冶金工程前沿系列讲座课程总结
冶金工程前沿系列讲座作业
姓名：赵东伟学号：S2******* 专业：冶金工程
学院：冶金工程研究院
第一讲外场对钢液凝固组织的影响（王静松老师）外场主要包括电磁场、外加电场以及超声波。
电磁场：电磁场对钢液进行电磁搅拌，即在炼钢过程中，对钢水施加一个交变电磁场，当磁场以一定速度切割钢液时，会产生感应电势，这个电势可以在钢液中产生感应电流，截流钢液与磁场的相互作用产生电磁力，从而驱动钢液运动，达到搅拌钢液的目的。
施加电磁搅拌以后, 钢坯凝固初期的铸型热流量明显增加，促进了铸型内钢液过热的耗散，使得钢坯内的温度分布趋于均匀，降低了凝固前沿的温度梯度，这不仅抑制了柱状晶的发展，同时易于在钢液内部同时形核，有利于等轴晶凝固组织的形成，使得钢坯的等轴晶比率由无电磁搅拌作用得以提高。电磁搅拌对钢坯凝固过程中的热流量、内部温度分布、凝固前沿的温度梯度等都具有非常显著的影响。施加电磁搅拌, 一方面加快了铸型内钢液的过热热量耗散,使得铸型的平均热流量增加，同时也使铸型内温度分布趋于均匀，降低了凝固前沿的温度梯度。根据成分过冷理论，当凝固前沿的温度梯度相对较低的情况下,有利于抑制柱状晶的发展，同时趋于均匀的钢液温度分布，易于同时形核,有利于等轴晶凝固组织的形成。这说明电磁搅拌促进钢液中的过热耗散是提高铸坯凝固组织中等轴晶比率的重要原因之一。
外加电场：由于电场的影响使团簇外电层结构发生畸变，该原子团或团簇就长大成为尺度更大的团簇，按照传统凝固理论的观点，原子团或团簇尺度越大，其形核或结晶需要克服的位垒或势垒就越小，从而形核率也就越高。形核率提高会增大等轴晶区，减少柱状晶区，使金属的凝固组织得到均匀细化。
通过添加外加电场可以改善钢锭的凝固组织, 缩小柱状晶区, 扩大等轴晶区及细化晶粒可提高钢锭凝固质量，该部分从改善、细化金属凝固组织的方法出发引出金属凝固过程中施加电脉冲处理的国内外研究的进展。
在钢铁冶金过程中运用电流或电脉冲技术处理钢液，其中鞍钢利用电场对中间罐钢液进行处理的工业化生产试验，改善和细化了连铸坯凝固组织，中心缩孔和裂纹等质量缺陷得到明显改善。尽管其微观作用机理尚在探讨，但其改善和细化金属凝固组织减少质量缺陷的良好效果已倍受冶金研究者们关注，鞍钢运用电脉冲处理技术，在连铸生产中处理中间罐的钢液，开展了电脉冲改善连铸坯凝固组织的工业化生产试验研究.并取得了良好好的效果。
超声波：超声波处理钢液是一种细化金属凝固组织、改善金属性能的技术，受到国内
外科研工作者普遍关注。目前这方面的研究主要集中在低熔点纯金属及其合金方面，主要是因为这些金属熔点较低，便于将超声波引入到金属熔体中，并且效果也比较明显。而对成分比较复杂的钢铁材料，进行超声处理的试验研究报道则相对较少，这主要是因为钢铁材料的熔点比较高，难以有效地将超声波引入到钢铁熔体中。
当钢液中加入稀土铈，在凝固前的钢液中引入超声波，超声波处理使高碳钢凝固组
织明显的细化。钢液中的稀土硫氧化物固体在超声空化作用下变成更多更小的颗粒，在钢液凝固过程中增加了结晶形核的核心数量，使高碳钢的凝固组织细化。在钢液凝固过程中进行超声波处理，初生树枝晶被超声波击碎形成均匀细小的等轴晶，高碳钢凝固组织也会发生显著变化。
第二讲稀有金属冶金（朱鸿民老师）稀有金属是指在地壳中
