1 钢轨中夹杂物种类
钢中非金属夹杂物(与基体有明显的不同)按照标准图谱分为A、B、C、D和DS五大类。这五大类夹杂物代表最常观察到的夹杂物的类型和形态。
A类(硫化物类):具有高的延展性,有较宽范围形态比(形态比用长度/宽度表征)的单个灰色夹杂物,一般端部呈圆角。
B类(氧化铝类):大多数没有变形,带角的,形态比小(一般小于3),黑色或带蓝色的颗粒,沿轧制方向排成一行(至少有3个颗粒)。
C类(硅酸盐类):不具有延展性,有较宽范围形态比(一般大于等于3)的单个呈黑色或深灰色夹杂物,一般端部呈锐角。
D类(球状氧化物类):不变形,带角或圆形的,形态比小(一般小于3),黑色或带蓝色的,无规则分布的颗粒。
DS类(单颗粒球状类):圆形或近似圆形,直径大于等于13μm的单颗粒夹杂物。
2 危害
01 强度降低
夹杂物的存在对钢材的强度产生极其显著的影响。其中，氧化物与硫化物类的夹杂物，会成为应力集中的源头，导致钢材的屈服强度与抗拉强度降低。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
02 韧性降低
夹杂物显著降低钢材的韧性，特别是冲击韧性和断裂韧性。在钢中形成的夹杂物会引发微裂纹，在冲击载荷的影响下，这些微裂纹容易扩展，从而导致钢材的断裂韧性降低。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
03 塑性变差
夹杂物的存在会使钢材在拉伸过程中易于出现局部变形，导致延伸率降低，塑性变差。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
04 加工性能下降
在轧制过程中，夹杂物的存在可能导致钢轨局部区域出现热裂纹，从而降低钢轨的加工性能和可靠性。此外在焊接过程中，夹杂物，尤其是氧化物，会降低焊缝区域的强度和韧性。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
3 炼钢过程中夹杂物形成机理
01 脱氧产物形成夹杂物
在炼钢过程中，需要添加脱氧剂以去除钢水中溶解的氧。常见的脱氧剂包括铝、硅、锰等，它们通过化学反应与钢液中的氧结合，形成稳定的氧化物如Al₂O₃、SiO₂、MnO等。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
脱氧反应产生的物质在钢液中的形态各异，可能是固态或液态。起初，这些脱氧产物通常以微小的固体颗粒或液滴形式分散于钢液之中，随着钢液的流动，这些颗粒逐渐聚集，形成较大且稳定的氧化物夹杂物。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
02 炉渣卷入形成夹杂物
在炼钢过程中，尤其是在出钢、精炼和浇铸阶段，炉渣的卷入现象较为常见。炉渣主要由氧化钙、氧化铝、氧化硅和氧化镁等成分构成，一旦这些氧化物颗粒被卷入钢液中，就会形成相应的夹杂物。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
03 耐火材料侵蚀形成夹杂物
在炼钢过程中，钢液与炉衬耐火材料之间存在复杂的相互作用。在高温环境下，钢液中的金属元素与炉衬材料发生化学反应，产生一系列化学反应产物，例如铝镁氧化物和硅酸盐类夹杂物。此外，钢液的高速流动以及热冲刷作用会侵蚀炉衬材料，导致更多夹杂物的形成。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
4 炼钢过程中夹杂物的控制方法
1.原料把控
选用低硫、低磷铁水和优质废钢，减少初始杂质，这样在后续脱硫脱磷脱氧等炼钢流程中能有效减少硫化物等夹杂物。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
2.脱氧剂的选择、次序和用量把控
脱氧剂种类多样，包括硅系、铝系、钙系和复合脱氧剂。硅系成本低，适用于前期脱氧；铝系脱氧能力强，但需注意防止晶粒粗化；钙系能深度脱氧并改善夹杂物形态；复合脱氧剂通过多元素协同作用提升效率。使用时需精确控制用量，避免过量导致夹杂物增多。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
钢轨钢脱氧应采用复合工艺，结合硅预脱氧、铝终脱氧和钙处理，严格控制脱氧剂种类、加入顺序和用量。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
3.炉渣控制
炉渣在炼钢中不仅脱磷脱硫、隔绝空气、保温，还能吸附夹杂物。其碱度和氧化性等特性影响吸附能力，高碱度炉渣更有效地去除硫、磷等元素，减少夹杂物。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
炉渣精炼操作可降低夹杂物卷入钢液。调节炉渣化学成分改变流动性和泡沫化特性，减少夹杂物卷入，优化钢液热均匀性，为精炼过程创造良好条件。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
4.耐火材料的合理选择与维护
炉衬的使用寿命、钢轨的质量以及成本效益直接受耐火材料选择的影响。在冶炼钢轨钢的过程中，必须使用能够耐受高温、抵抗熔渣侵蚀以及承受热震的耐火材料，以减少夹杂物的产生。由于耐火材料在长期的高温环境下容易受损，因此需要定期进行检查和更换。采用防护性涂层，例如陶瓷涂层，可以有效延长耐火材料的使用寿命，降低其与钢液的反应性，进而减少夹杂物的生成。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
5.精炼技术的强化
使用LF和RH炉等精炼设备，夹杂物控制更加精确。LF炉通过电磁搅拌和脱氧反应有效去除钢液中的夹杂物。RH炉利用真空技术降低气体含量，促进夹杂物聚集并去除，进一步提高钢液纯净度。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
6.浇铸工艺优化
在浇铸过程中，使用长水口和氩气密封保护，防止钢液二次氧化；结晶器电磁搅拌确保稳定运行，促进夹杂物分离；中间包挡坝结构延长钢水停留时间，助于夹杂物上浮；添加覆盖剂，既保温又吸附夹杂物；恒拉速操作，防止拉速波动引起卷渣。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
综合前述，夹杂物影响钢轨性能，其形成过程极为复杂。冶金技术的不断进步，使得对夹杂物的控制策略亦在不断优化之中。然而，要实现夹杂物的进一步清除，仍需进行深入研究。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄢󠄡󠄦󠄞󠄧󠄣󠄞󠄢󠄡󠄦󠄞󠄩󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮
