洛陽(yáng)會(huì)議特殊鋼課件

特殊鋼冶金與鋼中非金屬夾雜物控制技術(shù)王新華2015年5月特殊鋼冶金與鋼中非金屬夾雜特殊鋼抗疲勞性能與夾雜物控制合金結(jié)構(gòu)鋼棒線(xiàn)材用于制作機(jī)械設(shè)備中的軸件、齒輪、彈簧、軸承等；大多在動(dòng)載荷，即沖擊、振動(dòng)或承受周期性交變應(yīng)力的條件下工作，疲勞破壞是導(dǎo)致工件失效的重要原因；非金屬夾雜物往往成為疲勞裂紋的起源。特殊鋼抗疲勞性能與夾雜物控制合金結(jié)構(gòu)鋼棒線(xiàn)材用于制作機(jī)械設(shè)備夾雜物與鋼基體構(gòu)成鑲嵌結(jié)構(gòu)在鋼加熱或冷卻過(guò)程，由于膨脹系數(shù)的不同，夾雜物周?chē)a(chǎn)生嵌鑲應(yīng)力(T)；夾雜物周?chē)?4×R)為受夾雜物嵌鑲應(yīng)力影響區(qū)域；夾雜物數(shù)量多、直徑大，嵌鑲應(yīng)力場(chǎng)會(huì)疊加；工件服役過(guò)程所受應(yīng)力與嵌鑲應(yīng)力疊加，夾雜物周?chē)鷳?yīng)力超過(guò)鋼的屈服極限，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生，形成疲勞源。熱膨脹系數(shù)差?yuàn)A雜物與鋼基體構(gòu)成鑲嵌結(jié)構(gòu)在鋼加熱或冷卻過(guò)程，由于膨脹系數(shù)的R.Kiessling,Non-metallicInclusioninSteel,TheInstituteofMetals，London,1989，46~93R.Kiessling,Non-metallicInc夾雜物相對(duì)變形能力S.Rudnik研究指出：＝0.5~1時(shí)，在鋼與夾雜物界面上很少由于形變產(chǎn)生微裂紋；＝0.03~0.5時(shí)，經(jīng)常產(chǎn)生帶有錐形間隙的魚(yú)尾形裂紋；＝0時(shí)，錐形間隙與熱裂紋撕裂是常見(jiàn)的。夾雜物相對(duì)變形能力S.Rudnik研究指出：軟硬度不同夾雜物周邊區(qū)域的應(yīng)力分布J.Kawahara,etal.,“AdvanceofValveSpringSteel”,WireJournalInternational.,Nov.1992,p.55-62軟硬度不同夾雜物周邊區(qū)域的應(yīng)力分布J.Kawahara,影響疲勞性能的夾雜物臨界尺寸Lasson等研究發(fā)現(xiàn)：夾雜物小于10m時(shí)，夾雜物萌生疲勞裂紋的幾率非常小；夾雜物大于10m時(shí)，疲勞裂紋則在夾雜物周?chē)壬?。齋藤誠(chéng)研究發(fā)現(xiàn)：10m程度的TiN夾雜物導(dǎo)致彈簧疲勞破壞。Kiessling等認(rèn)為：大多數(shù)疲勞破壞起源于表面或亞表面的單個(gè)夾雜物，萌生疲勞裂紋的表面或表面附近的夾雜物尺寸并不太重要。M.Lassonetal.Mater.Sci.Tech.,1993,9(3),p235齋藤誠(chéng)，熱処理，1987,vol.27,No.1,p.23R.Kiessling,etal.,ProductionandApplicationofCleanSteel,1970,p179影響疲勞性能的夾雜物臨界尺寸Lasson等研究發(fā)現(xiàn)：M.La不同類(lèi)別夾雜物對(duì)鋼疲勞性能的影響“D類(lèi)”或“DS類(lèi)”“D類(lèi)”或“DS類(lèi)”J.Monnot,etal.,Amer.Soc.ForTestMat.,1988,p.149不同類(lèi)別夾雜物對(duì)鋼疲勞性能的影響“D類(lèi)”或“DS類(lèi)”“D類(lèi)”常規(guī)夾雜物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（ASTME45）試樣分析檢驗(yàn)的表面積不低于160mm2。每個(gè)視場(chǎng)0.49mm2；總計(jì)320個(gè)視場(chǎng)。常規(guī)夾雜物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（ASTME45）試樣分析檢驗(yàn)的表面積不夾雜物控制標(biāo)準(zhǔn)夾雜物控制標(biāo)準(zhǔn)夾雜物控制標(biāo)準(zhǔn)夾雜物控制標(biāo)準(zhǔn)高端重要用途鋼材品種中國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展壯大（產(chǎn)量、品種、質(zhì)量等）；某些重要用途高端鋼材品種仍依賴(lài)進(jìn)口：汽車(chē)鋼板（合資品牌汽車(chē)鋼板國(guó)產(chǎn)比率：~50%）；重要用途特殊鋼棒線(xiàn)材：軸承（飛機(jī)、高鐵等）；高鐵車(chē)輪、車(chē)軸、中高檔汽車(chē)齒輪、軸件、彈簧等。特殊性能鋼材（超高強(qiáng)度鋼板、大橋懸索鋼絲、深海鉆管、套管、切割絲等）；---------------------。高端鋼材主要差距：實(shí)物質(zhì)量與性能穩(wěn)定性控制；與用戶(hù)聯(lián)系。