洁净钢的定义与应用

关于纯净钢（purity steel）或洁净钢（clean steel）的概念，目前国内外尚无统一的定义，但一般都认为洁净钢是指对钢中非金属夹杂物（主要是氧化物、硫化物）进行严格控制的钢种，这主要包括：钢中总氧含量低，非金属夹杂物数量少、尺寸小、分布均匀，脆性夹杂物少以及合适的夹杂物形状。而纯净钢则是指除对钢中非金属夹杂物进行严格控制以外，其他杂质元素含量也少的钢种。非金属夹杂物对钢材质量的影响日益显现，并成为国际钢铁工业的重要课题。为此，国际钢铁协会对洁净钢给出了一个最新的诠释：当钢中的非金属夹杂物直接或间接地影响产品的生产性能或使用性能时，该钢就不是洁净钢；而如果非金属夹杂物的数量、尺寸或分布对产品的性能都没有影响，那么这种钢就可以被认为是洁净钢。一般根据最终产品的应用来对洁净钢进行定义，最终产品越薄对钢的洁净度要求越高。

钢中的杂质元素一般是指S、P、N、H、O，1962年Kiessling把钢中的微量元素Pb、As、Sb、Bi、Cu、Sn也包括在杂质元素之列，这主要是因为炼钢过程中上述微量元素难以去除，随着废钢的不断返回利用，这些微量元素在钢中不断富集，因而其有害作用日益突出。理论研究和生产实践都证明：钢材的纯净度越高，其性能越好，使用寿命也越长。钢中杂质含量降低到一定水平，钢材的性能将发生质变。如钢中碳含量（质量分数）从40×10^-6降低到20×10^-6，深冲钢的伸长率可增加7%。提高钢的纯净度还可以给予钢新的性能（如提高耐磨、耐蚀性等）。因此纯净钢已成为生产各种高附加值产品的基础，并具有巨大的社会经济效益。需要指出的是不同钢种中的杂质元素的种类是不同的，如硫在一般钢中都被视为杂质元素，但在易切削钢中却是有益元素；IF钢中氮是杂质元素，但在不锈钢中氮可以代替一部分镍和其他贵重合金元素，其固溶强化和弥散强化作用可提高钢的强度。

认识钢中溶质元素所起的作用，以及不同钢种由于用途不同所希望的是利用还是避免溶质元素的作用。目前，典型的纯净钢对钢中杂质元素和非金属夹杂物的含量有一定的要求，不同钢种对钢的纯净度和清洁度的要求是不一样的。如汽车板对溶质元素C、N有较高的要求，但其容许的最大夹杂物尺寸是100μm；显像管阴罩用钢要求夹杂物尺寸小于5μm，这主要是因钢的使用条件和级别而异。随着社会的发展，对钢材的要求越来越高，即使是大量生产的常用产品也因使用条件的恶化而提出了更高的要求。(www.xing528.com)

洁净钢的生产主要集中在两方面：在各种钢液预处理以及二次精炼设备中营造最佳去除的热力学和动力学条件，①尽量减少钢中杂质元素的含量；②严格控制钢中的夹杂物，包括夹杂物的数量、尺寸、分布、形状、类型。钢中夹杂物的控制主要是减少其生成、对其进行改性、促其上浮。

通常洁净钢的生产工艺包括以下几部分：铁液预处理，转炉复吹，出钢挡渣、扒渣、对炉渣改性，二次精炼（真空、吹气、加热、造渣），全程保护浇注，中间包冶金，结晶器冶金及采取各种促使夹杂物去除的措施等。以下将针对具体元素的去除和控制进行分述。