脱氧工艺对车轮钢氧化物夹杂控制的影响

　　氧化物夹杂的类型、数量、尺寸、分布对钢的使用性能产生显著影响。近些年从车轮钢铸坯的高倍夹杂的统计分析看，C类夹杂基本杜绝，D类夹杂一般稳定在0. 5级，A类夹杂级别也全部在2. 5级以内，完全满足新铁标的要求。唯有B类夹杂，虽然小于1级占95%以上，但还不能全部满足新铁标规定的小于1级。B类夹杂为条状氧化物夹杂，主要成分为Al2O3，是一种脆性夹杂，一定尺寸的Al2O3夹杂容易成为车轮各种破损的疲劳源，因此，减少钢中的氧化物夹杂，是提高车轮用钢质量的关键技术之一。

　　氧化物夹杂控制与降低全氧具有同一性，与脱氧工艺密不可分。本文研究了4种脱氧工艺对车轮钢B类氧化物夹杂控制的影响。

　　1脱氧材料的选择

　　脱氧工艺主要包括脱氧材料的选择、加入时间和加入方式的确定，以及脱氧产物排除方法等环节，主要的脱氧材料及其脱氧机理如下：

　　1)铝。铝是用于钢液脱氧的重要材料，它的脱氧产物为固态的Al2O3，反应式为：

　　2[Al]+3[O]= Al2O3

　　△G0=-1225000-393.8T[1] (1)

　　由热力学计算，Al的脱氧基本上在1873 K高温下完成，即加Al后的片刻之内，绝大部分氧就由溶解态转变为氧化物而析出，铝脱氧速度很快，脱氧产物主要为一次生成[2]。

　　2)硅铝钡。Si-Al复合脱氧的产物可能是SiO2，l2O3，3Al2O3·2SiO2及FeO·Al2O3，2FeO·SiO2等，但在一般的炼钢过程中，钢液中Si、Al、O都处于常规范围内，Si-Al复合脱氧的产物主要为3Al2O3·2SiO2或Al2O3，钢液中O含量较高时，脱氧产物主要是3Al2O3·2SiO2，而随着氧含量的降低，脱氧产物以Al2O3为主。

　　在Si-Al复合脱氧的基础上引入钡，形成硅铝钡复合脱氧剂。钡具有比钙、镁大的密度、高的沸点、低的蒸汽压和小的溶解度。钡对夹杂物的变性作用主要表现为降低夹杂物的熔点，改善夹杂物的形状和尺寸以及使夹杂物分布均匀化。含钡合金除能减少铝消耗外，还能改变钢中夹杂物的形态，改善结晶组织的弥散度和均匀性，减少钢中夹杂物的含量，净化钢液[3]。

　　3)硅钙钡。金属钙是很好的钢液净化剂，大多用于钢液的深脱氧和深脱硫。硅铝脱氧的钢，钢中O质量分数已很低，一般在5×10-6左右，此时，钙直接脱氧反应不是主要的，但钙可以与大量存在于钢中的Al2O3发生反应，其反应式为：

　　xCa+y Al2O3 ={x(CaO)·(y—x/3) Al2O3}+2x/3A1 (2)

　　钙在这些Al2O3夹杂颗粒中扩散，使钙连续地进入铝的位置，置换出来的铝进人钢液。随着钙的扩散，在Al2O3夹杂表面CaO含量升高，当ω(CaO)>25%时，钙铝酸盐呈液态，这种含CaO量高的液态钙铝酸盐夹杂物大部分浮出钢液，进入渣层，从而降低钢中的全氧。