高端重要用途鋼材品種中國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展壯大（產(chǎn)量、品種、質(zhì)量等高端鋼材特點(diǎn)高檔產(chǎn)品抵擋產(chǎn)品謝蔚，中國(guó)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展論壇，中國(guó)科協(xié)，2013年，唐山高端鋼材特點(diǎn)高檔產(chǎn)品抵擋產(chǎn)品謝蔚，中國(guó)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展非金屬夾雜物穩(wěn)定性控制高端重要鋼材性能穩(wěn)定性差，非金屬夾雜物控制不穩(wěn)定是重要原因之一；主要表現(xiàn)在個(gè)別大尺寸夾雜物控制方面（DS類(lèi)夾雜物）；以軸承、高鐵車(chē)輪、車(chē)軸為例：即便將總氧含量控制在3.5~5ppm極低含量范圍，鋼中仍有個(gè)別數(shù)十、數(shù)百微米，甚至毫米級(jí)大型夾雜物存在，非金屬夾雜物穩(wěn)定性控制高端重要鋼材性能穩(wěn)定性差，非金屬夾雜物德國(guó)Mubea泰倉(cāng)廠彈簧鋼試樣分析德國(guó)Sarrstahl鋼廠韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵國(guó)內(nèi)高水平特鋼廠：A廠B廠汽車(chē)彈簧鋼盤(pán)條不變形夾雜物尺寸比較德國(guó)Mubea泰倉(cāng)廠彈簧鋼試樣分析德國(guó)Sarrstahl鋼廠42CrMo鋼疲勞斷口（T.O：10ppm）旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)：三種熱處理制度得到三個(gè)不同強(qiáng)度水平的材料，進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)22個(gè)疲勞斷口裂紋起源為夾雜物；最大夾雜物為66μm，最小夾雜物為14.8μm，平均為33.3μm尺寸60μm的夾雜物42CrMo鋼疲勞斷口（T.O：10ppm）旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)個(gè)別大型夾雜物為外來(lái)夾雜物？個(gè)別大型夾雜物為外來(lái)夾雜物？尺寸60μm的夾雜物尺寸60μm的夾雜物超低氧特殊鋼（T.O：3~6ppm）K.Kawakami,etal.,Proceedingsofthe3rdInternationalCongressontheScienceandTechnologyofSteelmaking,May9-12,2005,Charlotte,AIST,209超低氧特殊鋼（T.O：3~6ppm）K.Kawakami,超低氧特殊鋼工藝流程愛(ài)知制鋼公司超低氧特殊鋼工藝流程愛(ài)知制鋼公司超低氧特殊鋼工藝流程山陽(yáng)特殊鋼公司超低氧特殊鋼工藝流程山陽(yáng)特殊鋼公司超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)偏心爐底出鋼；出鋼后扒凈鋼包內(nèi)頂渣。超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)偏心爐底出鋼；超低氧特殊鋼（T.O：3~6ppm）K.Kawakami,etal.,Proceedingsofthe3rdInternationalCongressontheScienceandTechnologyofSteelmaking,May9-12,2005,Charlotte,AIST,209超低氧特殊鋼（T.O：3~6ppm）K.Kawakami,超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)鋁脫氧（直接與間接脫氧）；高堿度精煉渣：堿度：5~8；FeO1%。足夠強(qiáng)攪拌（比攪拌功控制）。超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)鋁脫氧（直接與間接脫氧）；脫氧能力比較E.T.Turkdogan,FundamentalsofSteelmaking,TheInstituteofMaterials,TheUniversityPress,UK,1996采用鋁脫氧，首先將溶解氧[O]含量降低至0.0001~0.0003%；通過(guò)渣-鋼精煉、RH真空處理、連鑄等，去除鋼液中鋁脫氧產(chǎn)物；將鋼總氧降低至數(shù)個(gè)ppm水平。脫氧能力比較E.T.Turkdogan,Fundamen特殊鋼脫氧工藝鋁脫氧（[Al]:>0.015%）：軸承、齒輪、懸掛簧、軸件、連桿、高鐵輪對(duì)、大橋鋼索、預(yù)應(yīng)力鋼絲、冷鐓鋼等。無(wú)鋁脫氧（[Al]:<0.0006%）：輪胎簾線(xiàn)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)彈簧、易切削鋼。限制鋁含量：鐵路鋼軌。