精炼工艺对冶金缺陷和拉伸性能的影响

赵大同

摘要：钢丝是以热轧盘条为原料经过冷拔而得到的钢材，随着现代工业的发展，对钢丝的质量要求越来越高，而传统的炼钢设备和炼钢工艺难以满足用户越来越高的要求。现代炼钢生产技术的质量要求必须依靠科技进步，首先是优化冶金工艺流程，才能使钢丝的质量得到保证。本文首先概述了盘条钢丝的冶金质量要求，分析了传统电炉炼钢法存在的问题，最后探讨了炉外精炼工艺对冶金缺陷和拉伸性能的影响。

关键词：钢丝；精炼工艺；冶金缺陷；拉伸性能

众所周知，我国是钢铁大国，每年的钢铁生产量与需求量稳居世界第一。虽然钢铁质量也有了大幅度的提高，但是也存在一定的缺陷，需要继续提高精炼工艺。当前影响钢材性能和使用寿命的重要因素是化学成分、显微组织、气体、夹杂（和表面质量等，这些因素很大程度上取决于钢的精炼工艺质量。而钢丝是以热轧盘条为原料经过冷拔而得到的钢材，但是由于钢的冶金质量而引起钢丝强度偏低、性能不均、易脆断、表面质量不好等情况比较常见，这就要求进一步提高钢的冶金质量，提高钢丝质量。本文为此具体探讨了精炼工艺对冶金缺陷和拉伸性能的影响，现报告如下。

1.盘条钢丝的冶金质量要求

盘条是钢丝的原料，生产均质钢丝的关键是盘条钢的化学成分均匀，化学成分对钢的内部组织、性能及成品质量起决定作用【1】。而硫磷含量是造成成分偏析的重要因素，它以夹杂物的状态存在于钢丝中，并会造成冷加工时的突然断裂【2】。而内部缺陷如缩孔、疏松、气泡、非金属夹杂、偏析及过热等，直接关系到盘条的内在质量。钢中气体及非金属夹杂物会使钢丝拉拔时出现发纹及分层现象，影响钢丝内在质量。因此应尽量减少原料的内部缺陷，尤其是要降低偏析与夹杂，进一步提高钢的纯净度【3】。

2.传统电炉炼钢法存在的问题

传统的电炉炼钢法采用电弧作为热源，在温度、炉内气氛和炉渣性质的控制上，有相当大的灵活性，是具有较强精炼能力的一种炼钢方法。但是使由电弧作为热源的优越性不能充分发挥，或被难以避免的、不合理的工艺安排所抵消【4】。例如碱性电弧炉中所造的还原渣的脱硫能力不能被充分利用。并且钢中氧化物夹杂主要来源于混渣、二次氧化和浇注系统耐火材料的侵入，而出钢和浇注时的二次氧化则是成品材中脆性氧化铝夹杂的主要来源。同时传统炼钢过程中的出钢和浇注易造成钢液的吸气、二次氧化以及钢中易氧化元素的二次脱氧，均使钢的纯净度下降。

3.炉外精炼工艺对冶金缺陷和拉伸性能的影响

3.1 炉外精炼工艺的价值

炉外精炼也就是二次精炼技术，其实从各个不同的角度，以不同的方式，创造尽可能好的冶金反应的动力学条件。例如应用喷粉以增强反应界面；应用各种方式的搅拌以增大传质系数和扩大反应界面。我们需要将粗钢液从初炼炉中出至具有浇注功能的容器中，有针对性地创造精炼条件进行二次精炼，再将精炼的钢液直接浇注成坯以避免已精炼的钢液与大气接触，再度被氧化。由于二次精炼后的钢液，可以直接送浇注工段浇注，从而避免了已精炼好的钢液在出钢过程中的再污染，解决了传统的电弧炉炼钢工艺在安排上的不合理和矛盾的问题。

可以说初炼工艺是确保钢质量的前提，而精炼工艺则是保证钢质量的关键，它对初炼钢水的成分进行微调，进行去气、合金化、脱氧、脱硫、排除夹杂、调节和均匀钢液的温度、化学成分，并为后步工序创造最佳的浇注条件。

3.2 炉外精炼工艺的方法与质量

3.2.1 脱氧与钢质量

钢液中除了有极微量的自由氧外，氧主要以[FeO]的形式存在。因此脱氧反应的机理就是用与氧的亲和力比铁大的元素把铁从[Feo]中还原出来，使生成的脱氧产物比较稳定且能迅速排除。另外碳的脱氧能力随着温度的升高变化不大。但碳的脱氧能力有限，钢液不能完全用碳脱氧。这是因为钢液在冷却凝固过程中，温度的降低，碳的活度急剧升高，有CO或C02气泡生成，破坏了钢的连续性。因此钢液的脱氧不能用碳作为单一的脱氧剂，一般先用碳进行脱氧，然后再用硅锰等脱氧能力较强的元素，或者将碳和其他脱氧剂同时使用。

同时为了获得颗粒大、熔点低、密度小、易上浮的脱氧产物，可在冶炼过程中经常使用复合脱氧剂。它们的主要特点是在反应区内同时存在几种脱氧产物，彼此聚集，易上浮排除。常见的复合脱氧剂有硅锰合金、硅锰铝合金、硅钙合金、硅锰钙合金和硅铝铁、硅铝钡铁等合金。在生产上，当分别使用硅铁和锰铁代替硅锰合金进行脱氧时，它们加入的先后顺序对钢中夹杂物的组成和含量有一定的影响。先加入锰铁。后加硅铁，生成的脱氧产物能够迅速从钢中排除。硅锰合金在脱氧的同时，还能降低钢中硫化物夹杂及提高钢的冲击韧性，脱氧产物要比用铝脱氧时少50%左右。

3.2.2 脱硫与钢质量

在精炼过程中，脱硫往往和钢液的脱氧同时进行由于脱硫反应是吸热反应，提高熔池温度也有利于脱硫。此外增大渣钢界面积能改善脱硫速度。渣钢界面积越大，脱硫速度越快，增大渣量有利于脱硫反应的进行，但渣量的增加应以熔渣的粘度不变坏为前提。还原精炼时，脱氧和脱硫是同时进行的，钢液的脱氧程度直接影响钢液的脱硫效果。钢中的氧含量越低，钢中的硫含量也越低；脱氧速度越快，脱硫速度也越快。此外，气体搅拌能提高反应速度和改善硫在炼钢熔体中的扩散与转移等动力学条件，有利于脱硫。

总之，氧化物与硫化物夹杂是影响拔丝钢的冶金与拉伸性能的重要因素，积极进行精炼能有效严格控制钢的成分，降低硫、磷含量。

参考文献：

[1]张燕燕，周纯涛，朱明明.重卡传动轴轴叉和端齿的锻造工艺及力学性能分析[J].广西轻工业，2011年6期.

[2]王志成，乔及森，陈剑虹，等.轿车用铝合金焊接接头局部力学性能分析[J].焊接学报，2009年1期.

[3]卢建伟，姚秀荣，刘兆晶，等.耐热铸钢GX12的组织与力学性能分析[J].黑龙江工程学院学报（自然科学版），2009年1期.

[4]丁晓非，姚年善，谢忠东，等.ZG40Cr25Ni20和ZG40Ni35Cr25合金CS_2反应管状态分析[J].石油化工腐蚀与防护，2009年5期.