含量极少, 分布较散、提炼较难、用途重要的金属。现在各国都重视资源战略。对用
于发展高新技术及国防军工材料的合金元素统称为战略合金元素。他们是指：铬Cr、镍Ni、钼Mo钒V、钨W钻Co钽Ta、铌Nb钛Ti及铈Ce-镧La等。稀有金属以其独特的
性能和作用,是原子能、航空航天、半导体、电子技术、特种钢材、超级合金以及导弹火箭、军火工业等众多关乎国计民生和国防安全方面所必需的金属材料。为此, 对稀有金
属特殊的战略需要迫使世界各国将稀有金属作为及其重要的战略物资进行大量储备。
经过这节课的学习，我对稀冶这个专业又有了更深的认识。通过朱老师对钨冶金、钛冶金等的介绍，也让我认识到，各个专业，各个学科，甚至各个领域的相通之处。同时，朱老师给我们传达的最重要的一个观念就是，要有思想，要有创新，这对我们在以后的学习工作中将受益匪浅。
稀有金属常见的制备方法有：氢还原法，水溶液电解，熔融盐电解，碘化物热分解，金属热还原法，萃取法，离子交换法等。这也是冶金行业中，几乎所有的金属的冶炼方法，只是具体到某一种元素时，因其特性不同，冶炼方法有所不同。
1、氢还原法氢还原法是制备稀有金属使用的最早的方法。早期的钨、钼、锗、铼等金属常用此方法制备。
目前国内外采用多种制备超细钨粉的方法，其中最引人注目的是六氯化钨氢还原法。赵秦生等人以金属钨粉或钨废料为原料，在通氢气情况下加热反应器，氯化段的温度加热到800C保温，还原段加热至1000C。待温度升至所需温度，保温一小时，使水份得以有效除去。然后在外管继续通氢的情况下，内管停止通氢，改通氩气，以赶除内管中的氢气。待内管中的氢气赶完，可将氯气随同氨气一道通入内管。此时氯气即与原料钨反应，生成气态的六氯化钨与五氯化钨的混合物。此氯化钨随氩气从内管流入还原段外管，与已预热了的外管氢气相遇，发生气相反应，按下式生成超细钨粉：
WCl6+3H2=W J +6HCI T。
在制备钼粉工艺中，氢气还原法[2]是制备钼粉的传统方法，它是以钼酸铵为原料，通过焙烧、两阶段还原成钼粉的。此方法制备钼粉的成本比较低，并且，易进行工业化规模生产，产出的钼粉纯度较高，其粒径一般在微米级，达不到纳米级超细钼粉。
在氢还原法制备的过程中，应注意大部分的稀有金属的熔点较低，具有挥发性，所以在制备的过程中须控制好温度。
2、水溶液电解法
水溶液电解已有一百多年历史，是一种重要的有色冶金方法。稀有金属中的镓、铟和和铊可以从水溶液中电解制得，其电解质分别为镓酸钠、硫酸铟或草酸铟复盐和硫酸铊溶液。从电解池中析出的金属可于氢气下压制成金属棒或块。也有相关资料报道可以从水溶液中电解积铼，其电解质为高铼酸钾溶液，电解积铼得到光辉的金属层，色泽随着时间变化而稍变暗。
3、熔融盐电解法
熔融盐电解也是制备稀有金属常用的方法。锂、铍和希土族的金属可以用这种方法生产，有时钍、铀也可以用这种方法来制备。电解质主要为氯化物或氟化物复盐等。电解制备稀有金属比较经济，操作也比较简单，但不易获得纯品。
当前，工业上钛的冶炼方法主要是Kroll 法（克劳尔法）。但这种方法生产成本高，使得钛的应用有所限制。如能从熔融盐中直接电解得到钛，就可减少成本。然而，从熔融盐中电解得到的固态钛很可能是树枝状晶，需要再经过真空电弧重熔。如果能得到液态钛，上述问题即可迎刃而解。但因钛的熔点高，高温活性大，保持其液态是非常困难的[6]。因此从熔融盐中电解炼钛的技术仍在探索中。