特殊鋼脫氧工藝鋁脫氧（[Al]:>0.015%）：日本特殊鋼廠采用LF精煉渣成分鋼廠CaOSiO2Al2O3CaF2MgOT.Fe+MnOCaO/SiO2A6372010<0.39.0B8055101.0216.0C6010205<0.46.0D60102280.846.0E50520205<210.0F60102730.46.0G606340.5510.0H60158151.154.0I501025155.0J5010201550.75.0K.Kawakami,The182183thNishiyamaMemorialSeminar,ISIJ,TokyoKobe,2005,151采用高堿度精煉渣系的目的：降低渣中SiO2的活度，抑制下式反應(yīng)：(Si02)+4/3[Al]＝2/3[Al203]夾雜物+[Si]日本特殊鋼廠采用LF精煉渣成分鋼廠CaOSiO2Al2O3C愛(ài)知制鋼LF精煉渣堿度與鋼水T.O福本一郎，第126127回西山紀(jì)念技術(shù)講座，日本鉄鋼協(xié)會(huì)，大阪東京，1988，121愛(ài)知制鋼LF精煉渣堿度與鋼水T.O福本一郎，第126127山陽(yáng)特殊鋼精煉渣堿度對(duì)軸承鋼總氧與夾雜物影響K.Kawakami,T.Taniguchi,etal,Tetsu-to-Hagane,93(2007),741山陽(yáng)特殊鋼精煉渣堿度對(duì)軸承鋼總氧與夾雜物影響K.Kawak愛(ài)知制鋼爐渣FetO+MnO含量控制福本一郎，第126127回西山紀(jì)念技術(shù)講座，日本鉄鋼協(xié)會(huì)，大阪東京，1988，121愛(ài)知制鋼爐渣FetO+MnO含量控制福本一郎，第12612LF精煉攪拌強(qiáng)度控制比攪拌功：：

比攪拌功率(W/t)Q：底吹氬氣流量(Nl/min)T：鋼水溫度(K)W：鋼水重量(t)H：鋼水深度(cm)比攪拌功：120~150W/tLF精煉攪拌強(qiáng)度控制比攪拌功：：比攪拌功率(W/t)比超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)：采用RH真空精煉超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)：采用RH真空精煉VD工藝的缺點(diǎn)爐渣卷入鋼液；脫硫反應(yīng)增加Al2O3夾雜物。3(CaO)+2[Al]+3[S]=3(CaS)+(Al2O3)夾雜物

VD工藝的缺點(diǎn)爐渣卷入鋼液；3(CaO)+2[Al]+3[SRH工藝優(yōu)點(diǎn)鋼水為強(qiáng)還原性爐渣所覆蓋；渣-鋼界面“平靜”，爐渣卷入鋼液形成的夾雜物量減少；鋼水大范圍“循環(huán)流動(dòng)”，促進(jìn)微小夾雜物碰撞、聚合、上浮去除；山陽(yáng)特殊鋼軸承鋼RH精煉時(shí)間：20~60min。RH工藝優(yōu)點(diǎn)鋼水為強(qiáng)還原性爐渣所覆蓋；LF與RH精煉分工升溫，脫氧，合金化，去除夾雜物等。脫氣（H，N），脫氧，合金化，去除夾雜物等。實(shí)現(xiàn)超低氧控制：LForRH（哪個(gè)更高效？）LF與RH精煉分工升溫，脫氧，合金化，去除夾雜物等。脫氣（HLF精煉優(yōu)勢(shì)：加熱鋼水，爐渣；強(qiáng)擴(kuò)散脫氧（高堿度、極低FeO含量爐渣）；鋼液成分控制。超低氧控制方面不足：對(duì)鋼水?dāng)嚢枘懿蛔恪F精煉優(yōu)勢(shì)：RH工藝優(yōu)點(diǎn)鋼水為強(qiáng)還原性爐渣所覆蓋；渣-鋼界面“平靜”，爐渣卷入鋼液形成的夾雜物量減少；鋼水大范圍“循環(huán)流動(dòng)”，促進(jìn)微小夾雜物碰撞、聚合、上浮去除。RH工藝優(yōu)點(diǎn)鋼水為強(qiáng)還原性爐渣所覆蓋；JFE西日本制鐵所生產(chǎn)軸承鋼38K.MATSUOKA,4thInternationalCongressonSteelmaking,2008,Gifu,456JFE西日本制鐵所生產(chǎn)軸承鋼38K.MATSUOKA,4JFE西日本制鐵所生產(chǎn)軸承鋼39在RH前完成鋼水合金化操作，盡量不在RH精煉過(guò)程進(jìn)行成分調(diào)整，并將RH精煉時(shí)間延長(zhǎng)至最大（與連鑄周期相適應(yīng)）。K.MATSUOKA,4thInternationalCongressonSteelmaking,2008,Gifu,456JFE西日本制鐵所生產(chǎn)軸承鋼39在RH前完成鋼水合金化操作，特殊鋼總氧控制福本一郎，第126127回西山紀(jì)念技術(shù)講座，日本鉄鋼協(xié)會(huì)，大阪東京，1988，121特殊鋼總氧控制福本一郎，第126127回西山紀(jì)念技術(shù)講座，洛陽(yáng)會(huì)議特殊鋼課件洛陽(yáng)會(huì)議特殊鋼課件洛陽(yáng)會(huì)議特殊鋼課件超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)嚴(yán)密保護(hù)澆鑄；中間包鋼水加熱；大方坯連鑄（立式，垂直-彎曲型）。超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)嚴(yán)密保護(hù)澆鑄；山陽(yáng)特殊鋼公司連鑄中間包經(jīng)過(guò)LF-RH精煉，鋼水T.O降低至3.5~5ppm;中間包冶金功能由促進(jìn)夾雜物上浮轉(zhuǎn)為防止二次氧化：全封閉（斷氣）；能夠快速升溫（澆次開(kāi)澆、鋼包澆鑄后期）；快速通過(guò)。采用較小容量中間包（山陽(yáng)：20t）。