1-1钢中夹杂物检测及其控制技术术

钢中夹杂物检测及纯净钢生产技术

包燕平

北京科技大学冶金工程研究院

2010年2月

主要内容

1.概况

2.钢洁净度（夹杂物）的检测方法

3.纯净钢生产流程的特点

4.钢中超低碳的冶炼技术

5.钢中超低氮生产技术

6.钢中纯净度的控制

7.非稳定态连铸质量控制技术

1、概况

¾纯净化是现代钢铁材料发展的主要趋势

¾洁净钢生产是当代炼钢技术发展的重大方向

¾“洁净钢”概念是20世纪60年代由欧洲学者最早提出，专指通过严格控制钢中夹杂物提高钢材强韧性和塑性的工艺方法

¾20世纪80年代日本学者进一步提出“纯净钢”的概念，将钢中夹杂物和杂质总量结合起来，定义∑

（S+P+N+TO+H）≤100ppm

¾70年代至80年代中期，大型转炉、铁水预处理技术和二次精炼技术得到蓬勃发展，到这个时期才真正奠定了洁净钢生产的基础，使钢水的洁净度得到长足进步。

¾洁净钢的一个重要进展是Kiessling扩充了纯净钢的概念，他把有害的微量元素(Pb、As、Sb、Bi、Cu、Sn)也包括在内。

¾1993年，D·Mu和Holappa在总结大量文献的基础上，又进一步提出了纯净钢的概念。他们认为，纯净钢的概念应随工艺的发展、钢的级别和用途而异；并认为，纯净钢包括两方面的内容：一是钢中杂质要超低量；二是严格控制钢中非金属夹杂物的数量和形态。

¾目前提出建立大批量、低成本、稳定生产纯净钢的技术平台

综上所述可知：

（1）洁净钢的概念是相对的，在不同用途的钢中，某种元素是杂质，而在另一种钢中却是有益元素，如S对于洁净钢是杂质，而对易切削钢却是有益元素；

（2）洁净度随着工艺技术及装备的发展不断得到提高；（3）在一定用途要求的钢中，有的洁净度要求只控制其中的一个主要元素，有的要求同时控制其中的多种元素。（4）洁净钢既非一个或一类钢种，亦无国家标准，而是客户对钢厂提出产品要求后，各国钢铁厂在工艺、装备不断改进下，逐步提高洁净度的各类钢。

•提高钢的纯净度，生产更高质量的钢材是近二十年来炼钢技术发展的趋势；

•钢中碳、磷、硫、氮、氢、氧杂质总量已能够去除至40ppm以下；•纯净钢生产是当前炼钢科研的“热点”。

典型钢种的纯净度要求

元素 IF 钢

中厚板 无取向硅钢 CSP 热镀锌板 轴承钢(100Cr6)C (%)

< 0.0030 0.06～0.08 < 0.0030 0.02～0.04 0.90～1.00 Si (%)

< 0.02 0.30～0.35 3.2～3.4 < 0.03 0.20～0.30 Mn (%)

0.10～0.15 1.5～1.6 < 0.15 0.20～0.25 0.30～0.40 P (%)

< 0.015 < 0.010 < 0.040 < 0.012 < 0.020 S (%)

< 0.010 < 0.0010 < 0.0020 < 0.005 0.005～0.010 Al (%)

0.02～0.04 0.02～0.05 1.40～1.60 0.02～0.04 < 0.002 Ti (%)

0.06～0.08 < 0.002 N (ppm)

< 30 < 50 < 20 < 45 < 70 H (ppm)

< 2.5 < 2.0 纯净度要求

高 高 高 夹杂物改性

要求 要求 要求

超低碳钢：[C]≤

10ppm

超低硫、磷钢：[S]≤5 ppm ，[P]≤40ppm 超低碳、硫、氮钢: ≤20~30ppm 超低氧钢: T[O] ≤5ppm

2 钢洁净度的量度

¾钢中的氧－钢洁净度的量度

¾大样电解夹杂物

¾金相分析法

¾超声波检测

¾电解分析法

¾原位分析法

¾原貌检测法

钢铁生产过程中氧位变化

（1）

钢中的氧－钢纯洁度的量度

铁矿

高炉冶炼

直接还原+电炉

粗钢

钢水

还原阶段

炼钢阶段精炼阶段

生铁

0.01

0.01

0.1

0.1

1

110

10100

C,%O,%钢铁生产过程氧位的变化

炼铁是一个还原过程：

高炉内加入还原剂（C 、CO ）把铁矿石中的氧（Fe 3O 4、Fe 2O 3）脱除，使其成为含有C 、Si 、Mn 、P 、S 的生铁。炼钢是一个氧化过程：

把纯O 2吹入铁水溶池，使C 、Si 、Mn 、P 氧化变成不同含碳量的钢液，当吹炼到终点时，钢水中溶解了过多的氧，称为[O]溶或a [O]，出钢时，在钢包内必须进行脱氧合金化，把[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

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

。

因此，可以用钢中总氧T

[O]来表示钢的洁净度，也就是钢中夹

杂物水平。钢中T

[O]

越低，则钢就越“干净”。

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）。