4、碘化物热分解法
碘化物热分解法是制备稀有金属最著名的方法。该法是利用纯碘化物在高温下分解，获得海绵状纯金属，再于真空或惰性气体下压制面金属棒或矿。可用于制备铪、锆、钍、钛等纯金属。该方法虽然能制得纯度很高的金属，但是成本很高，不宜大量生产。5、金属热还原法
金属热还原法是一种重要的生产稀有金属的方法，可分为金属卤化物还原和金属氧化物还原。目前大多数的金属，如：铍、钛、锆、钍、铀、铌、钽和希土元素都用这种方法来制备，尤其是目前制备钛、锆、铪、铌、钽等难熔金属的最常方法。用作还原剂的金属有镁、钙、钠、钾、锂、铝等。还原时将卤化物或氧化物和还原剂混合置入装置中，在高温下还原。反应完毕后，可得到纯金属。还原过程中不能有空气和氮气存在，因为大多
数金属会与氮气反应生成氮化物。
6、萃取法
液体萃取是分离、净化和富集稀有金属的主要工业方法之一。现在这种先进的工艺方法成功地用于制取大多数稀有金属以及贵金属和有色金属。我国在稀有金属工业中采用萃取法进行工业规模生产，主要是建立在使用两种萃取剂一TBP和P204的基础上。用TBP 从硝酸盐溶液中萃取稀土的方法，最适合在实践中应用。采用100%的T B P —稀土硝酸盐—盐析剂的萃取体系制取稀土的方案，可应用在所有的稀土工业企业中，以便于自然稀土混合物的分组以及分离析出镧、铈、镨、钕和钇的纯氧化物。在生产实践中，正采用着以P204萃取法由氯化物溶液分离铕和钇组元素的方案。
7、离子交换法
在国外起步较早的离子交换提钒法，通常采用焙烧、酸浸、碱浸等工艺将钒渣中的钒转化成水溶性含钒离子，再根据物料的不同采用不同的离子交换剂，并调整溶液pH 值，在离子交换柱上发生吸附反应，钒被固定于离子交换柱上，并实现了与杂质的分离；再经脱附，钒转入洗脱液中。
第三讲高品质钢的品种与质量控制（陈伟庆老师）陈伟庆老师介绍的大概内容主要包括高质量钢的品种、钢质量的要求、洁净钢的冶炼技术、洁净钢的连铸技术、精炼渣的作用以及高质量钢的冶炼技术。
随着社会发展的需要，各种高质量的钢种愈发受到市场的青睐，客户也对钢提出了更高的要求，陈老师主要叙述了获得高质量钢种所需要的一些因素，以及高质量钢的质量所提出的一些要求。对于洁净钢的冶炼技术主要包括转炉炼钢工艺和电炉炼钢工艺两类。洁净钢的连铸技术主要通过对中间包、结晶器和连铸时的控制来获得客户需要的钢材。中间包位于钢包和结晶器之间，起着减压，稳流，去渣，贮钢分流等作用。而结晶器作为连铸机非常重要的部件，称之为连铸设备的心脏，钢液在结晶器内冷却初步凝固成一定坯壳厚度的铸坯外形，并被连续的从结晶器下口拉出，进入二冷区。精炼渣主要是去除和吸收钢中上浮的夹杂。高质量钢的冶炼技术从板材、棒线材。两方面进行了介绍。其中板材包括海洋用钢、抗氢致裂纹钢、IF 钢、无晶粒取向硅钢等，棒线材包括焊条和软线钢、冷镦钢、高级硬线钢等。1，管线钢中碳的作用与控制
按照A P I标准规定,管线钢中的碳含量通常为0.118 %?0.128 %，但实际生产的管
线钢中的碳含量却在逐渐降低, 尤其是高等级的管线钢, X80 管线钢, 其碳含量仅为0106 %。对于低温条件使用的管线钢, 当钢中碳含量超过0.104 %时, 继续增加碳含量将导致管线钢抗H IC 能力下降, 使裂纹率突然增加。当碳含量超过0.105 % 时, 将导致锰和磷的偏析加剧。当碳含量小于0.104 %时,可防止H IC。
