冶金工程前沿系列講座作業(yè)姓名：趙東偉學號：S20102164專業(yè)：冶金工程學院：冶金工程研究院第一講外場對鋼液凝固組織的影響（王靜松老師）外場主要包括電磁場、外加電場以及超聲波。電磁場：電磁場對鋼液進行電磁攪拌，即在煉鋼過程中，對鋼水施加一個交變電磁場，當磁場以一定速度切割鋼液時，會產生感應電勢，這個電勢可以在鋼液中產生感應電流，截流鋼液與磁場的相互作用產生電磁力，從而驅動鋼液運動，達到攪拌鋼液的目的。施加電磁攪拌以后，鋼坯凝固初期的鑄型熱流量明顯增加，促進了鑄型內鋼液過熱的耗散，使得鋼坯內的溫度分布趨于均勻，降低了凝固前沿的溫度梯度，這不僅抑制了柱狀品的發(fā)展，同時易于在鋼液內部同時形核，有利于等軸品凝固組織的形成，使得鋼坯的等軸品比率由無電磁攪拌作用得以提高。電磁攪拌對鋼坯凝固過程中的熱流量、內部溫度分布、凝固前沿的溫度梯度等都具有非常顯著的影響。施加電磁攪拌,一方面加快了鑄型內鋼液的過熱熱量耗散，使得鑄型的平均熱流量增加，同時也使鑄型內溫度分布趨于均勻，降低了凝固前沿的溫度梯度。根據(jù)成分過冷理論，當凝固前沿的溫度梯度相對較低的情況下，有利于抑制柱狀品的發(fā)展，同時趨于均勻的鋼液溫度分布，易于同時形核，有利于等軸品凝固組織的形成。這說明電磁攪拌促進鋼液中的過熱耗散是提高鑄坯凝固組織中等軸品比率的重要原因之一。外加電場：由于電場的影響使團簇外電層結構發(fā)生畸變，該原子團或團簇就長大成為尺度更大的團簇，按照傳統(tǒng)凝固理論的觀點，原子團或團簇尺度越大，其形核或結品需要克服的位壘或勢壘就越小，從而形核率也就越高。形核率提高會增大等軸品區(qū)，減少柱狀品區(qū)，使金屬的凝固組織得到均勻細化。通過添加外加電場可以改善鋼錠的凝固組織，縮小柱狀品區(qū)，擴大等軸品區(qū)及細化晶?？商岣咪撳V凝固質量，該部分從改善、細化金屬凝固組織的方法出發(fā)引出金屬凝固過程中施加電脈沖處理的國內外研究的進展。在鋼鐵冶金過程中運用電流或電脈沖技術處理鋼液，其中鞍鋼利用電場對中間罐鋼液進行處理的工業(yè)化生產試驗，改善和細化了連鑄坯凝固組織，中心縮孔和裂紋等質量缺陷得到明顯改善。盡管其微觀作用機理尚在探討，但其改善和細化金屬凝固組織減少質量缺陷的良好效果已倍受冶金研究者們關注，鞍鋼運用電脈沖處理技術，在連鑄生產中處理中間罐的鋼液，開展了電脈沖改善連鑄坯凝固組織的工業(yè)化生產試驗研究.并取得了良好好的效果。超聲波：超聲波處理鋼液是一種細化金屬凝固組織、改善金屬性能的技術，受到國內外科研工作者普遍關注。目前這方面的研究主要集中在低熔點純金屬及其合金方面，主要是因為這些金屬熔點較低，便于將超聲波引入到金屬熔體中，并且效果也比較明顯。而對成分比較復雜的鋼鐵材料，進行超聲處理的試驗研究報道則相對較少，這主要是因為鋼鐵材料的熔點比較高，難以有效地將超聲波引入到鋼鐵熔體中。當鋼液中加入稀土鈰，在凝固前的鋼液中引入超聲波，超聲波處理使高碳鋼凝固組織明顯的細化。鋼液中的稀土硫氧化物固體在超聲空化作用下變成更多更小的顆粒，在鋼液凝固過程中增加了結品形核的核心數(shù)量，使高碳鋼的凝固組織細化。