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摘 要：总结了夹杂物在钢液中存在状态及Al2O3类夹杂物对冷镦钢的危害，目前一些钢铁企业对夹杂物的去除取得很大进步，但对钢种质量要求越来越高的今天，一些先进工艺需要进一步发展。
关键词：夹杂物；冷镦钢；夹杂堆钢
夹杂物按照尺寸一般分为超显微夹杂物、显微夹杂物、宏观夹杂物。超显微夹杂物指尺寸小于1μm的夹杂物，如细小的氮化物、氧化物等，冶炼过程不易去除，此类夹杂物在钢中的特点为分布均匀，少量的超显微夹杂物对钢的性能危害不大，而且在钢的凝固过程起到钉扎作用，细化晶粒，在去除夹杂物方面，一般不予考虑；显微夹杂物一般指尺寸小于13μm的夹杂物，在显微镜下可观测到，与钢中溶解氧含量有关；尺寸大于13μm的为宏观夹杂物，这类夹杂物的特点是在钢中偶然分布，对钢材质量影响最大。[1]
邯钢一炼钢一方生产的冷镦钢（如ML08Al-Y、SWRCH22A-2、10B21等）存在轧制过程夹杂堆钢现象，主要为Al2O3一类大颗粒夹杂物（宏观夹杂物）造成线材在轧制过程中开裂。而这种大颗粒夹杂物主要是因为小的脱氧产物聚集长大，直接进入铸坯或者在侵入式水口周围沉淀积累，大到一定程度后脱落，顺钢流进入铸坯内部，残留于钢中的簇状Al2O3夹杂物破坏钢组织的连续性，在冷镦过程中成为开裂的源头，降低冷镦成材率，在轧制过程中导致夹杂堆钢。同时，Al2O3夹杂降低了钢的塑性、韧性、疲劳强度、抗腐蚀能力。
1钢中夹杂物来源及在钢水中的状态
夹杂物可分为内生夹杂和外来夹杂物。外来夹杂物可由二次氧化、卷渣、耐材侵蚀、操作不当等产生的夹杂物。内生夹杂物又分为脱氧产物和沉淀析出物。脱氧产物是转炉出钢过程中，加入铝、硅等脱氧剂与钢水中的氧结合，形成“原始”的铝夹杂物和硅夹杂物。这类夹杂物可在后续中采用各种冶金手段最大限度去除。沉淀析出物是钢在冷却和凝固过程中，溶解氧、氮、硫的溶解度不断降低而析出。
2钢中夹杂物对钢的危害
夹杂物对钢的性能影响主要是降低钢的塑性、韧性，同时使下游客户对钢材再加工性能降低，表现为裂纹、沙眼、开裂、成品件质量低。
S.Ruddnik对夹杂物危害给出“临界”条件：①尺寸小于1μm；②距离大于10μm。
2.1夹杂物对钢的强度影响：
随着夹杂物尺寸的增加屈服强度和抗拉强度降低，一般认为夹杂物是引起钢材断裂的源头。
2.2夹杂物对钢的塑性影响：
铸坯在轧制过程中，容易变形的硫化物等夹杂物被钢基体“挤压”形成带状，这使得夹杂物对钢的纵向延性影响不太明显，而横向断面收缩率明显降低。
2.3夹杂物对钢的断裂韧性影响：
夹杂物含量与断裂韧性大小呈线性反比关系，钢中夹杂物与钢的热膨胀系数不同，尤其脆性夹杂物，在轧制变形过程中或使用过程中，夹杂物周围容易产生内应力，同时伴随韧窝出现，降低钢的断裂韧性。
3钢中夹杂物去除及控制方法
3.1控制转炉下渣
转炉出钢下渣量過大，①造成钢水回P，一般P在转炉钢渣中的比例系数为100～200，进入精炼造还原性气氛，使钢水P大量回升；②渣中FeO含在15%左右，精炼多用铝、铝合金做脱氧剂，下渣量过大，喂铝量增加，势必造成钢中Al2O3含量升高，而Al2O3是钢中最有害夹杂物之一。
正确的出钢方法：出钢摇炉过程中快速通过前、后下渣区，出钢过程中在大炉口不下渣的前提下，尽量使转炉向下倾动。将下渣量减至最少。尽量采用挡渣出钢的措施[2]。邯钢一炼钢采用滑板挡渣。我国气动挡渣尚待改进中。
3.2钢包吹氩
