米德雷克思

　　背景簡述

　　我國雖然是世界產鋼第一大國，但我國優(yōu)質鋼、潔凈鋼的生產無論是數量，還是品種、質量方面與世界先進國家有很大的差距，成為我國鋼鐵生產的短板，無法滿足我國經濟發(fā)展的需要，嚴重的影響我國裝備制造、國防等工業(yè)發(fā)展。如果單從冶金裝備條件上比較，我國通過近些年的大量引進現代國際先進的冶金技術設備，已具備生產優(yōu)質鋼、潔凈鋼、超潔凈鋼的能力。目前的主要問題是生產技術和管理以及原材料上存在差距。作為發(fā)展中國家，我國廢鋼資源不足，主要以高爐長流程工藝為主。高爐轉爐工藝路線流程長，控制點多，影響因素復雜，因此產品質量穩(wěn)定性很難控制。而優(yōu)質鋼、潔凈鋼對產品多項控制指標有著嚴苛的控制范圍要求，單一路線存在一些先天不足，需要結合各種工藝的優(yōu)缺點，以互補短板的方式達到工藝指標。當然國內也有很多采用電爐的短流程鋼廠或車間，但因缺泛優(yōu)質廢鋼，大部分以高爐鐵水加普通廢鋼為原料，因鋼中殘留元素難以控制，很少有企業(yè)能生產潔凈鋼、超潔凈鋼時。國外先進鋼廠目前已將優(yōu)質廢鋼加直接還原鐵作為生產潔凈鋼、超潔凈鋼的標配組合。

　　直接還原煉鐵是以天然氣或非焦煤制氣為能源，在不熔化、不造渣的條件下，鐵的氧化物經還原獲得以金屬鐵為主要成分的固態(tài)產品的技術方法。其產品直接還原鐵中硅、錳、鎳、鉻、鈦、釩、砷、銻、鉍等元素含量比高爐鐵水及廢鋼低1～2個數量級，是生產優(yōu)質純凈鋼鐵材料不可多得的原材料。

　　1.純凈鋼的概念

　　純：指成品鋼中雜質元素[P]、[S]、[O]、[H]、[N] 、（[C]）含量很低。如深沖鋼:

　　∑[i]= [P]+[S]+[O]+[H]+[N]+[C] ≤100ppm

　　凈：指成品鋼中的非金屬夾雜物數量極少，尺寸小。在雜質元素含量低的前提下，精煉和澆注中形成的非金屬夾雜物能夠上浮排除。凈的指標：鋼中夾雜物指數＜5mg/10kg，夾雜物的尺寸＜30?m，T[O] ＜30ppm。

　　2.雜質元素對鋼性能的影響

　　2.1硫元素

　　[S]：存在形式：（Mn、Fe）S。對鋼材的熱加工性能、焊接性能和抗腐蝕性能有很大的影響。顯著降低鋼材非軋制方向的強度、延展性、沖擊韌性和抗氫致裂紋（HIC）的能力。

　　高層建筑、重載橋梁、海洋設施等重要用途的鋼材[S]含量控制在30-50ppm以下，石油管線鋼[S] ＜10ppm，高級別的石油管線鋼[S] ＜1-5ppm。

　　硫在低溫下對鋼的沖擊韌性降低造成的危害。在低溫下，鋼中含硫高，也會造成鋼的沖擊值或沖擊韌性顯著降低。1912年4月14日晚11點40分，TITANIC號客輪與冰山相撞，造成1517人死亡的沉船事故，就是由于當時用的船板鋼的硫含量高，在低溫下，船板的抗沖擊韌性極低而產生斷裂所造成的悲慘事故。1992年，加拿大的冶金學家從沉船地點打撈起船板，取鋼樣分析，從分析結果可知，該船鋼板中，硫含量很高。用這種船板與20世紀50年代初期生產的具有類似成分但硫含量相當低的鋼板作沖擊試驗進行比較。由試驗結果可知，在接近0℃時，TITANIC號船板基本上無沖擊韌性。由此可得到結論，當冰山撞擊TITANIC號時，脆裂造成了船身的斷裂。這種與高硫含量有關的在低溫下鋼的脆裂現象直到1947年才被認識到。

　　2.2磷元素

　　[P]：從室溫到0℃以下，磷使鋼產生脆裂，表現在鋼的沖擊韌性大大下降。冷脆的原因一般認為是由于磷原子富集在鐵素體晶界上形成的‘固溶強化’作用所引起的，造成晶粒間的強度提高，從而產生脆性。在-20℃到0℃以下，鋼中的磷使沖擊韌性急劇下降。另外，磷是鋼中偏析程度大的元素。因為，含磷鋼液在凝固時需要通過較大的溫度區(qū)域，造成最后凝固的鐵液中含有較多的磷，從而產生較大程度的磷偏析。所以，磷對鋼材的延展性、低溫韌性有很大的影響。[P]在鋼液凝固過程中，產生嚴重的偏析。

　　普通低磷鋼要求[P] ≤100ppm；超低磷鋼如含9%[Ni]的低溫儲罐鋼，[P] ≤30ppm。

　　2.3氮元素

　　[N]：造成鋼材時效硬化；降低鋼材的冷加工性能；造成焊接熱影響區(qū)脆化。

　　超深沖IF鋼冷軋鋼板，要求[N] ＜25ppm，以保證深沖性能；厚板鋼為了保證焊接熱影響區(qū)的韌性，[N] ＜20ppm。

　　2.4氧元素

　　[O]：以非金屬氧化物的形式存在鋼中。對鋼材的疲勞強度、加工性能、延展性能、韌性、焊接性能、抗HIC性能、耐腐蝕性能均有顯著的降低作用。

　　對夾雜物要求嚴格的鋼：汽車板、DI罐，T[O] ＜20-30ppm；子午線輪胎冷拔鋼絲、大橋懸索鋼絲， T[O] ＜20ppm，夾雜物尺寸小于20?m；軸承鋼， T[O] ＜5ppm。

　　鋼中T[O]量與產品質量關系：

　　（1）軸承鋼T[O]由30×10-6降到5×10-6，疲勞壽命提高100倍。

　　（2）鋼中T[O]與冷軋板表面質量存在明顯的對應關系。

　　美國Weirton公司生產0.15mm厚薄板，在DTR生產線上檢查120個板卷發(fā)現：