淺談特殊鋼中非金屬夾雜物的控制策略

盧春光

摘要：特殊鋼是重大裝備制造和國家重點工程建設(shè)所需的關(guān)鍵材料，是鋼鐵材料中的高技術(shù)含量產(chǎn)品，其生產(chǎn)和應(yīng)用代表一個國家的工業(yè)化發(fā)展水平。非金屬夾雜物對特殊鋼質(zhì)量影響顯著，如易引起不銹鋼冷軋薄板表面線鱗缺陷的產(chǎn)生、導(dǎo)致軸承鋼探傷不合及疲勞破壞、降低彈簧鋼的疲勞壽命等。因此，非金屬夾雜物的合理控制是高品質(zhì)特殊鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵問題之一。

關(guān)鍵詞：特殊鋼；非金屬夾雜物；控制

一、不銹鋼中夾雜物的控制

對于304不銹鋼中夾雜物的控制，鋁脫氧不銹鋼總氧可降到很低水平，但是產(chǎn)生的高AlO類夾雜物對不銹鋼危害很大。目前，主要采用硅脫氧，低精煉渣堿度頂渣精煉控制，此類夾雜物總數(shù)量較多，但是生成的硅酸鹽類夾雜物對鋼質(zhì)量危害低得多。隨著精煉渣堿度降低，夾雜物中AlO含量降低；同時，隨著渣中AlO含量的降低，夾雜物中的AlO含量降低。低堿度低AlO精煉渣，有利于降低夾雜物中的AlO含量。初始夾雜物中的強氧化性氧化物SiO和MnO很容易被鋼中的[Al]還原，夾雜物中生成AlO。因為高堿度會增加304不銹鋼鋼液中的[Al]含量，故夾雜物中的AlO含量隨精煉渣堿度的增加而增加。

二、軸承鋼中非金屬夾雜物的控制

鋁脫氧軸承鋼中存在的夾雜物主要是：A類硫化物夾雜、B類氧化鋁夾雜、D類球狀氧化物、Ds類夾雜以及鈦的碳氮化物。因此，軸承鋼中非金屬夾雜物控制策略為：一是減少鋼中夾雜物數(shù)量；二是控制夾雜物的類型，抑制大尺寸球形AlO-CaO、TiN、（Ca，Mn）s夾雜的形成。

在減少鋼中夾雜物數(shù)量方面采取的策略有：1、采用鋁脫氧及高堿度精煉渣的強擴散脫氧技術(shù)，降低鋼中氧含量；2、減少出鋼過程帶渣量，實現(xiàn)無渣出鋼；防止精煉和連鑄過程發(fā)生卷渣；3、利用精煉渣、吹氬、真空、電磁攪拌等方式去除鋼中夾雜物；4、保護澆注過程采取氬封措施，適當(dāng)增加吹氣量，甚至可采取全封閉中間包，防止二次氧化發(fā)生；5、增加連鑄機直立段長度，最好采用立式連鑄機促進大尺寸夾雜物上浮，減少夾雜物被凝固坯殼捕捉等。

在控制鋼中夾雜物類型方面采取的策略有：1、禁止鈣處理。軸承鋼若采用鈣處理，必定會產(chǎn)生危害性極大的鈣鋁酸鹽、硫化鈣、硅鋁酸鈣等夾雜物，使軸承鋼疲勞壽命大大降低；2、電爐出鋼時不進行渣洗，以避免因鋼渣劇烈反應(yīng)導(dǎo)致鋼中Ca含量增加；3、控制加入的合金中ca、Ti等雜質(zhì)含量，在凝固過程中鋼中Ti的含量越高，TiN析出物的尺寸就越大。Ti含量高會加劇水口結(jié)瘤，另外，Ti軸承鋼加速爐渣和耐材中MgO的侵蝕，更易生成鎂鋁尖晶石夾雜，侵蝕后的耐火材料極易剝落，形成大顆粒含MgO類夾雜；4、真空精煉由VD改為RH，若使用VD真空精煉，則需采用淺真空及扒渣技術(shù)，減小渣鋼反應(yīng)程度，隨著真空度的提高，鋼中的鈣含量增大，鋼中D類夾雜增加，采取VD淺真空工藝在一定程度上能抑制鈣鋁酸鹽夾雜物生成；5、優(yōu)化結(jié)晶器浸入式水口結(jié)構(gòu)，降低水口結(jié)瘤，防止水口結(jié)瘤無脫落造成軸承鋼產(chǎn)品中的大型串狀夾雜物；6、合適的精煉渣堿度。高堿度渣（caO/Si02>3）脫氧脫硫能力大、效率高，但是易生成鈣鋁酸鹽型球狀夾雜物，隨著精煉渣堿度的增加，精煉前后鋼中鈣含量均增加。但有研究顯示，精煉渣堿度為3-4.5時未發(fā)現(xiàn)單獨存在的鈣鋁酸鹽型球狀夾雜物。而低堿度渣脫氧能力下降使得氧化物夾雜增加。因此應(yīng)將精煉渣堿度控制到一個合適的范圍內(nèi)；7、合適的冶煉溫度。溫度比較低時，真空度對于渣中CaO還原影響有限。當(dāng)溫度高于1600℃時，真空度對渣中CaO還原有明顯影響。隨著真空度的提高，鋼中的鈣含量增大，鋼中D類夾雜增加，從而降低軸承鋼壽命。

三、彈簧鋼中非金屬夾雜物的控制

彈簧鋼廣泛用于飛機、鐵道車輛、汽車、拖拉機等運輸工具和工程機械等各種設(shè)備中，是制造各種螺施簧、扭簧、板簧及其類似作用的其他形狀彈簧的鋼種。由于AlO、鋁酸鈣、尖晶石等脆性夾雜物殘留在鋼中，對彈簧材料疲勞性能極其有害，因此可采用硅錳符合脫氧方式來控制彈簧鋼中的夾雜物。此工藝路線是采用控制夾雜物種類、形貌、大小、分布的方法，嚴格控制鋼中酸溶鋁含量，避免AlO，的析出，將夾雜物控制在低熔點但具有良好變形能力的CaO-AlO-SiO系區(qū)域內(nèi)。對此，要對加入的合金料中鋁的含量和爐渣堿度進行嚴格控制。

四、結(jié)語

特殊鋼中非金屬夾雜物的控制是一個系統(tǒng)工程，在整個生產(chǎn)過程中，進行監(jiān)控及調(diào)整且鋼種不同，其關(guān)鍵的控制技術(shù)不同，非金屬夾雜物的性質(zhì)要求亦不同。除了一些普適性措施外，還應(yīng)針對特定的鋼種，采取特定的夾雜物控制方略。