純淨鋼冶煉，超低含量雜質的鋼和所含非金屬夾雜物數量及形態得到嚴格控制的鋼的煉製工藝、方法和過程。
基本介紹
- 中文名：純淨鋼冶煉
- 外文名：clean-steel smelting
鋼中的雜質元素一般是指硫、磷、氮、氫、氧。由於煉鋼過程中鉛、砷、銻、鉍、銅、錫等微量元素難以去除，隨著廢鋼的不斷返回利用，這些微量元素在鋼中不斷富集，有害作用日益突出。對鋼中非金屬夾雜物（主要是氧化物、硫化物）進行嚴格控制，主要包括：鋼中總氧(∑[O])含量低，非金屬夾雜物數量少、尺寸小、分布均勻、脆性夾雜物少，以及合適的夾雜物形狀。鋼水在凝固以前析出的非金屬夾雜物通常尺寸較大，而鋼在固相狀態下析出的非金屬夾雜物是高度彌散分布的，其尺寸小於1微米，這些夾雜物在光學顯微鏡下作常規檢驗觀察不到，即所謂“零夾雜鋼”，實際上是含亞微米級夾雜物的鋼。金屬材料的加工性能、疲勞性能和衝擊韌性等主要取決於材料中非金屬夾雜物的性質、尺寸和數量。只有當非金屬夾雜物的尺寸小於1微米，且其數量少到彼此間距大於10微米時，它們才不會對材料的巨觀性能產生影響。鋼中雜質元素的存在形式及其作用如表所示。鋼中主要雜質元素的特性及其作用元素固態鋼中存在形式有害作用有利作用硫S①硫化物夾雜；②凝固過程中存在嚴重偏析①熱裂；②降低鋼的塑性、韌性；③增大鋼材力學性能的方向性；④降低鋼的熱加工性；⑤降低抗氫致裂紋性提高鋼材的切削加工性能磷P①溶於鐵素體中；②結晶過程易偏析①降低鋼的塑性、韌性；②提高鋼的脆性轉變溫度，尤其增加低溫脆性；③結晶偏析造成局部冷脆；④使鋼材熱軋後出現帶狀組織①碳、氮較低時磷的冷脆危害性較小，可利用其提高鋼的強度；②增強鋼的抗大氣腐蝕能力；③提高電工鋼的磁性；④改善鋼材切削加工性能；⑤減少熱軋板的黏結氮N①形成碳氮化物；②隨溫度降低溶解度急劇降低；③多分布於晶界處；④抑制鐵素體晶粒生長①引起淬火時效和形變時效，對鋼的性能產生顯著影響，提高鋼的硬度、強度，降低塑性、韌性，對普通低合金鋼有害；②造成焊接區脆化；③降低電工鋼磁性①一些含Al、V、Nb的低合金鋼中可形成特殊的氮化物使鐵素體強化並細化晶粒，顯著提高鋼的強度和韌性；②機器零件氮化處理可獲得極好的綜合力學性能，提高使用壽命氫H①形成間隙固溶體；②在固態鋼中擴散能力非常強①使鋼的塑性、韌性降低，引起氫脆；②從鋼中析出變成分子態時造成內部裂紋性質的缺陷，最為突出的如白點氧O①在固態鋼中溶解度很小；②主要存在於氧化物夾雜中①夾雜物引起應力集中，導致產生微裂紋，加速鋼的塑性破壞過程，降低韌性；②在鋼的抗拉強度較高時，降低疲勞強度、耐腐蝕性、耐磨性；③使衝壓性、鍛造加工性、切削加工性變壞；④引起熱脆；⑤造成鋼材性能上的方向性；⑥引起表面質量問題主要工藝 ①採用預處理技術降低入煉鋼爐鐵水雜質(S、P)含量；②煉鋼爐（轉爐、電爐）初煉得到合適鋼水（C、S、P、N含量）；③爐外精煉達到所要求的純淨度（S、P、∑[O]、N、H含量）；④連鑄過程防止鋼水再污染（防止吸收N、O、外來夾雜物）。研究現狀 理論研究和生產實踐都證明鋼材的純淨度越高，其性能越好，使用壽命也越長。鋼中雜質含量降低到一定水平時，鋼材的性能將發生質變。如鋼中碳含量從40×10−6降低到20×10−6時，深沖鋼的伸長率可增加7%。滾珠鋼中總氧由0.003 0％降到0.000 5％時，疲勞壽命可提高100倍。提高鋼的純淨度還可以賦予鋼新的性能（如提高耐磨腐蝕性等）。純淨鋼冶煉已成為生產各種用於苛刻條件下高附加值產品的基礎，具有巨大的社會經濟效益。鋼中五大有害元素總和∑(S+P+N+H+O)所達到的水平為(小於等於)：20世紀60年代0.09％，70年代0.08％，80年代0.06％，90年代0.01％，2000年0.005％。如德國蒂森深沖鋼中碳、磷、硫、氧、氮、氫六大元素總含量1980年為0.06%，而90年代已降至0.01%；韓國浦項深沖鋼中磷、硫、氧、氮、氫五大元素總含量最佳水平也達0.008%。成品鋼中磷、硫、氧、氮、氫總含量小於0.01%的即為超純淨鋼。超純淨鋼冶煉技術是20世紀90年代煉鋼技術的核心之一。隨著煉鋼技術的不斷發展，鋼的純淨度水平將不斷提高，超純淨鋼的含義也將變化。有人預測，鋼水中六大元素總含量將達到≤0.002 7％。應當指出，把鋼中某一有害元素降到很低水平比較容易，但同時把所有有害元素都降到很低的水平，則很困難，經濟代價很高。某一有害雜質元素降低到什麼水平，要決定於鋼種和產品用途以及裝備和工藝現代化水平，所以純淨鋼是一個相對概念。
