用钡合金进行钢水脱氧

 　　由于钢液洁净度严重影响着钢的质量，提出了洁净钢(超洁净钢)的概念。所谓洁净度包括两方面：一是钢中非金属夹杂物含量；二是夹杂物的组成、形态、尺寸及分布。采用大电炉熔炼及无渣出钢技术或高炉铁水预处理及转炉冶炼提供低磷钢水，再通过炉外精炼生产高洁净钢液已成为优质钢生产的必备流程。
　　1影响钢质量的主要因素
　　轴承钢对洁净度的要求主要集中在氧、钛和钙含量上。氧的作用主要体现在氧化物夹杂对轴承钢接触疲劳寿命的影响。这一影响不仅与夹杂物数量有关，而且还与其形态和分布状况有关。由于在同一种处理工艺下(主要指使用同一种脱氧剂)，夹杂物的组成、形态和分布规律基本相似，因此可用钢中全氧含量OAETO]来代表有害氧化物夹杂的数量，即可反映代表轴承钢质量的好坏。但是对于不同的处理工艺，氧含量无可比性。在用铝脱氧情况下，钢中氧化物夹杂或氧含量与轴承钢疲劳寿命关系的大量研究表明，随着钢中氧含量的降低，其疲劳寿命提高。
　　钛对轴承钢疲劳寿命的影响主要体现在它与氮结合生成氮化钛。氮化钛的熔点为2930～2950℃，在金相显微镜下观察呈方形或菱角形，锻轧过程中不变形，易在与基体的交界处产生微裂纹，成为金属进一步疲劳破坏的疲劳源。
　　各种夹杂物对轴承钢疲劳寿命影响的研究结果表明，其危害程度由大到小的顺序为：铝酸钙—氧化铝—尖晶石—硅酸盐—氮化钛—硫化物。其中，尤以大型铝酸钙点状夹杂物的危害最为严重。为防止生成点状夹杂物，要求严格控制钢中的钙含量。弹簧钢对洁净度的要求主要体现在氧含量和钛含量上。分析汽车悬挂簧和阀门弹簧等的失效原因发现，引起疲劳破坏的主要是非金属夹杂物，尤其是Al2O3和TiN夹杂物对弹簧钢疲劳寿命的危害最大。以往生产高质量弹簧钢主要采用电炉一电渣重熔或真空电弧重熔等特种冶炼方法。随着炉外精炼技术的发展，钢中夹杂物的总量显著降低，尤其是采用RH真空脱气工艺可实现超低氧(ULO)钢或超洁净钢(UCS)的生产。对钢材的检验结果证实氧含量低于15×10的低氧(LO)钢可满足1960MPa高应力弹簧的使用要求。用超低氧加超低氮化钛工艺生产的钢的疲劳极限与真空电弧重熔钢相同。这种钢可用来制造高强度阀门弹簧。
　　2脱氧工艺对钢洁净度及夹杂物的影响
　　常见的脱氧工艺有扩散脱氧、真空碳脱氧和沉淀脱氧。但由于扩散脱氧速度慢，在实际炼钢生产中主要采用真空碳脱氧或沉淀脱氧及其组合。自真空冶金工艺问世以来，其在降低钢中氢含量、防止白点方面的突出效果已被公认。然而在罐式真空条件下，当真空室压力降至一定程度后，再继续降低压力，不仅无助于真空碳脱氧，而且还会导致耐火材料分解并向钢中供氧。因此，仅仅依靠提高真空度来生产高洁净钢比较困难，只有与其它精炼手段，诸如搅拌、沉淀脱氧、炉渣及合成渣洗等结合起来，才能发挥其作用。
　　对沉淀脱氧而言，其脱氧效果主要受脱氧剂的脱氧能力，钢液搅拌状况及炉渣吸收夹杂物能力的影响。由于硅、锰的脱氧能力弱，长期以来一直以铝作为炼钢的主要脱氧剂。铝的脱氧能力和细化晶粒作用已被公认，但因其利用率低、价格高、脱氧产物为细小难熔的Al2o3夹杂物，不易上浮排出以及连铸时容易水口结瘤等原因，限制了铝在一些重要钢种中的应用。
　　尽管近年来对钡系合金脱氧钢中的氧含量是否比铝脱氧钢低有不同说法，但对前者降低钢中夹杂物总量和改善夹杂物组成及形态等意见是一致的，而且确认其脱氧产物的尺寸均小于5m，且呈球形均匀分布，最终在钢中很难找到含钡夹杂物。从夹杂物组成来看，一般以Al2O3.SiO为主，只有采用含钙的钡系合金时，才会产生钙铝酸盐点状夹杂物。
　　3结论
　　(1)夹杂物的组成及分布对钢质量的影响比夹杂物总量的影响更为显著。
　　(2)采用铝预脱氧、钡合金终脱氧工艺，可消除轴承钢中的点状夹杂物并降低有害Alzo。夹杂物的比例，提高轴承钢的寿命。
　　(3)采用铝预脱氧，钡合金终脱氧的工艺可使弹簧钢中的氧含量降低到15×10以下，氧化物夹杂中AlO。的比例小于40%。
　　(4)采用铝预脱氧，硅钙钡合金终脱氧工艺可使齿轮钢的氧含量稳定降低到20×10以下。