2, 钢中硫的作用与控制
硫是管线钢中影响钢的抗H IC能力和抗SSC能力的主要元素。研究表明：当钢中硫含量大于0.1005% 时，随着钢中硫含量的增加, H IC 的敏感性显著增加。当钢中硫含量小于0.1002%时，H IC明显降低,甚至可以忽略此时的H IC。管线钢中硫的控制通常是在炉外精炼时采用喷粉、加顶渣或使用钙处理技术完成。
3, 钢中氧的作用与控制
钢中氧含量过高，氧化物夹杂以及宏观夹杂增加，严重影响管线钢的洁净度。钢中氧化物夹杂是管线钢产生H IC和SSC的根源之一，危害钢的各种性能，尤其是当夹杂物直径大于50微米后，严重恶化钢的各种性能。为了防止钢中出现直径大于50
微米的氧化物夹杂，减少氧化物夹杂数量, 一般控制钢中氧含量小于0.10015 %。采用炉外精炼可获得较低的氧含量。
4, 钢中氢的作用与控制
钢中氢是导致白点和发裂的主要原因。管线钢中的氢含量越高，H IC 产生的几率越大，腐蚀率越高，平均裂纹长度增加越显著。
5，钢中磷的作用与控制由于磷在管线钢中是一种易偏析元素, 在偏析区其淬硬性约为碳的2 倍。
6，钢中夹杂物的作用与控制
在大多数情况下，H IC 都起源于夹杂物，钢中的塑性夹杂物和脆性夹杂物是产生H IC的主要根源。分析表明,H IC端口表面有延伸的M nS和A I2O3点链状夹杂，而SSC的形成与H IC的形成密切相关。因此，为了提高抗H IC和抗SSC能力，必须尽量减少钢中的夹杂物、精确控制夹杂物的形态。钙处理可以很好地控制钢中夹杂物的形态，从而改善管线钢的抗H IC和SSC能力。
第四讲轻金属冶金前沿技术(薛济来老师) 本部分薛老师轻金属中
的铝冶金和钛冶金的冶炼。主要对铝冶金和钛冶金的生产工艺流程，其技术发展以及目前世界上各国家的前沿技术进行了简要介绍，并仔细的分析了我国与美日等国家在轻金属冶金前沿技术领域的差距以及存在的一些问题。
其中金属铝是性能优异、用途广泛、关联度大的基础轻金属材料, 在国民经济发展中具有不可替代的重要作用。它具有密度小、塑性高、优良的导电导热性和抗蚀性等优点, 而大量应用于农业、轻工业、军事工业、交通运输业和航空航天等领域。目前世界上铝的冶炼主要采用冰晶石氧化铝熔盐电解法炼铝工艺, 然而该法所存在的问题长期以来未能从根本上得到解决, 其他炼铝新工艺的探索研究从未停止过。近些年来, 人们对常压碳热还原法炼铝研究较多, 然而该法需在2000摄氏度以上才能将金属铝还原, 且产物金属铝与渣相难以分离, 最终得到铝的合金。而氧化铝真空碳热还原氯化法炼铝作为一种新的炼铝法, 理论上真空条件可降低生成金属铝的热力学温度, 工艺流程短, 设备简单, 且产物金属铝与渣相容易分离。
氧化铝真空碳热还原氯化法炼铝过程分三步进行: 氧化铝碳热还原过程( 50-100
Pa ，高于1693 K) , 2AI 2O3+ 3C= AI 4O4C+ 2CO(g) 2AI 2O3+ 9C= AI 4C3+ 6CO(g) 碳热氯化过程( 70- 150 Pa ，高于1753 K) , AI4O4C+ 3C+ 2AICI 3(g) = 6AICI(g) + 4CO(g) AI4C3+ AI 2O3+ 3AICI 3(g) = 9AICI(g) + 3CO(g) AI4O4C+ AI 4C3+ AI 2O3+ 3C+ 5AICI 3(g)= 15AICI(g) + 7CO(g)