山陽(yáng)特殊鋼公司連鑄中間包經(jīng)過(guò)LF-RH精煉，鋼水T.O降低至中間包鋼水加熱電磁感應(yīng)加熱等離子加熱中間包鋼水加熱電磁感應(yīng)加熱中間包鋼水加熱目的中間包鋼水加熱目的采用立式或垂直-彎曲型大方坯連鑄機(jī)川上潔，第2號(hào)連続鋳造機(jī)（60tCC）の建設(shè)と稼動(dòng)，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，51采用立式或垂直-彎曲型大方坯連鑄機(jī)川上潔，第2號(hào)連続鋳造機(jī)（川上潔，第2號(hào)連続鋳造機(jī)（60tCC）の建設(shè)と稼動(dòng)，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，51川上潔，第2號(hào)連続鋳造機(jī)（60tCC）の建設(shè)と稼動(dòng)，Sany立式連鑄機(jī)優(yōu)勢(shì)大同特殊鋼公司新建300mm圓坯鑄機(jī)立式連鑄機(jī)優(yōu)勢(shì)大同特殊鋼公司新建300mm圓坯鑄機(jī)山陽(yáng)特殊鋼立式鑄機(jī)60t鑄機(jī)150t鑄機(jī)投產(chǎn)年月2012年6月1982年11月鑄機(jī)類(lèi)型立式鑄機(jī)鑄機(jī)長(zhǎng)度25.3m（彎月面~拉矯輥上段）鋼包容量90t165t中間包容量10t20t鑄機(jī)流數(shù)23鑄坯尺寸380530mm電磁攪拌結(jié)晶器電磁攪拌拉速最高0.60m/min液面控制方式渦流式川上潔，第2號(hào)連続鋳造機(jī)（60tCC）の建設(shè)と稼動(dòng)，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，51山陽(yáng)特殊鋼立式鑄機(jī)60t鑄機(jī)150t鑄機(jī)投產(chǎn)年月2012年6非金屬夾雜物變化Al脫氧：2[Al]+3[O]=(Al2O3)夾雜物鋼液與包襯、爐渣作用：3(MgO)包襯或爐渣+2[Al]=3[Mg]+(Al2O3)夾雜物3(CaO)爐渣+2[Al]=3[Ca]+(Al2O3)夾雜物[Mg]+n/3(Al2O3)夾雜物=(MgO(n-1)/3Al2O3)夾雜物+2/3[Al]x[Ca]+(yMgO?zAl2O3)夾雜物=(xCaO(y-x)MgO?zAl2O3)夾雜物+x[Mg]非金屬夾雜物變化Al脫氧：2[Al]+3[O]=(Al2O3K.Kawakami,etal,TETSU-TO-HAGANE,93(2007),741-752山陽(yáng)特殊鋼LF精煉過(guò)程夾雜物組成K.Kawakami,etal,TETSU-TO-洛陽(yáng)會(huì)議特殊鋼課件山陽(yáng)特殊鋼夾雜物評(píng)級(jí)T.Uesugi,Tetsu-to-Hagane,74(1999),1889ASTM“E45-06”標(biāo)準(zhǔn)山陽(yáng)特殊鋼夾雜物評(píng)級(jí)T.Uesugi,Tetsu-to-國(guó)內(nèi)特殊鋼工藝技術(shù)進(jìn)展~2000年前：總氧含量高：15~8ppm；超低氧生產(chǎn)工藝技術(shù)問(wèn)題較多（鋁脫氧、高堿度渣、保護(hù)澆鑄等）。2000年后：高水平鋼廠：總氧已能降低至5ppm左右，但夾雜物評(píng)級(jí)難以達(dá)到SKF、NSK要求（DS類(lèi)夾雜物）；存在主要問(wèn)題：RH功能充分發(fā)揮，仍依賴(lài)鈣處理，保護(hù)澆鑄，弧形鑄機(jī)等。國(guó)內(nèi)特殊鋼工藝技術(shù)進(jìn)展~2000年前：DS類(lèi)夾雜物非金屬夾雜物評(píng)級(jí)界限（“GB/T10561-2005”）DS類(lèi)夾雜物非金屬夾雜物評(píng)級(jí)界限（“GB/T10561-2研究熱點(diǎn)：極低氧特殊鋼夾雜物“小徑化”國(guó)內(nèi)高水平特殊鋼廠生產(chǎn)軸承鋼，在實(shí)現(xiàn)了超低氧含量控制后（總氧：4.5~6ppm），仍面臨個(gè)別“DS類(lèi)”大尺寸夾雜物超標(biāo)問(wèn)題；日本特殊鋼廠十年前開(kāi)始報(bào)道此問(wèn)題，其在采用“ASTME45”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)（檢驗(yàn)面積160mm2），檢測(cè)不到數(shù)十m的大尺寸夾雜物，但在疲勞試樣斷口或采用超聲波探傷檢驗(yàn)方法對(duì)更大試樣進(jìn)行檢測(cè)時(shí)卻可以發(fā)現(xiàn)其存在；國(guó)內(nèi)特殊鋼廠生產(chǎn)的超低氧軸承鋼在采用“ASTME45”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，也可以檢測(cè)到“DS”類(lèi)大尺寸夾雜物；山陽(yáng)特殊鋼公司發(fā)現(xiàn)，總氧含量相同的軸承鋼，疲勞壽命卻會(huì)有很大的不同，因此僅用總氧含量這單一指標(biāo)已不能完全代表軸承鋼抗疲勞性能；國(guó)內(nèi)軸承專(zhuān)家楊曉蔚將此現(xiàn)象稱(chēng)之為“高純凈度鋼的壽命離散性”。研究熱點(diǎn)：極低氧特殊鋼夾雜物“小徑化”國(guó)內(nèi)高水平特殊鋼廠生產(chǎn)山陽(yáng)特殊鋼軸承鋼質(zhì)量控制重要轉(zhuǎn)變2004年10月山陽(yáng)特殊鋼軸承鋼質(zhì)量控制重要轉(zhuǎn)變2004年10月近來(lái)，不僅要通過(guò)降低鋼總氧含量來(lái)減少夾雜物，還要求減小夾雜物的尺寸（“小徑化”）。這種超高潔凈度軸承，轉(zhuǎn)動(dòng)疲勞壽命的波動(dòng)較以往軸承鋼（電爐鋼）減小50％，可靠性（可信賴(lài)性）顯著提高。