高品质钢的洁净度基本要求

目前，国内外都没有统一的“洁净钢”或“纯净钢”的定义，概括地说，“洁净钢”或“纯净钢”应该包括两方面的内容：一是钢中的残余有害杂质元素含量要低；二是严格控制钢中非金属夹杂物的种类、数量、形态、尺寸和分布。

作为结构材料的钢应具有诸如强度、深冲性和耐久性等方面的优异性能。钢的深冲性包括深的拉拔性、冷变形性和低温韧性，而耐久性则指的是抗磨损、抗疲劳、抗氢致裂纹和抗应力腐蚀裂纹的能力。钢中的大颗粒非金属夹杂物对其深冲性和耐久性均产生显著的不利影响，钢有这样尺寸的夹杂物可以定义为“不干净”钢。只有小尺寸夹杂物的数量少且分布均匀的“纯净钢”，才能满足对钢的深冲性、耐久性的要求和特殊用途的需要。

减少钢中的非金属夹杂物，杜绝炼钢过程中的外来污染，提高钢的洁净度，是生产高品质钢的永恒主题。现在人们追求生产超洁净钢，最大限度地去除钢中夹杂物，最终要把钢中总氧（质量分数，下同）降低到0.0005%，夹杂物尺寸控制在＜5μm的水平。

钢液脱氧后有多少夹杂物生成呢？以Al脱氧为例，假定生成的Al₂O₃夹杂物为球形质点，平均直径为2μm，Al₂O₃的密度为3.5g/cm³，Al₂O₃夹杂物均匀分布在钢中。用Dawson理论计算，得到铝镇静钢中总氧的质量分数与夹杂物数量关系如图3-1所示。

图3-1 夹杂物数量及平均间距与总氧质量分数的关系

由图3-1可知，钢中总氧含量增加，夹杂物数量就增加，如总氧为0.0030%，钢中夹杂物数量约4.4×10¹²/t。总氧增加，夹杂物间距缩短，也就是夹杂物呈密集分布。以上说明钢用铝脱氧后生成的细小Al₂O₃夹杂物大量存在，但均匀分布在钢中，一般来说对钢性能危害不大。另外，钢液在精炼和传递过程中，夹杂物要碰撞、长大并上浮去除。由于产品的用途不同，留在钢中的夹杂物尺寸为5～20μm就会对钢材的使用性能带来不同程度的危害。表3-1为典型钢种的产品对洁净度以及夹杂物的要求。

表3-1～表3-3中的数据表明，对高品质洁净钢的要求是：

1）钢中的总氧低，说明钢中夹杂物数量少，钢较干净。一般要求总氧≤0.0020%。

2）洁净钢是一个相对的概念，钢中总氧控制在什么水平取决于钢种和产品的用途。

3）产品质量不仅要求控制夹杂物的数量，而且夹杂物的形态、尺寸、分布也要得到控制。(www.xing528.com)

表3-1 典型纯净钢对清洁度的要求

注：D为夹杂物直径。

表3-2 某些高纯度钢发生缺陷的原因调查

注：表中夹杂物尺寸为板材加工后的夹杂物尺寸，推算至铸坯中，为50～60_μm。

表3-3 各种钢材夹杂物含量和尺寸的要求

注：D_A为Al₂O₃直径，D_M为MnS直径，D_j为所有夹杂物直径。