低价氯化铝AlCl（g）低温歧化分解过程（ 50-200Pa, 低于933 K） ,
3AlCl（g） = 2Al+ AlCl3（g,s）
第五讲现代炼铁技术（高炉高效低耗炼钢）（吴铿老师）吴老师首先主要对电炉、高炉和转炉进行了简要的介绍。
吴老师还评述了国际上发展较快的几种主要非高炉炼铁工艺流程。其中CORE、X FINEX和HISMELT等熔融还原流程可以避免炼焦工艺引发的环境污染。成熟的竖炉气
基还原工艺是COREX流程工业化的重要保障,粉体流化床由于粘结等问题尚未完全解决和铁浴炉二次燃烧与炉衬侵蚀之间的固有矛盾注定了FINEX和HISMELT实现的难度远高于COREX流程。气基还原流程（MIDREX HYL- III 、FINMET）目前都要使用天然气资源, 很难在我国得到发展。转底炉可使用低强度的含碳球团, 给煤基直接还原流程注入新的活力, 但其能耗高、生产效率低、产品质量差将会制约它的发展。我国自主研发的炼铁新工艺, 即低温快速还原工艺, 目前仍处于研究开发阶段, 它能够实现低温快速
还原反应, 是一种能耗低、污染少、资源利用率高的新型绿色冶金工艺流程, 具有良好的发展前景。
第六讲现代连铸技术（张家泉老师）为满足用户对连铸机的高生产率和高的产品质量的要求, 现代连铸机在工艺优化、装备改进和自动控制等方面都有很大发展。张老师主要综述了提高连铸机生产率、铸坯洁净度及铸坯表面和内部质量等方面所采用的技术措施。
连铸过程生产洁净钢一是移除液体钢中氧化物夹杂, 进一步净化进入结晶器的钢水; 二是防止钢水的再污染。对于液体钢中夹杂物去除主要决定于:夹杂物形成，夹杂物传输到钢/ 渣介面，渣相吸附夹杂物。对于防止连铸过程钢水再污染, 主要决定于钢水二次氧化，钢水与环境、钢水与空气、钢水与耐材相互作用，钢液流动和液面稳定性（渣- 钢界面紊流、涡流），渣钢乳化卷渣（渣/ 钢界面紊流、涡流）。
对连铸生产过程而言，主要技术对策有：1，保护浇注技术、2，中间包冶金技术、3，中间包覆盖渣、4，碱性包衬、5，中间包电磁离心分离技术、6，中间包真空浇注
技术，7，中间包热操作技术、8，防止下渣和卷渣技术、9，结晶器钢水流动控制技术。
第七讲水热合成及其应用（于然波老师）
于老师首先给出了水热合成的定义：即在一定温度和压力下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。然后由不同温度下的低温水热合成、中温水热合成和高温高压水热合成分别作了简要的介绍。
水热合成反应是在温度为100?1000 C、压力为1MPa?1GPa的条件下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。在亚临界和超临界水热条件下,由于反应处于
分子水平,反应性提高,因而水热反应可以替代某些高温固相反应。又由于水热反应的均相成核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材料。