這樣，通過(guò)確立高潔凈度鋼的穩(wěn)定生產(chǎn)技術(shù)，能夠生產(chǎn)“不同爐次間波動(dòng)小、具有高信賴(lài)性”的鋼材，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)疲勞壽命得以發(fā)生飛躍的提高。近來(lái)，不僅要通過(guò)降低鋼總氧含量來(lái)減少夾雜物，還要求減小夾雜物夾雜物檢驗(yàn)方面問(wèn)題川上潔，第182183次西山紀(jì)念技術(shù)講座，NMS-ISIJ，東京神戶(hù)，2004，p.151夾雜物檢驗(yàn)方面問(wèn)題川上潔，第182183次西山紀(jì)念技術(shù)講座軸承鋼控制策略轉(zhuǎn)變（山陽(yáng)特殊鋼）由重點(diǎn)控制鋼總氧含量（“鋼中酸素量の低減”）轉(zhuǎn)為“控制鋼總氧含量+控制鋼中最大夾雜物尺寸（“最大介在物の大きさを抑制”）。SanyoTechnicalReport，Vol.13(2006)，No.1，77軸承鋼控制策略轉(zhuǎn)變（山陽(yáng)特殊鋼）由重點(diǎn)控制鋼總氧含量（“鋼中主要目的：提高穩(wěn)定性高信頼性長(zhǎng)壽命軸受鋼P(yáng)remiumJ2，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，70主要目的：提高穩(wěn)定性高信頼性長(zhǎng)壽命軸受鋼P(yáng)remiumJ2各檢測(cè)100mm2，取30個(gè)視場(chǎng)中觀測(cè)到的最大尺寸夾雜物形貌對(duì)比：各檢測(cè)100mm2，取30個(gè)視場(chǎng)中觀測(cè)到的最大尺寸夾雜物形貌采用極值統(tǒng)計(jì)法推算得到的最大夾雜物尺寸對(duì)比山陽(yáng)特殊鋼技報(bào)，13（1），2006，p.77-78采用極值統(tǒng)計(jì)法推算得到的最大夾雜物尺寸對(duì)比山陽(yáng)特殊鋼技報(bào)，1疲勞性能比較不同時(shí)期山陽(yáng)特殊鋼公司生產(chǎn)軸承鋼總氧含量與軸承疲勞壽命的關(guān)系(a)1985年(b)1988年(c)2004年疲勞性能比較不同時(shí)期山陽(yáng)特殊鋼公司生產(chǎn)軸承鋼總氧含量與軸承疲夾雜物尺寸比較采用100MHz超聲波探傷儀對(duì)超高潔凈度和常規(guī)超低氧軸承鋼夾雜物檢測(cè)結(jié)果川上潔，第182-183回西山紀(jì)念技術(shù)講座，日本鉄鋼協(xié)會(huì)，東京-神戶(hù)，2005年，p.151-179夾雜物尺寸比較采用100MHz超聲波探傷儀對(duì)超高潔凈度和常規(guī)敬請(qǐng)指正！敬請(qǐng)指正！演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！特殊鋼冶金與鋼中非金屬夾雜物控制技術(shù)王新華2015年5月特殊鋼冶金與鋼中非金屬夾雜特殊鋼抗疲勞性能與夾雜物控制合金結(jié)構(gòu)鋼棒線(xiàn)材用于制作機(jī)械設(shè)備中的軸件、齒輪、彈簧、軸承等；大多在動(dòng)載荷，即沖擊、振動(dòng)或承受周期性交變應(yīng)力的條件下工作，疲勞破壞是導(dǎo)致工件失效的重要原因；非金屬夾雜物往往成為疲勞裂紋的起源。特殊鋼抗疲勞性能與夾雜物控制合金結(jié)構(gòu)鋼棒線(xiàn)材用于制作機(jī)械設(shè)備夾雜物與鋼基體構(gòu)成鑲嵌結(jié)構(gòu)在鋼加熱或冷卻過(guò)程，由于膨脹系數(shù)的不同，夾雜物周?chē)a(chǎn)生嵌鑲應(yīng)力(T)；夾雜物周?chē)?4×R)為受夾雜物嵌鑲應(yīng)力影響區(qū)域；夾雜物數(shù)量多、直徑大，嵌鑲應(yīng)力場(chǎng)會(huì)疊加；工件服役過(guò)程所受應(yīng)力與嵌鑲應(yīng)力疊加，夾雜物周?chē)鷳?yīng)力超過(guò)鋼的屈服極限，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生，形成疲勞源。熱膨脹系數(shù)差?yuàn)A雜物與鋼基體構(gòu)成鑲嵌結(jié)構(gòu)在鋼加熱或冷卻過(guò)程，由于膨脹系數(shù)的R.Kiessling,Non-metallicInclusioninSteel,TheInstituteofMetals，London,1989，46~93R.Kiessling,Non-metallicInc夾雜物相對(duì)變形能力S.Rudnik研究指出：＝0.5~1時(shí)，在鋼與夾雜物界面上很少由于形變產(chǎn)生微裂紋；＝0.03~0.5時(shí)，經(jīng)常產(chǎn)生帶有錐形間隙的魚(yú)尾形裂紋；＝0時(shí)，錐形間隙與熱裂紋撕裂是常見(jiàn)的。夾雜物相對(duì)變形能力S.Rudnik研究指出：軟硬度不同夾雜物周邊區(qū)域的應(yīng)力分布J.Kawahara,etal.,“AdvanceofValveSpringSteel”,WireJournalInternational.,Nov.1992,p.55-62軟硬度不同夾雜物周邊區(qū)域的應(yīng)力分布J.Kawahara,影響疲勞性能的夾雜物臨界尺寸Lasson等研究發(fā)現(xiàn)：夾雜物小于10m時(shí)，夾雜物萌生疲勞裂紋的幾率非常??；夾雜物大于10m時(shí)，疲勞裂紋則在夾雜物周?chē)壬｝S藤誠(chéng)研究發(fā)現(xiàn)：10m程度的TiN夾雜物導(dǎo)致彈簧疲勞破壞。