精煉工藝對冶金缺陷和拉伸性能的影響

趙大同

摘要：鋼絲是以熱軋盤條為原料經過冷拔而得到的鋼材，隨著現代工業的發展，對鋼絲的質量要求越來越高，而傳統的煉鋼設備和煉鋼工藝難以滿足用戶越來越高的要求?，F代煉鋼生產技術的質量要求必須依靠科技進步，首先是優化冶金工藝流程，才能使鋼絲的質量得到保證。本文首先概述了盤條鋼絲的冶金質量要求，分析了傳統電爐煉鋼法存在的問題，最后探討了爐外精煉工藝對冶金缺陷和拉伸性能的影響。

關鍵詞：鋼絲；精煉工藝；冶金缺陷；拉伸性能

眾所周知，我國是鋼鐵大國，每年的鋼鐵生產量與需求量穩居世界第一。雖然鋼鐵質量也有了大幅度的提高，但是也存在一定的缺陷，需要繼續提高精煉工藝。當前影響鋼材性能和使用壽命的重要因素是化學成分、顯微組織、氣體、夾雜（和表面質量等，這些因素很大程度上取決于鋼的精煉工藝質量。而鋼絲是以熱軋盤條為原料經過冷拔而得到的鋼材，但是由于鋼的冶金質量而引起鋼絲強度偏低、性能不均、易脆斷、表面質量不好等情況比較常見，這就要求進一步提高鋼的冶金質量，提高鋼絲質量。本文為此具體探討了精煉工藝對冶金缺陷和拉伸性能的影響，現報告如下。

1.盤條鋼絲的冶金質量要求

盤條是鋼絲的原料，生產均質鋼絲的關鍵是盤條鋼的化學成分均勻，化學成分對鋼的內部組織、性能及成品質量起決定作用【1】。而硫磷含量是造成成分偏析的重要因素，它以夾雜物的狀態存在于鋼絲中，并會造成冷加工時的突然斷裂【2】。而內部缺陷如縮孔、疏松、氣泡、非金屬夾雜、偏析及過熱等，直接關系到盤條的內在質量。鋼中氣體及非金屬夾雜物會使鋼絲拉拔時出現發紋及分層現象，影響鋼絲內在質量。因此應盡量減少原料的內部缺陷，尤其是要降低偏析與夾雜，進一步提高鋼的純凈度【3】。

2.傳統電爐煉鋼法存在的問題

傳統的電爐煉鋼法采用電弧作為熱源，在溫度、爐內氣氛和爐渣性質的控制上，有相當大的靈活性，是具有較強精煉能力的一種煉鋼方法。但是使由電弧作為熱源的優越性不能充分發揮，或被難以避免的、不合理的工藝安排所抵消【4】。例如堿性電弧爐中所造的還原渣的脫硫能力不能被充分利用。并且鋼中氧化物夾雜主要來源于混渣、二次氧化和澆注系統耐火材料的侵入，而出鋼和澆注時的二次氧化則是成品材中脆性氧化鋁夾雜的主要來源。同時傳統煉鋼過程中的出鋼和澆注易造成鋼液的吸氣、二次氧化以及鋼中易氧化元素的二次脫氧，均使鋼的純凈度下降。

3.爐外精煉工藝對冶金缺陷和拉伸性能的影響

3.1 爐外精煉工藝的價值

爐外精煉也就是二次精煉技術，其實從各個不同的角度，以不同的方式，創造盡可能好的冶金反應的動力學條件。例如應用噴粉以增強反應界面；應用各種方式的攪拌以增大傳質系數和擴大反應界面。我們需要將粗鋼液從初煉爐中出至具有澆注功能的容器中，有針對性地創造精煉條件進行二次精煉，再將精煉的鋼液直接澆注成坯以避免已精煉的鋼液與大氣接觸，再度被氧化。由于二次精煉后的鋼液，可以直接送澆注工段澆注，從而避免了已精煉好的鋼液在出鋼過程中的再污染，解決了傳統的電弧爐煉鋼工藝在安排上的不合理和矛盾的問題。

