梯队负责人：王新华 教授

梯队成员：  张炯明，王万军，于会香，黄福祥

梯队简介：

洁净钢生产技术是目前国内外冶金工作者最关注的话题之一，本梯队主要对洁净钢生产过程中的杂质元素、非金属夹杂物行为和控制技术进行研究，承担了国家“973计划”、国家自然科学基金、北京市科技支撑计划等课题，并与国内首钢、鞍钢、武钢、攀钢等国内大型钢铁企业进行合作开发了不同高品质洁净钢的生产技术。与鞍钢、唐钢、马钢等企业合作对连铸生产过程中的中间包、结晶器流场特征，二冷动态配水、轻压下技术进行了研究，并对铸坯质量缺陷控制技术进行了深入研究。另外本课题组还对当前冶金领域的研究热点如氧化物冶金技术、薄带连铸技术等方面的内容进行研究。本课题组目前有教师5人，在读研究生37人，其中博士12人，硕士25人，发表科技论文200多篇，申请专利10余项。

代表性研究内容及成果简介：

1）洁净钢中杂质元素和非金属夹杂物控制技术研究

钢的洁净度是反映钢的总体质量水平的重要标志，是钢内在质量的保证指标。提高钢的洁净度越来越成为钢铁冶金技术研究的重要课题，钢的洁净度通常由钢中有害元素(P、S、N、H、T.O)含量以及非金属夹杂物的数量、形态和尺寸来评价。为了获得“清洁和纯净”钢，力争降低钢中P、S、N、H、T.O含量及夹杂物的数量、控制其形态和尺寸分布等。因为这些因素单一或综合作用的结果，可以大大地影响钢的性能，如抗拉强度、成型性、疲劳性能等。因此，为了改善钢的性能，必须对钢的洁净度进行严格控制。

本梯队依托国家“973计划”对（1）高强度合金结构钢非金属夹杂物熔化温度（2）炉渣-钢液-夹杂物之间的反应平衡及夹杂物组成预测的数值模拟（3）采用Mg脱氧控制钢中非金属夹杂物的实验室研究（4）通过渣-钢反应生成较低熔点夹杂物的实验室研究（5）超低氧合金结构钢夹杂物控制技术的工业试验研究（6）合结钢疲劳性能测试研究，研究结果达到了国际先进水平如：（1）在超低氧合结钢实现“球状、微米尺寸、较低熔点”夹杂物控制有关科学问题和工艺技术方面取得了一系列具有重要创新意义的结果。（2）采用研发的超低氧合结钢精炼技术，齿轮、弹簧、非调制、车轮钢等产品的T.O含量降低至7-10ppm，达到了国际先进水平。（3）采用新工艺生产的弹簧钢，疲劳寿命达到1.3×107仍未断裂，达到了同类产品国际先进水平。

图1 CaO-MgO-Al2O3系夹杂物的能谱面扫描图（EPMA）

2）连铸坯质量控制及冶金过程数值模拟技术研究

在凝固过程中，连铸坯会产生各种各样的缺陷。这些分布在表面和内部的缺陷影响了生产的收得率。连铸坯缺陷主要分为三大类，即内部缺陷、表面缺陷和形状缺陷。本梯队与鞍钢、宝钢、首钢等国内大型钢铁企业合作，对连铸坯表面裂纹和内部质量缺陷成因以及中心偏析形成机理及控制措施进行了深入研究。

通过采用水力学模型和数值模拟等方法对连铸过程中中间包、结晶器内的流场特征进行了系统研究，并对变拉速条件下结晶器卷渣行为特征进行了深入研究，发现铸坯表层大型夹杂物含量增加主要发生于较高拉速时变动拉速的初期，拉速均匀改变对结晶器卷渣的影响不大；在较高拉速时应尽量避免拉速变化，或采用更低的拉速变化速率。

图2 CSP结晶器内流场运动特征

3）氧化物冶金技术研究

氧化物冶金技术是目前世界各大钢铁企业正在进行深入研究的前沿课题之一，代表着当今钢铁冶金技术的先进水平。该技术通过对冶炼（精炼）、连铸、铸坯加热、控轧控冷、热处理等一系列冶金过程的集成控制，使钢中的氧化物、硫化物等有益夹杂物实现细小化、弥散化分布，从而达到在不增加生产成本的前提下全面提高钢板的力学性能、加工性能等技术目标。

本课题组对Al-Ti脱氧钢中形成能够诱导晶内铁素体的氧化物粒子的钢液条件、冷却速率进行了系统研究，得到了有益夹杂物粒子析出控制技术。同时对硫化物夹杂、氧化物夹杂在钢材热加工过程中的行为进行了研究。

图3 晶内铁素体及氧化物核心形貌图（SEM）

特色仪器设备及简介：

1）高温Si-Mo电阻炉

图4 高温Si-Mo电阻炉

Si-Mo高温电阻竖炉，其最高温度可达2073K，Si-Mo电阻竖炉采用R-型热电偶 (Pt-13Rh/Pt) 作为控温热电偶，采用PID方式进行升温，实验温度下(1873K)控温精度为±2K。反应管为刚玉材质，其尺寸为内径φ80mm×945mm。

2）Thermo-calc热力学计算软件

Thermo-calc是瑞典皇家理工学院(KTH)与国际权威的热力学研究组织(如CALPHAD、SGTE、CAMPADA等)合作开发的一款大型热力学计算软件，该软件基于Global Minimization Technique 算法和SLAG2大型数据库，是公认的稳定可靠的权威热力学计算软件

图5 Thermo-calc热力学计算软件结构图

Thermo-calc除了对炉渣相图具有很强的计算功能外，还能直接对炉渣各组元进行活度计算。给定组元成分，温度，压力，选择可能生成的物质以及合适的数据库，利用Thermo-calc计算的活度数据直接对CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元系进行热力学计算与分析。