[SKD11]善控夹杂物 提高钢性能

         超低氧特殊钢广泛用于制造业，如作为汽车发动机阀门弹簧与减震弹簧、汽车轴与连杆、列车车轮与车轴等。这些部件在服役时经受交变应力作用，要求具有良好的抗疲劳性能。除了要求抗疲劳性能外，汽车轴与连杆等非调质类超低氧钢还要求一定的切削性能，通常加入较高的硫含量。 

 

          非金属夹杂物与钢基体在变形性能、热膨胀、硬度等性质方面有很大不同，在钢基体与夹杂物界面处易形成疲劳起裂。研究表明，尺寸细小、球形、低熔点（可一定程度变形）的夹杂物可有效延长钢的疲劳寿命。笔者在实验室对超低氧超低硫系列特殊钢、超低氧较高硫含量系列特殊钢中夹杂物控制规律与控制策略进行了系统探索。

 

特殊钢夹杂物的控制策略

        了提高抗疲劳性能，目前特殊钢中夹杂物主要有两种控制策略。

第一种策略即夹杂物塑性化：将夹杂物控制在CaO-Al2O3-SiO2系中假硅灰石、钙斜长石和鳞石英所围成的低熔点塑性区，以及SiO2-MnO-Al2O3系中锰铝榴石低熔点塑性区。该工艺要求采用Si-Mn脱氧与低碱度低Al2O3含量炉渣进行长时间精炼，并将钢中[Al]控制在极低水平（<5ppm），技术难度大且生产成本高，目前仅用于汽车发动机阀门弹簧钢与轮胎子午线等少数高品质特殊钢。

          第二种策略是超低氧冶炼：采用Al强脱氧与较高碱度炉渣（CaO/SiO2:3~5，Al2O3:20%~30%）精炼来大幅度减少夹杂物数量。但是，该工艺条件下绝大多数夹杂物熔点很高，尤其是很难避免大尺寸的高熔点夹杂物。ASTM E 45-2005标准将此类球状不变形归类为D类夹杂物；当其尺寸大于13μm时，国标GB/T10561-2005中称之为DS类夹杂物。日本生产轴承钢最著名的山阳特殊钢早在2007年时就报道，轴承钢T[O]降至5ppm时，仍然很难避免生成大尺寸高熔点钙镁铝硅酸盐夹杂物。因此，如何在实现超低氧含量的同时得到低熔点夹杂物，是超低氧特殊钢夹杂物控制技术中的难题。 

　　 另外，高熔点夹杂物除了对特殊钢疲劳性能危害很大，还容易诱发连铸水口结瘤。众所周知，钙处理可以有效减轻或避免水口结瘤的产生。但是，对于要求一定硫含量以保证切削性能的特殊钢如汽车轴用非调质钢，采用钙处理易生成高熔点CaS夹杂物，同样会造成水口结瘤。因而在实际生产中通常采用控Al脱氧、提高中间包钢液的温度等方法来减轻此类特殊钢连铸时的水口结瘤；在精炼后期采用较低碱度的炉渣进行精炼，以减少高熔点钙铝酸盐夹杂物（D类夹杂物），也便于进行增硫操作。 

 

探索夹杂物特征的研究方法 

         随后，研究人员将所得钢样与炉渣试样进行化学成分分析，对钢样进行金相制样后采用SEM-EDS（日本JEOL公司产）与ASPEX eXplorer自动扫描电镜（原美国ASPEX公司产，现为FEI公司）对夹杂物进行随机分析，得到夹杂物的成分、尺寸、数量等特征。
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