水热合成反应釜包括水热合成在内的无机合成化学,近期在凝聚态物理领域的某些强关联体系做出了重要的贡献。目前的强关联无机固体的研究孕育着新概念、新理论和新材料。具有特殊光、电、磁性质及催化性能的无机材料合成、制备与组装以及结构与性能之间关系研究的突破,导致新物种和新材料的出现,甚至会带动新的产业革命。新型无机化合物及功能材料的大量开发,主要依赖于新的合成途径、合成技术与相关理论的发展。
针对国际上目前在无机材料的合成与制备研究方面的前沿动态,我们提出并发展了先进材料水热合成路线,深入广泛地探讨不同类型具特殊光、电、磁、催化功能的无机材料的合成与制备技术,系统地研究它们的形成规律和反应机制以及它们的结构、组成、性能及彼此之间的关系。我们应用变化繁多的水热合成技术和技巧,制备出了具有光、电、磁性质的包括萤石、钙钛矿、白钨矿、尖晶石和焦绿石等主要结构类型的复合氧化物。该系列复合氧化物的成功水热合成,替代及弥补了目前
大量无机功能材料需要高温固相反应条件的不足。
第八讲质谱分析技术在冶金物理化学研究中的应用（胡晓军老师）胡晓军老师主要根据已有的冶金物理化学知识，将质谱分析技术和物理化学知识有机的联系在一起，并如何解决生产实践中所遇到的问题。这部分胡老师主要是简要介绍了质谱分析技术的相关原理，以及如何将质谱分析技术应用到冶金物理化学的研究领域中，为我们进行冶金物理化学的研究提供了一种新的途径。
第九讲电化学储能与能量转换及其关键材料（李建玲老师）
李老师根据大量的电化学的基础理论知识，简要介绍了燃料电池、DMFC、锂离子二次电池的优点以及还仍然存在的一些问题，并说明了这些电池的工作原理，以及电池的正负极反应的书写。通过这种电化学储能使得电池在我们的日常生活中得到了非常广泛的应用。
电化学储能是采用电化学手段将能量以电能的形式储存在超级电容器中。超级电容器通常以多孔活性炭作为载体。用作超级电容器的多孔活性炭要求具有高比表面积，高化学稳定性和低电阻。同时为提高冲放电的效率需要控制多孔活性炭材料的孔径分布，以减少在细孔深部形成双电层的阻力。自然界中存在着很多形式的能源，如太阳能、风能、水能、核能、化学能等。但大多数形式的能源都是转换成电能才能得以利用，在能量转换过程中就会损失大量的能量，因此有必要研究能量的高效转换方式。目前燃料电池和太阳能电池的研究和开发，可以将储存在燃料中的化学能或太阳能高效、清洁地直接转变成电能，以缓解我国能源短缺的现状并为节能减排提供技术支撑。
高品质钢的品种与质量控制随着客户对钢质量的不断增
加, 对管线钢的质量要求也越来越高。对厚壁管除要求高强度、高韧性,还对其抗氢致裂纹(H IC)和抗硫应力致裂纹(SSC)以及良好的野外可焊接性能提出了更高的要求。由于H IC 是目前管线钢失效和发生事故的主要原因,研究各成分对H IC 的影响就变得很重要。只有深入了解各成分的作用及对性能的影响, 选择合理的冶炼工艺进行精确的成分控制和夹杂物形态控制, 才会冶炼出高洁净度的管线钢, 满足高品质、高性能的要求。
1 管线钢中碳的作用与控制
按照A P I标准规定，管线钢中的碳含量通常为0118 %?0128 %，但实际生产的管线钢中的碳含量却在逐渐降低，尤其是高等级的管线钢,对于低温条件使用的管线钢，当钢中碳含量超过0.104 %时，继续增加碳含量将导致管线钢抗H IC 能力下降，使裂纹率突然增加。当碳含量超过0.105 % 时,将导致锰和磷的偏析加剧。当碳含量小于