Kiessling等認(rèn)為：大多數(shù)疲勞破壞起源于表面或亞表面的單個(gè)夾雜物，萌生疲勞裂紋的表面或表面附近的夾雜物尺寸并不太重要。M.Lassonetal.Mater.Sci.Tech.,1993,9(3),p235齋藤誠(chéng)，熱処理，1987,vol.27,No.1,p.23R.Kiessling,etal.,ProductionandApplicationofCleanSteel,1970,p179影響疲勞性能的夾雜物臨界尺寸Lasson等研究發(fā)現(xiàn)：M.La不同類(lèi)別夾雜物對(duì)鋼疲勞性能的影響“D類(lèi)”或“DS類(lèi)”“D類(lèi)”或“DS類(lèi)”J.Monnot,etal.,Amer.Soc.ForTestMat.,1988,p.149不同類(lèi)別夾雜物對(duì)鋼疲勞性能的影響“D類(lèi)”或“DS類(lèi)”“D類(lèi)”常規(guī)夾雜物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（ASTME45）試樣分析檢驗(yàn)的表面積不低于160mm2。每個(gè)視場(chǎng)0.49mm2；總計(jì)320個(gè)視場(chǎng)。常規(guī)夾雜物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（ASTME45）試樣分析檢驗(yàn)的表面積不夾雜物控制標(biāo)準(zhǔn)夾雜物控制標(biāo)準(zhǔn)夾雜物控制標(biāo)準(zhǔn)夾雜物控制標(biāo)準(zhǔn)高端重要用途鋼材品種中國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展壯大（產(chǎn)量、品種、質(zhì)量等）；某些重要用途高端鋼材品種仍依賴(lài)進(jìn)口：汽車(chē)鋼板（合資品牌汽車(chē)鋼板國(guó)產(chǎn)比率：~50%）；重要用途特殊鋼棒線(xiàn)材：軸承（飛機(jī)、高鐵等）；高鐵車(chē)輪、車(chē)軸、中高檔汽車(chē)齒輪、軸件、彈簧等。特殊性能鋼材（超高強(qiáng)度鋼板、大橋懸索鋼絲、深海鉆管、套管、切割絲等）；---------------------。高端鋼材主要差距：實(shí)物質(zhì)量與性能穩(wěn)定性控制；與用戶(hù)聯(lián)系。高端重要用途鋼材品種中國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展壯大（產(chǎn)量、品種、質(zhì)量等高端鋼材特點(diǎn)高檔產(chǎn)品抵擋產(chǎn)品謝蔚，中國(guó)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展論壇，中國(guó)科協(xié)，2013年，唐山高端鋼材特點(diǎn)高檔產(chǎn)品抵擋產(chǎn)品謝蔚，中國(guó)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展非金屬夾雜物穩(wěn)定性控制高端重要鋼材性能穩(wěn)定性差，非金屬夾雜物控制不穩(wěn)定是重要原因之一；主要表現(xiàn)在個(gè)別大尺寸夾雜物控制方面（DS類(lèi)夾雜物）；以軸承、高鐵車(chē)輪、車(chē)軸為例：即便將總氧含量控制在3.5~5ppm極低含量范圍，鋼中仍有個(gè)別數(shù)十、數(shù)百微米，甚至毫米級(jí)大型夾雜物存在，非金屬夾雜物穩(wěn)定性控制高端重要鋼材性能穩(wěn)定性差，非金屬夾雜物德國(guó)Mubea泰倉(cāng)廠彈簧鋼試樣分析德國(guó)Sarrstahl鋼廠韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵國(guó)內(nèi)高水平特鋼廠：A廠B廠汽車(chē)彈簧鋼盤(pán)條不變形夾雜物尺寸比較德國(guó)Mubea泰倉(cāng)廠彈簧鋼試樣分析德國(guó)Sarrstahl鋼廠42CrMo鋼疲勞斷口（T.O：10ppm）旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)：三種熱處理制度得到三個(gè)不同強(qiáng)度水平的材料，進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)22個(gè)疲勞斷口裂紋起源為夾雜物；最大夾雜物為66μm，最小夾雜物為14.8μm，平均為33.3μm尺寸60μm的夾雜物42CrMo鋼疲勞斷口（T.O：10ppm）旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)個(gè)別大型夾雜物為外來(lái)夾雜物？個(gè)別大型夾雜物為外來(lái)夾雜物？尺寸60μm的夾雜物尺寸60μm的夾雜物超低氧特殊鋼（T.O：3~6ppm）K.Kawakami,etal.,Proceedingsofthe3rdInternationalCongressontheScienceandTechnologyofSteelmaking,May9-12,2005,Charlotte,AIST,209超低氧特殊鋼（T.O：3~6ppm）K.Kawakami,超低氧特殊鋼工藝流程愛(ài)知制鋼公司超低氧特殊鋼工藝流程愛(ài)知制鋼公司超低氧特殊鋼工藝流程山陽(yáng)特殊鋼公司超低氧特殊鋼工藝流程山陽(yáng)特殊鋼公司超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)偏心爐底出鋼；出鋼后扒凈鋼包內(nèi)頂渣。