浅谈特殊钢中非金属夹杂物的控制策略

卢春光

摘要：特殊钢是重大装备制造和国家重点工程建设所需的关键材料，是钢铁材料中的高技术含量产品，其生产和应用代表一个国家的工业化发展水平。非金属夹杂物对特殊钢质量影响显著，如易引起不锈钢冷轧薄板表面线鳞缺陷的产生、导致轴承钢探伤不合及疲劳破坏、降低弹簧钢的疲劳寿命等。因此，非金属夹杂物的合理控制是高品质特殊钢生产的关键问题之一。

关键词：特殊钢；非金属夹杂物；控制

一、不锈钢中夹杂物的控制

对于304不锈钢中夹杂物的控制，铝脱氧不锈钢总氧可降到很低水平，但是产生的高AlO类夹杂物对不锈钢危害很大。目前，主要采用硅脱氧，低精炼渣碱度顶渣精炼控制，此类夹杂物总数量较多，但是生成的硅酸盐类夹杂物对钢质量危害低得多。随着精炼渣碱度降低，夹杂物中AlO含量降低；同时，随着渣中AlO含量的降低，夹杂物中的AlO含量降低。低碱度低AlO精炼渣，有利于降低夹杂物中的AlO含量。初始夹杂物中的强氧化性氧化物SiO和MnO很容易被钢中的[Al]还原，夹杂物中生成AlO。因为高碱度会增加304不锈钢钢液中的[Al]含量，故夹杂物中的AlO含量随精炼渣碱度的增加而增加。

二、轴承钢中非金属夹杂物的控制

铝脱氧轴承钢中存在的夹杂物主要是：A类硫化物夹杂、B类氧化铝夹杂、D类球状氧化物、Ds类夹杂以及钛的碳氮化物。因此，轴承钢中非金属夹杂物控制策略为：一是减少钢中夹杂物数量；二是控制夾杂物的类型，抑制大尺寸球形AlO-CaO、TiN、（Ca，Mn）s夹杂的形成。

在减少钢中夹杂物数量方面采取的策略有：1、采用铝脱氧及高碱度精炼渣的强扩散脱氧技术，降低钢中氧含量；2、减少出钢过程带渣量，实现无渣出钢；防止精炼和连铸过程发生卷渣；3、利用精炼渣、吹氩、真空、电磁搅拌等方式去除钢中夹杂物；4、保护浇注过程采取氩封措施，适当增加吹气量，甚至可采取全封闭中间包，防止二次氧化发生；5、增加连铸机直立段长度，最好采用立式连铸机促进大尺寸夹杂物上浮，减少夹杂物被凝固坯壳捕捉等。

在控制钢中夹杂物类型方面采取的策略有：1、禁止钙处理。轴承钢若采用钙处理，必定会产生危害性极大的钙铝酸盐、硫化钙、硅铝酸钙等夹杂物，使轴承钢疲劳寿命大大降低；2、电炉出钢时不进行渣洗，以避免因钢渣剧烈反应导致钢中Ca含量增加；3、控制加入的合金中ca、Ti等杂质含量，在凝固过程中钢中Ti的含量越高，TiN析出物的尺寸就越大。Ti含量高会加剧水口结瘤，另外，Ti轴承钢加速炉渣和耐材中MgO的侵蚀，更易生成镁铝尖晶石夹杂，侵蚀后的耐火材料极易剥落，形成大颗粒含MgO类夹杂；4、真空精炼由VD改为RH，若使用VD真空精炼，则需采用浅真空及扒渣技术，减小渣钢反应程度，随着真空度的提高，钢中的钙含量增大，钢中D类夹杂增加，采取VD浅真空工艺在一定程度上能抑制钙铝酸盐夹杂物生成；5、优化结晶器浸入式水口结构，降低水口结瘤，防止水口结瘤无脱落造成轴承钢产品中的大型串状夹杂物；6、合适的精炼渣碱度。高碱度渣（caO/Si02>3）脱氧脱硫能力大、效率高，但是易生成钙铝酸盐型球状夹杂物，随着精炼渣碱度的增加，精炼前后钢中钙含量均增加。但有研究显示，精炼渣碱度为3-4.5时未发现单独存在的钙铝酸盐型球状夹杂物。而低碱度渣脱氧能力下降使得氧化物夹杂增加。因此应将精炼渣碱度控制到一个合适的范围内；7、合适的冶炼温度。温度比较低时，真空度对于渣中CaO还原影响有限。当温度高于1600℃时，真空度对渣中CaO还原有明显影响。随着真空度的提高，钢中的钙含量增大，钢中D类夹杂增加，从而降低轴承钢寿命。

三、弹簧钢中非金属夹杂物的控制

弹簧钢广泛用于飞机、铁道车辆、汽车、拖拉机等运输工具和工程机械等各种设备中，是制造各种螺施簧、扭簧、板簧及其类似作用的其他形状弹簧的钢种。由于AlO、铝酸钙、尖晶石等脆性夹杂物残留在钢中，对弹簧材料疲劳性能极其有害，因此可采用硅锰符合脱氧方式来控制弹簧钢中的夹杂物。此工艺路线是采用控制夹杂物种类、形貌、大小、分布的方法，严格控制钢中酸溶铝含量，避免AlO，的析出，将夹杂物控制在低熔点但具有良好变形能力的CaO-AlO-SiO系区域内。对此，要对加入的合金料中铝的含量和炉渣碱度进行严格控制。

四、结语

特殊钢中非金属夹杂物的控制是一个系统工程，在整个生产过程中，进行监控及调整且钢种不同，其关键的控制技术不同，非金属夹杂物的性质要求亦不同。除了一些普适性措施外，还应针对特定的钢种，采取特定的夹杂物控制方略。