0.104 %时，可防止H IC。对于寒冷状态下含硫环境管线钢，如果碳含量降低到小于
0.101%，热影响区的晶界将脆化，并引起热影响区发生H IC 和韧性的降低。因此日本钢管公司福山厂提出：在综合考虑管线钢抗H IC 性能、野外可焊性和晶界脆化时,最佳碳含量应控制在0.101 %?0.105%之间。采用炉外精炼是实现对碳含量精确控制的有效手段。日本钢管京滨厂采用50 t高功率电炉与一台VAD和VOD双联精炼炉冶炼输油管线钢。处理前的碳含量为0.140 %?0.160 %，在VOD中真空室压力低于9.3 kPa时，吹入氧气流量为800?1000m 3/h，处理后碳含量可达0.103 %?0.105 %。其他钢厂在RH 上采用增大氩气流量、增大浸渍管直径和吹氧等方式进行真空脱碳，保证了管线钢精确控制碳含量的要求。精炼后还要避免耐火材料造成的增碳问题。
通常采用以下防范措施：①使用不含碳或低碳的耐火材料；②同一耐火材料的反复使用。
2 管线钢中硫的作用与控制
硫是管线钢中影响钢的抗H IC能力和抗SSC能力的主要元素。研究表明：当钢中硫含量大于0.1005 % 时，随着钢中硫含量的增加，H IC 的敏感性显著增加。当钢中硫含量小于0.1002 %时，H IC明显降低,甚至可以忽略此时的H IC。当X42等低强度管线钢中硫含量低于0.1002 % 时, 裂纹长度比接近于零。然而由于硫易与锰结合生成M nS 夹杂物，当M nS夹杂变成粒状夹杂物时，随着钢强度的增加，单纯降低硫含量不能防止H IC。如X65管线钢，当硫含量降到20X10- 6时，其裂纹长度比仍高达30 %以上。硫还影响管线钢的低温冲击韧性。降低硫含量可显著提高冲击韧性。管线钢中硫的控制通常是
在炉外精炼时采用喷粉、加顶渣或使用钙处理技术完成。采用RH-PB法可以将钢中硫含量控制在[S ] < 10X 10- 60
3 管线钢中氧的作用与控制
钢中氧含量过高, 氧化物夹杂以及宏观夹杂增加，严重影响管线钢的洁净度0钢中氧化物夹杂是管线钢产生H IC和SSC的根源之一，危害钢的各种性能，尤其是当夹杂物直径大于50微米后, 严重恶化钢的各种性能0为了防止钢中出现直径大于50Lm 的氧化物夹杂, 减少氧化物夹杂数量, 一般控制钢中氧含量小于0.10015%0采用炉外精炼可获得较低的氧含量，将会较好的控制氧含量0
另外，由于耐火材料供氧，钢水在运输和浇注过程中应尽量减少二次氧化0 通过改进中间包挡墙和坝结构以及选择良好的中间包覆盖渣和连铸保护渣，可取得较好的效果0 4 管线钢中氢的作用与控制
钢中氢是导致白点和发裂的主要原因。管线钢中的氢含量越高，H IC 产生的几率越大，腐蚀率越高，平均裂纹长度增加越显著。利用转炉CO 气泡沸腾脱氢和炉外精炼脱气过程可很好地控制钢中的氢含量。采用RH、DH或吹氩搅拌等均可控制［H ］< 1.5X10- 6。新日铁名古屋厂采用RH处理后，［H ］为1.5X10- 6。鹿岛制铁所使用RH 脱氢处理,氩气流量为3.0 m 3/m in时，成品中［H ］为1.1 x 10- 6左右。
另外，要防止炼钢的其他阶段增氢。采用钢包和中间包预热烘烤可以有效降低钢水的吸氢量。连铸过程中，在钢包和中间包系统中对保护套管加热和同一保护套管的反复使用可明显降低钢液的吸氢量。
5 管线钢中磷的作用与控制