超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)偏心爐底出鋼；超低氧特殊鋼（T.O：3~6ppm）K.Kawakami,etal.,Proceedingsofthe3rdInternationalCongressontheScienceandTechnologyofSteelmaking,May9-12,2005,Charlotte,AIST,209超低氧特殊鋼（T.O：3~6ppm）K.Kawakami,超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)鋁脫氧（直接與間接脫氧）；高堿度精煉渣：堿度：5~8；FeO1%。足夠強(qiáng)攪拌（比攪拌功控制）。超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)鋁脫氧（直接與間接脫氧）；脫氧能力比較E.T.Turkdogan,FundamentalsofSteelmaking,TheInstituteofMaterials,TheUniversityPress,UK,1996采用鋁脫氧，首先將溶解氧[O]含量降低至0.0001~0.0003%；通過(guò)渣-鋼精煉、RH真空處理、連鑄等，去除鋼液中鋁脫氧產(chǎn)物；將鋼總氧降低至數(shù)個(gè)ppm水平。脫氧能力比較E.T.Turkdogan,Fundamen特殊鋼脫氧工藝鋁脫氧（[Al]:>0.015%）：軸承、齒輪、懸掛簧、軸件、連桿、高鐵輪對(duì)、大橋鋼索、預(yù)應(yīng)力鋼絲、冷鐓鋼等。無(wú)鋁脫氧（[Al]:<0.0006%）：輪胎簾線(xiàn)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)彈簧、易切削鋼。限制鋁含量：鐵路鋼軌。特殊鋼脫氧工藝鋁脫氧（[Al]:>0.015%）：日本特殊鋼廠采用LF精煉渣成分鋼廠CaOSiO2Al2O3CaF2MgOT.Fe+MnOCaO/SiO2A6372010<0.39.0B8055101.0216.0C6010205<0.46.0D60102280.846.0E50520205<210.0F60102730.46.0G606340.5510.0H60158151.154.0I501025155.0J5010201550.75.0K.Kawakami,The182183thNishiyamaMemorialSeminar,ISIJ,TokyoKobe,2005,151采用高堿度精煉渣系的目的：降低渣中SiO2的活度，抑制下式反應(yīng)：(Si02)+4/3[Al]＝2/3[Al203]夾雜物+[Si]日本特殊鋼廠采用LF精煉渣成分鋼廠CaOSiO2Al2O3C愛(ài)知制鋼LF精煉渣堿度與鋼水T.O福本一郎，第126127回西山紀(jì)念技術(shù)講座，日本鉄鋼協(xié)會(huì)，大阪東京，1988，121愛(ài)知制鋼LF精煉渣堿度與鋼水T.O福本一郎，第126127山陽(yáng)特殊鋼精煉渣堿度對(duì)軸承鋼總氧與夾雜物影響K.Kawakami,T.Taniguchi,etal,Tetsu-to-Hagane,93(2007),741山陽(yáng)特殊鋼精煉渣堿度對(duì)軸承鋼總氧與夾雜物影響K.Kawak愛(ài)知制鋼爐渣FetO+MnO含量控制福本一郎，第126127回西山紀(jì)念技術(shù)講座，日本鉄鋼協(xié)會(huì)，大阪東京，1988，121愛(ài)知制鋼爐渣FetO+MnO含量控制福本一郎，第12612LF精煉攪拌強(qiáng)度控制比攪拌功：：

比攪拌功率(W/t)Q：底吹氬氣流量(Nl/min)T：鋼水溫度(K)W：鋼水重量(t)H：鋼水深度(cm)比攪拌功：120~150W/tLF精煉攪拌強(qiáng)度控制比攪拌功：：比攪拌功率(W/t)比超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)：采用RH真空精煉超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)：采用RH真空精煉VD工藝的缺點(diǎn)爐渣卷入鋼液；脫硫反應(yīng)增加Al2O3夾雜物。3(CaO)+2[Al]+3[S]=3(CaS)+(Al2O3)夾雜物

VD工藝的缺點(diǎn)爐渣卷入鋼液；3(CaO)+2[Al]+3[SRH工藝優(yōu)點(diǎn)鋼水為強(qiáng)還原性爐渣所覆蓋；渣-鋼界面“平靜”，爐渣卷入鋼液形成的夾雜物量減少；鋼水大范圍“循環(huán)流動(dòng)”，促進(jìn)微小夾雜物碰撞、聚合、上浮去除；山陽(yáng)特殊鋼軸承鋼RH精煉時(shí)間：20~60min。RH工藝優(yōu)點(diǎn)鋼水為強(qiáng)還原性爐渣所覆蓋；LF與RH精煉分工升溫，脫氧，合金化，去除夾雜物等。脫氣（H，N），脫氧，合金化，去除夾雜物等。實(shí)現(xiàn)超低氧控制：LForRH（哪個(gè)更高效？）LF與RH精煉分工升溫，脫氧，合金化，去除夾雜物等。脫氣（HLF精煉優(yōu)勢(shì)：加熱鋼水，爐渣；強(qiáng)擴(kuò)散脫氧（高堿度、極低FeO含量爐渣）；鋼液成分控制。