可以說初煉工藝是確保鋼質量的前提，而精煉工藝則是保證鋼質量的關鍵，它對初煉鋼水的成分進行微調，進行去氣、合金化、脫氧、脫硫、排除夾雜、調節和均勻鋼液的溫度、化學成分，并為后步工序創造最佳的澆注條件。

3.2 爐外精煉工藝的方法與質量

3.2.1 脫氧與鋼質量

鋼液中除了有極微量的自由氧外，氧主要以[FeO]的形式存在。因此脫氧反應的機理就是用與氧的親和力比鐵大的元素把鐵從[Feo]中還原出來，使生成的脫氧產物比較穩定且能迅速排除。另外碳的脫氧能力隨著溫度的升高變化不大。但碳的脫氧能力有限，鋼液不能完全用碳脫氧。這是因為鋼液在冷卻凝固過程中，溫度的降低，碳的活度急劇升高，有CO或C02氣泡生成，破壞了鋼的連續性。因此鋼液的脫氧不能用碳作為單一的脫氧劑，一般先用碳進行脫氧，然后再用硅錳等脫氧能力較強的元素，或者將碳和其他脫氧劑同時使用。

同時為了獲得顆粒大、熔點低、密度小、易上浮的脫氧產物，可在冶煉過程中經常使用復合脫氧劑。它們的主要特點是在反應區內同時存在幾種脫氧產物，彼此聚集，易上浮排除。常見的復合脫氧劑有硅錳合金、硅錳鋁合金、硅鈣合金、硅錳鈣合金和硅鋁鐵、硅鋁鋇鐵等合金。在生產上，當分別使用硅鐵和錳鐵代替硅錳合金進行脫氧時，它們加入的先后順序對鋼中夾雜物的組成和含量有一定的影響。先加入錳鐵。后加硅鐵，生成的脫氧產物能夠迅速從鋼中排除。硅錳合金在脫氧的同時，還能降低鋼中硫化物夾雜及提高鋼的沖擊韌性，脫氧產物要比用鋁脫氧時少50%左右。

3.2.2 脫硫與鋼質量

在精煉過程中，脫硫往往和鋼液的脫氧同時進行由于脫硫反應是吸熱反應，提高熔池溫度也有利于脫硫。此外增大渣鋼界面積能改善脫硫速度。渣鋼界面積越大，脫硫速度越快，增大渣量有利于脫硫反應的進行，但渣量的增加應以熔渣的粘度不變壞為前提。還原精煉時，脫氧和脫硫是同時進行的，鋼液的脫氧程度直接影響鋼液的脫硫效果。鋼中的氧含量越低，鋼中的硫含量也越低；脫氧速度越快，脫硫速度也越快。此外，氣體攪拌能提高反應速度和改善硫在煉鋼熔體中的擴散與轉移等動力學條件，有利于脫硫。

總之，氧化物與硫化物夾雜是影響拔絲鋼的冶金與拉伸性能的重要因素，積極進行精煉能有效嚴格控制鋼的成分，降低硫、磷含量。

參考文獻：

[1]張燕燕，周純濤，朱明明.重卡傳動軸軸叉和端齒的鍛造工藝及力學性能分析[J].廣西輕工業，2011年6期.

[2]王志成，喬及森，陳劍虹，等.轎車用鋁合金焊接接頭局部力學性能分析[J].焊接學報，2009年1期.

[3]盧建偉，姚秀榮，劉兆晶，等.耐熱鑄鋼GX12的組織與力學性能分析[J].黑龍江工程學院學報（自然科學版），2009年1期.

[4]丁曉非，姚年善，謝忠東，等.ZG40Cr25Ni20和ZG40Ni35Cr25合金CS_2反應管狀態分析[J].石油化工腐蝕與防護，2009年5期.