由于磷在管线钢中是一种易偏析元素, 在偏析区其淬硬性约为碳的2倍。由2倍磷含量与碳当量（2P+ Ceq）对管线钢硬度的影响可知［2 ］:随着2P+Ceq的增加,含
0.112 %?0.122 %C的管线钢的硬度呈线性增加；而含0.102%?0.103 %C的管线钢，
当2P+ Ceq大于016 %时，管线钢硬度的增加趋势明显减缓。
磷还会恶化焊接性能，对于严格要求焊接性能的管线钢，应将磷限制在0.104 % 以下。磷能显著降低钢的低温冲击韧性, 提高钢的脆性转变温度，使钢管发生冷脆。而且低温环境用的高级管线钢，当磷含量大于0.1015 % 时, 磷的偏析也会急剧增加。在炼钢整个过程中均可脱磷, 如铁水预处理、转炉以及炉外精炼，但最终脱磷都是采用炉外精炼来完成。名古屋厂采用RH-PB脱磷将［P ］降到10x 10- 6。鹿岛制铁所采用L F分段工艺进
行精炼，脱磷终了时［P ］ < 10X10- 6,成品中［P ］ < 15X 10- 6。
其LF分段精炼工艺要点如下：①转炉脱磷出钢后，在L F中吹入气体，进行强搅拌脱磷；②完全去除脱磷渣，防止回磷，然后进行还原精炼；③喷吹CaSi粉剂，获得超低磷钢。
6 管线钢中锰的作用与控制
由于高级管线钢要求较低的碳含量, 因此通常靠提高锰含量来保证其强度。锰还可以推迟铁素体一珠光体的转变，并降低贝氏体的转变温度，有利于形成细晶粒组织。但锰含量过高会对管线钢的焊接性能造成不利影响。当锰含量超过 1.5 % 时, 管线钢铸坯会发生锰的偏析，且随着碳含量的增加，这种偏析更显著。锰对于X40?X70级, 厚度为16?25mm管线钢抗H IC性能也有影响,主要分为三种情况：含0.105 %?0.115 %C 的热轧管线钢, 当锰含量超过 1.0 % 时, H IC 敏感性会突然增加。这是由于偏析区形成了硬“带”组织的缘故。对于Q T （淬火+回火）管线钢,当锰含量达到1.6% 时, 锰含量对钢的抗H IC 能力没有明显影响。但在偏析区, 碳含量低于0.102 % 时, 由于硬度降到低于300 HV , 此时即使钢中锰含量超过2.0% , 仍具有良好的抗H IC 能力。
7 管线钢中夹杂物的作用与控制
在大多数情况下，H IC 都起源于夹杂物，钢中的塑性夹杂物和脆性夹杂物是产
生H IC的主要根源。分析表明，H IC端口表面有延伸的M nS和A I2O3点链状夹杂，而SSC的形成与H IC的形成密切相关。因此，为了提高抗H IC和抗SSC能力，必须尽量减少钢中的夹杂物、精确控制夹杂物的形态。钙处理可以很好地控制钢中夹杂物的形态，从而改善管线钢的抗H IC和SSC能力。当钢中硫含量为0.1002 %?0.1005 %时，随着CaoS的增加，钢的H IC敏感性下降。但是，当CaoS达到一定值时，形成CaS 夹杂物，H IC 会显著增加。因此，对于低硫钢来说，CaoS 应控制在一个极其狭窄的范围内，否则，钢的抗H IC能力明显减弱。而对于硫低于0.1002 %的超低硫钢, 即便形成了CaS 夹杂物，由于其含量相对较少，CaoS 可以控制在一个更广的范围内。
8 结语
要生产高洁净度的管线钢，在进行冶炼工艺选择时，仅考虑炉外精炼的功能和控制技术是不够的，还应考虑到铁水预处理、转炉、连铸等各个生产环节上的诸多因素，进行复合冶炼工艺的开发。