在钢液中，①氩气泡上浮动力带动钢液循环，加快夹杂物运动，促进夹杂物向钢渣界面传递速度，加快熔渣吸附夹杂物；②氩气泡表面具有吸附夹杂物的作用，随氩气泡上浮进入炉渣同时把夹杂物带入渣中；③钢液运动使得夹杂物的碰撞几率提高，夹杂物不断长大，上浮速度加快。
研究表明钢包吹氩压力过大，氩气在钢液中会形成气柱，降低夹杂物的脱除效果，同时也会吹开钢包顶渣，造成钢液的二次氧化，反而增大夹杂物的含量，吹氩量过少起不到去除夹杂物的效果，吹氩量一般控制在0.2-0.4m3/t[3]。邯钢一炼钢一方冷镦钢要求炉后吹氩目测吹开顶渣直径200-300mm，精炼加覆盖剂黑面操作，净吹量以液面微动为准，净吹时间延长至20分钟，取得良好效果，轧制过程因夹杂引起堆钢由3次/月降低为零。图1为钢种SWRCH22A，轧制规格6.5mm，在轧制过程因夹杂物造成的堆钢，经分析，主要成分为Al2O3。
透气砖改善措施：增加透气砖横截面积，提高透气砖吹氩缝隙总面积，减小氩气泡直径，使氩气泡在钢液中呈弥撒分布。利用钢水湍流，氩气泡再次被“击碎”减小到直径小于lmm，研究表明可有效去除50μm以下夹杂物。
优点是：设备简单，投资少，工艺简单，去除效果显著。目前各大钢厂普遍采用钢包吹氩。
3.3喂线
传统认为：①喂Si-Ca线后，Ca与钢中铝酸盐、硅酸盐夹杂物作用形成球状Ca复合夹杂物，改善夹杂物形状；同时形成的这种夹杂物与大量的MnS作用，形成复合夹杂物，并且在铸坯凝固过程中，偏析出来的MnS吸附在Ca复合夹杂物表面，从而降低了MnS带来的危害。②喂Mg质包芯线，Mg在钢液中溶解效果比Ca更高，脱硫效果更好，一般喂含Ca线脱硫率达到百分之十几，而喂Mg质包芯线脱硫率达到百分之五六十。同时Mg与Al2O3在钢液中形成细小弥撒的Mg· Al2O3尖晶石。
反应方程式为：
-76912-33.02T
-73053-207.53T
在炼钢温度范围内，上述反应在理论上是可行的（向右进行），然而最近试验证实上述反应进行的很少，喂Si-Ca线等处理后，只是包裹在Al2O3周围，内部的Al2O3并未太大的改变形状，如图2-3
关键词：夹杂物；冷镦钢；夹杂堆钢
夹杂物按照尺寸一般分为超显微夹杂物、显微夹杂物、宏观夹杂物。超显微夹杂物指尺寸小于1μm的夹杂物，如细小的氮化物、氧化物等，冶炼过程不易去除，此类夹杂物在钢中的特点为分布均匀，少量的超显微夹杂物对钢的性能危害不大，而且在钢的凝固过程起到钉扎作用，细化晶粒，在去除夹杂物方面，一般不予考虑；显微夹杂物一般指尺寸小于13μm的夹杂物，在显微镜下可观测到，与钢中溶解氧含量有关；尺寸大于13μm的为宏观夹杂物，这类夹杂物的特点是在钢中偶然分布，对钢材质量影响最大。[1]
邯钢一炼钢一方生产的冷镦钢（如ML08Al-Y、SWRCH22A-2、10B21等）存在轧制过程夹杂堆钢现象，主要为Al2O3一类大颗粒夹杂物（宏观夹杂物）造成线材在轧制过程中开裂。而这种大颗粒夹杂物主要是因为小的脱氧产物聚集长大，直接进入铸坯或者在侵入式水口周围沉淀积累，大到一定程度后脱落，顺钢流进入铸坯内部，残留于钢中的簇状Al2O3夹杂物破坏钢组织的连续性，在冷镦过程中成为开裂的源头，降低冷镦成材率，在轧制过程中导致夹杂堆钢。同时，Al2O3夹杂降低了钢的塑性、韧性、疲劳强度、抗腐蚀能力。
1钢中夹杂物来源及在钢水中的状态
夹杂物可分为内生夹杂和外来夹杂物。外来夹杂物可由二次氧化、卷渣、耐材侵蚀、操作不当等产生的夹杂物。内生夹杂物又分为脱氧产物和沉淀析出物。脱氧产物是转炉出钢过程中，加入铝、硅等脱氧剂与钢水中的氧结合，形成“原始”的铝夹杂物和硅夹杂物。这类夹杂物可在后续中采用各种冶金手段最大限度去除。沉淀析出物是钢在冷却和凝固过程中，溶解氧、氮、硫的溶解度不断降低而析出。