超低氧控制方面不足：對(duì)鋼水?dāng)嚢枘懿蛔恪F精煉優(yōu)勢(shì)：RH工藝優(yōu)點(diǎn)鋼水為強(qiáng)還原性爐渣所覆蓋；渣-鋼界面“平靜”，爐渣卷入鋼液形成的夾雜物量減少；鋼水大范圍“循環(huán)流動(dòng)”，促進(jìn)微小夾雜物碰撞、聚合、上浮去除。RH工藝優(yōu)點(diǎn)鋼水為強(qiáng)還原性爐渣所覆蓋；JFE西日本制鐵所生產(chǎn)軸承鋼107K.MATSUOKA,4thInternationalCongressonSteelmaking,2008,Gifu,456JFE西日本制鐵所生產(chǎn)軸承鋼38K.MATSUOKA,4JFE西日本制鐵所生產(chǎn)軸承鋼108在RH前完成鋼水合金化操作，盡量不在RH精煉過(guò)程進(jìn)行成分調(diào)整，并將RH精煉時(shí)間延長(zhǎng)至最大（與連鑄周期相適應(yīng)）。K.MATSUOKA,4thInternationalCongressonSteelmaking,2008,Gifu,456JFE西日本制鐵所生產(chǎn)軸承鋼39在RH前完成鋼水合金化操作，特殊鋼總氧控制福本一郎，第126127回西山紀(jì)念技術(shù)講座，日本鉄鋼協(xié)會(huì)，大阪東京，1988，121特殊鋼總氧控制福本一郎，第126127回西山紀(jì)念技術(shù)講座，洛陽(yáng)會(huì)議特殊鋼課件洛陽(yáng)會(huì)議特殊鋼課件洛陽(yáng)會(huì)議特殊鋼課件超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)嚴(yán)密保護(hù)澆鑄；中間包鋼水加熱；大方坯連鑄（立式，垂直-彎曲型）。超低氧特殊鋼關(guān)鍵工藝技術(shù)嚴(yán)密保護(hù)澆鑄；山陽(yáng)特殊鋼公司連鑄中間包經(jīng)過(guò)LF-RH精煉，鋼水T.O降低至3.5~5ppm;中間包冶金功能由促進(jìn)夾雜物上浮轉(zhuǎn)為防止二次氧化：全封閉（斷氣）；能夠快速升溫（澆次開(kāi)澆、鋼包澆鑄后期）；快速通過(guò)。采用較小容量中間包（山陽(yáng)：20t）。山陽(yáng)特殊鋼公司連鑄中間包經(jīng)過(guò)LF-RH精煉，鋼水T.O降低至中間包鋼水加熱電磁感應(yīng)加熱等離子加熱中間包鋼水加熱電磁感應(yīng)加熱中間包鋼水加熱目的中間包鋼水加熱目的采用立式或垂直-彎曲型大方坯連鑄機(jī)川上潔，第2號(hào)連続鋳造機(jī)（60tCC）の建設(shè)と稼動(dòng)，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，51采用立式或垂直-彎曲型大方坯連鑄機(jī)川上潔，第2號(hào)連続鋳造機(jī)（川上潔，第2號(hào)連続鋳造機(jī)（60tCC）の建設(shè)と稼動(dòng)，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，51川上潔，第2號(hào)連続鋳造機(jī)（60tCC）の建設(shè)と稼動(dòng)，Sany立式連鑄機(jī)優(yōu)勢(shì)大同特殊鋼公司新建300mm圓坯鑄機(jī)立式連鑄機(jī)優(yōu)勢(shì)大同特殊鋼公司新建300mm圓坯鑄機(jī)山陽(yáng)特殊鋼立式鑄機(jī)60t鑄機(jī)150t鑄機(jī)投產(chǎn)年月2012年6月1982年11月鑄機(jī)類(lèi)型立式鑄機(jī)鑄機(jī)長(zhǎng)度25.3m（彎月面~拉矯輥上段）鋼包容量90t165t中間包容量10t20t鑄機(jī)流數(shù)23鑄坯尺寸380530mm電磁攪拌結(jié)晶器電磁攪拌拉速最高0.60m/min液面控制方式渦流式川上潔，第2號(hào)連続鋳造機(jī)（60tCC）の建設(shè)と稼動(dòng)，SanyoTechnicalReportVol.20(2013)No.1，51山陽(yáng)特殊鋼立式鑄機(jī)60t鑄機(jī)150t鑄機(jī)投產(chǎn)年月2012年6非金屬夾雜物變化Al脫氧：2[Al]+3[O]=(Al2O3)夾雜物鋼液與包襯、爐渣作用：3(MgO)包襯或爐渣+2[Al]=3[Mg]+(Al2O3)夾雜物3(CaO)爐渣+2[Al]=3[Ca]+(Al2O3)夾雜物[Mg]+n/3(Al2O3)夾雜物=(MgO(n-1)/3Al2O3)夾雜物+2/3[Al]x[Ca]+(yMgO?zAl2O3)夾雜物=(xCaO(y-x)MgO?zAl2O3)夾雜物+x[Mg]非金屬夾雜物變化Al脫氧：2[Al]+3[O]=(Al2O3K.Kawakami,etal,TETSU-TO-HAGANE,93(2007),741-752山陽(yáng)特殊鋼LF精煉過(guò)程夾雜物組成K.Kawakami,etal,TETSU-TO-洛陽(yáng)會(huì)議特殊鋼課件山陽(yáng)特殊鋼夾雜物評(píng)級(jí)T.Uesugi,Tetsu-to-Hagane,74(1999),1889ASTM“E45-06”標(biāo)準(zhǔn)山陽(yáng)特殊鋼夾雜物評(píng)級(jí)T.Uesugi,Tetsu-to-國(guó)內(nèi)特殊鋼工藝技術(shù)進(jìn)展~2000年前：總氧含量高：15~8ppm；超低氧生產(chǎn)工藝技術(shù)問(wèn)題較多（鋁脫氧、高堿度渣、保護(hù)