图1。





含[O]极低也会有同样的作用。具有表面活性和起晶核作用的杂质元素的减少，是超纯净钢液一个重要特征。如果没有掌握相应的控制熔炼工艺，超纯净钢有些质量问题，就会出现如粗大晶粒、冰糖状断口、铸件缺陷（皮下气孔，热裂，宏观夹杂等）、未达到力学性能指标、氢脆、宏观组织特征、夹杂物的组成和含量确定等。采取相应的控制工艺措施包括加强出钢口的维护以保持密实钢流出钢，减少再氧化和吸收氮、氢气体；钢包氩气净化；在包中和浇注过程加Al，减少Al的加入量；采用局部陶瓷耐火材料浇注系统和浇注过程氩气保护，减少MgO夹杂来源和防止结瘤；控制夹杂物组成和形态，保持一定比例的Ca量等。这些工艺措施是针对超纯净钢的特征而在生产中获得应用。