[SKD11]善控夾雜物 提高鋼性能

         超低氧特殊鋼廣泛用于制造業，如作為汽車發動機閥門彈簧與減震彈簧、汽車軸與連桿、列車車輪與車軸等。這些部件在服役時經受交變應力作用，要求具有良好的抗疲勞性能。除了要求抗疲勞性能外，汽車軸與連桿等非調質類超低氧鋼還要求一定的切削性能，通常加入較高的硫含量。 

 

          非金屬夾雜物與鋼基體在變形性能、熱膨脹、硬度等性質方面有很大不同，在鋼基體與夾雜物界面處易形成疲勞起裂。研究表明，尺寸細小、球形、低熔點（可一定程度變形）的夾雜物可有效延長鋼的疲勞壽命。筆者在實驗室對超低氧超低硫系列特殊鋼、超低氧較高硫含量系列特殊鋼中夾雜物控制規律與控制策略進行了系統探索。

 

特殊鋼夾雜物的控制策略

        了提高抗疲勞性能，目前特殊鋼中夾雜物主要有兩種控制策略。

第一種策略即夾雜物塑性化：將夾雜物控制在CaO-Al2O3-SiO2系中假硅灰石、鈣斜長石和鱗石英所圍成的低熔點塑性區，以及SiO2-MnO-Al2O3系中錳鋁榴石低熔點塑性區。該工藝要求采用Si-Mn脫氧與低堿度低Al2O3含量爐渣進行長時間精煉，并將鋼中[Al]控制在極低水平（<5ppm），技術難度大且生產成本高，目前僅用于汽車發動機閥門彈簧鋼與輪胎子午線等少數高品質特殊鋼。

          第二種策略是超低氧冶煉：采用Al強脫氧與較高堿度爐渣（CaO/SiO2:3~5，Al2O3:20%~30%）精煉來大幅度減少夾雜物數量。但是，該工藝條件下絕大多數夾雜物熔點很高，尤其是很難避免大尺寸的高熔點夾雜物。ASTM E 45-2005標準將此類球狀不變形歸類為D類夾雜物；當其尺寸大于13μm時，國標GB/T10561-2005中稱之為DS類夾雜物。日本生產軸承鋼最著名的山陽特殊鋼早在2007年時就報道，軸承鋼T[O]降至5ppm時，仍然很難避免生成大尺寸高熔點鈣鎂鋁硅酸鹽夾雜物。因此，如何在實現超低氧含量的同時得到低熔點夾雜物，是超低氧特殊鋼夾雜物控制技術中的難題。 

　　 另外，高熔點夾雜物除了對特殊鋼疲勞性能危害很大，還容易誘發連鑄水口結瘤。眾所周知，鈣處理可以有效減輕或避免水口結瘤的產生。但是，對于要求一定硫含量以保證切削性能的特殊鋼如汽車軸用非調質鋼，采用鈣處理易生成高熔點CaS夾雜物，同樣會造成水口結瘤。因而在實際生產中通常采用控Al脫氧、提高中間包鋼液的溫度等方法來減輕此類特殊鋼連鑄時的水口結瘤；在精煉后期采用較低堿度的爐渣進行精煉，以減少高熔點鈣鋁酸鹽夾雜物（D類夾雜物），也便于進行增硫操作。 

 

探索夾雜物特征的研究方法 

         隨后，研究人員將所得鋼樣與爐渣試樣進行化學成分分析，對鋼樣進行金相制樣后采用SEM-EDS（日本JEOL公司產）與ASPEX eXplorer自動掃描電鏡（原美國ASPEX公司產，現為FEI公司）對夾雜物進行隨機分析，得到夾雜物的成分、尺寸、數量等特征。
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