不锈钢冶炼用Al-Si脱氧剂的试验研究(3)
不锈钢是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢；而将耐化学介质腐蚀（酸、碱、盐等化学浸蚀）的钢种称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同，普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀，而耐酸钢则一般均具有不锈性；不锈钢是含铬量为12%以上的铁基合金。
随着现代工业和工程建筑的发展，对钢的综合性能要求也越来越高，相应地对钢的材质要求也日益趋高。非金属夹杂物作为独立相存在于钢中，破坏了钢基体的连续性，加大了钢中组织的不均匀性，严重影响了钢的各种性能[3]。
过去，人们不断完善炼钢脱氧及去除钢中非金属夹杂物作了大量工作，主要是以Mn、Si、Al元素对钢液进行脱氧研究。如在调整Mn、Si、Al之间的比例，以及提高它们之间的体积密度等，但仍然达不到用户的特殊要求。在钢液进行脱氧、脱硫、脱磷等步骤之后，钢中一般性地去除了O、S、P及有害杂质，仍避免不了在凝固的金属中造成气孔、夹杂、冷脆及变形后的塑性夹杂，这些残留下来的夹杂物会破坏钢的组织结构。只有寻求最佳脱氧剂，发展多元素的复合脱氧剂，才能使O、S、P及夹杂物更深度地去除，提高不锈钢的质量。
而不锈钢中的氧含量对钢的质量有较大影响，所以脱氧是冶炼过程中的一个重要环节。脱氧剂的选择、脱氧剂的加入量及其向钢液中加入的顺序以及脱氧剂反应产物自钢中清除的程度，都对成品钢的品质和性能有很大影响[2]。
铝作为钢的脱氧剂，具有脱氧能力强，细化钢的晶粒等特点。但是，用铝脱氧也存在铝脱氧产物污染钢水、铝的烧损大等问题[4]，采用铝系复合脱氧剂脱氧是改善单一铝脱氧存在缺陷的有效措施之一。炼钢常用脱氧元素的物理化学性能如表1所示[3]。
表1 脱氧元素的物化性能与脱氧能力
脱氧元素 熔点/℃ 沸点/℃ 蒸汽压
(1 873 K) /MPa 铁液中溶解度(1873K, 105Pa)/% 密度
/(g/cm3) 与0.001% 氧平衡 w(M) /%
Si 1413 2600 极低 互溶 2.4 21
Mn 1246 2060 0.0081 互溶 7.24 52
Al 659 2467 0.0043 互溶 2.7 1.64×10-2
Mg 650 1108 1.885 0.100 1.74 1.4 ×10-5
Ca 652 1484 0.185 0.032 1.55 4.2×10-8
Ba 710 1640 0.034 0.020 3.50 3.5×10-6
Sr 770 1460 0.367 0.026 2.63 5.6×10-7
20世纪50年代前钢水多用Si脱氧，随着钢铁工业的发展，人们逐渐认识到采用复合脱氧剂对钢水进行脱氧可以取得更好的冶金效果，复合脱氧剂是指由两种或两种以上脱氧元素组成的合金。目前工业化的脱氧剂或脱氧催化剂包括贵金属脱氧催化剂、铜系脱氧剂、镍系脱氧剂、锰系脱氧剂、耐硫脱氧剂等[5]。复合元素比单元素的脱氧效果好，终脱氧时氧含量低[6]。在冶炼过程中需经脱氧和脱硫处理，从而生成大量的脱氧和脱硫产物，此脱氧和脱硫产物在钢液凝固前大部分已上浮，部分残留在钢中形成内生夹杂物[7]。不锈钢中夹杂物的成分、形态、尺寸以及分布直接影响着产品的工艺性能，甚至直接导致各种类型的缺陷，不锈钢中大多数夹杂物产生于脱氧过程[8]。图1为铝脱氧不锈钢中不同铝含量下的夹杂物形貌，从图中可看出，当钢液中w(Al)＜0.02 %时，夹杂物的主要成分为钙镁硅铝复合物，而当钢中 w(Al)＞0.05 %，钢中主要为较大尺寸的Al2O3夹杂物[8]。