2钢中夹杂物对钢的危害
夹杂物对钢的性能影响主要是降低钢的塑性、韧性，同时使下游客户对钢材再加工性能降低，表现为裂纹、沙眼、开裂、成品件质量低。
S.Ruddnik对夹杂物危害给出“临界”条件：①尺寸小于1μm；②距离大于10μm。
2.1夹杂物对钢的强度影响：
随着夹杂物尺寸的增加屈服强度和抗拉强度降低，一般认为夹杂物是引起钢材断裂的源头。
2.2夹杂物对钢的塑性影响：
铸坯在轧制过程中，容易变形的硫化物等夹杂物被钢基体“挤压”形成带状，这使得夹杂物对钢的纵向延性影响不太明显，而横向断面收缩率明显降低。
2.3夹杂物对钢的断裂韧性影响：
夹杂物含量与断裂韧性大小呈线性反比关系，钢中夹杂物与钢的热膨胀系数不同，尤其脆性夹杂物，在轧制变形过程中或使用过程中，夹杂物周围容易产生内应力，同时伴随韧窝出现，降低钢的断裂韧性。
3钢中夹杂物去除及控制方法
3.1控制转炉下渣
转炉出钢下渣量過大，①造成钢水回P，一般P在转炉钢渣中的比例系数为100～200，进入精炼造还原性气氛，使钢水P大量回升；②渣中FeO含在15%左右，精炼多用铝、铝合金做脱氧剂，下渣量过大，喂铝量增加，势必造成钢中Al2O3含量升高，而Al2O3是钢中最有害夹杂物之一。
正确的出钢方法：出钢摇炉过程中快速通过前、后下渣区，出钢过程中在大炉口不下渣的前提下，尽量使转炉向下倾动。将下渣量减至最少。尽量采用挡渣出钢的措施[2]。邯钢一炼钢采用滑板挡渣。我国气动挡渣尚待改进中。
3.2钢包吹氩
在钢液中，①氩气泡上浮动力带动钢液循环，加快夹杂物运动，促进夹杂物向钢渣界面传递速度，加快熔渣吸附夹杂物；②氩气泡表面具有吸附夹杂物的作用，随氩气泡上浮进入炉渣同时把夹杂物带入渣中；③钢液运动使得夹杂物的碰撞几率提高，夹杂物不断长大，上浮速度加快。
研究表明钢包吹氩压力过大，氩气在钢液中会形成气柱，降低夹杂物的脱除效果，同时也会吹开钢包顶渣，造成钢液的二次氧化，反而增大夹杂物的含量，吹氩量过少起不到去除夹杂物的效果，吹氩量一般控制在0.2-0.4m3/t[3]。邯钢一炼钢一方冷镦钢要求炉后吹氩目测吹开顶渣直径200-300mm，精炼加覆盖剂黑面操作，净吹量以液面微动为准，净吹时间延长至20分钟，取得良好效果，轧制过程因夹杂引起堆钢由3次/月降低为零。图1为钢种SWRCH22A，轧制规格6.5mm，在轧制过程因夹杂物造成的堆钢，经分析，主要成分为Al2O3。
透气砖改善措施：增加透气砖横截面积，提高透气砖吹氩缝隙总面积，减小氩气泡直径，使氩气泡在钢液中呈弥撒分布。利用钢水湍流，氩气泡再次被“击碎”减小到直径小于lmm，研究表明可有效去除50μm以下夹杂物。
优点是：设备简单，投资少，工艺简单，去除效果显著。目前各大钢厂普遍采用钢包吹氩。
3.3喂线
传统认为：①喂Si-Ca线后，Ca与钢中铝酸盐、硅酸盐夹杂物作用形成球状Ca复合夹杂物，改善夹杂物形状；同时形成的这种夹杂物与大量的MnS作用，形成复合夹杂物，并且在铸坯凝固过程中，偏析出来的MnS吸附在Ca复合夹杂物表面，从而降低了MnS带来的危害。②喂Mg质包芯线，Mg在钢液中溶解效果比Ca更高，脱硫效果更好，一般喂含Ca线脱硫率达到百分之十几，而喂Mg质包芯线脱硫率达到百分之五六十。同时Mg与Al2O3在钢液中形成细小弥撒的Mg· Al2O3尖晶石。
反应方程式为：
-76912-33.02T
-73053-207.53T
在炼钢温度范围内，上述反应在理论上是可行的（向右进行），然而最近试验证实上述反应进行的很少，喂Si-Ca线等处理后，只是包裹在Al2O3周围，内部的Al2O3并未太大的改变形状，如图2-3