在鋼液凝固過程中進行超聲波處理，初生樹枝品被超聲波擊碎形成均勻細小的等軸品，高碳鋼凝固組織也會發(fā)生顯著變化。第二講稀有金屬冶金（朱鴻民老師）稀有金屬是指在地殼中含量極少，分布較散、提煉較難、用途重要的金屬?，F(xiàn)在各國都重視資源戰(zhàn)略。對用于發(fā)展高新技術及國防軍工材料的合金元素統(tǒng)稱為戰(zhàn)略合金元素。他們是指：銘Cr、竦Ni、鉬Mo、釩V、鎢W、鉆Co、鉭Ta、鈮Nb、鈦Ti及鈰Ce-鑭La等。稀有金屬以其獨特的性能和作用，是原子能、航空航天、半導體、電子技術、特種鋼材、超級合金以及導彈火箭、軍火工業(yè)等眾多關乎國計民生和國防安全方面所必需的金屬材料。為此，對稀有金屬特殊的戰(zhàn)略需要迫使世界各國將稀有金屬作為及其重要的戰(zhàn)略物資進行大量儲備。經過這節(jié)課的學習，我對稀冶這個專業(yè)又有了更深的認識。通過朱老師對鎢冶金、鈦冶金等的介紹，也讓我認識到，各個專業(yè)，各個學科，甚至各個領域的相通之處。同時，朱老師給我們傳達的最重要的一個觀念就是，要有思想，要有創(chuàng)新，這對我們在以后的學習工作中將受益匪淺。稀有金屬常見的制備方法有：氫還原法，水溶液電解，熔融鹽電解，碘化物熱分解，金屬熱還原法，萃取法，離子交換法等。這也是冶金行業(yè)中，幾乎所有的金屬的冶煉方法，只是具體到某一種元素時，因其特性不同，冶煉方法有所不同。1、氫還原法氫還原法是制備稀有金屬使用的最早的方法。早期的鎢、鉬、鍺、銖等金屬常用此方法制備。目前國內外采用多種制備超細鎢粉的方法，其中最引人注目的是六氯化鎢氫還原法。趙秦生等人以金屬鎢粉或鎢廢料為原料，在通氫氣情況下加熱反應器，氯化段的溫度加熱到800°C保溫，還原段加熱至1000°C。待溫度升至所需溫度，保溫一小時，使水份得以有效除去。然后在外管繼續(xù)通氫的情況下，內管停止通氫，改通氬氣，以趕除內管中的氫氣。待內管中的氫氣趕完，可將氯氣隨同氨氣一道通入內管。此時氯氣即與原料鎢反應，生成氣態(tài)的六氯化鎢與五氯化鎢的混合物。此氯化鎢隨氬氣從內管流入還原段外管，與已預熱了的外管氫氣相遇，發(fā)生氣相反應，按下式生成超細鎢粉：WCl6+3H2=WI+6HCIto在制備鉬粉工藝中，氫氣還原法⑵是制備鉬粉的傳統(tǒng)方法，它是以鉬酸銨為原料，通過焙燒、兩階段還原成鉬粉的。此方法制備鉬粉的成本比較低，并且，易進行工業(yè)化規(guī)模生產，產出的鉬粉純度較高，其粒徑一般在微米級，達不到納米級超細鉬粉。在氫還原法制備的過程中，應注意大部分的稀有金屬的熔點較低，具有揮發(fā)性，所以在制備的過程中須控制好溫度。2、 水溶液電解法水溶液電解已有一百多年歷史，是一種重要的有色冶金方法。稀有金屬中的鎵、鋼和和鉈可以從水溶液中電解制得，其電解質分別為鎵酸鈉、硫酸鋼或草酸鋼復鹽和硫酸鉈溶液。從電解池中析出的金屬可于氫氣下壓制成金屬棒或塊。也有相關資料報道可以從水溶液中電解積銖，其電解質為高銖酸鉀溶液，電解積銖得到光輝的金屬層，色澤隨著時間變化而稍變暗。3、 熔融鹽電解法熔融鹽電解也是制備稀有金屬常用的方法。鋰、鈹和希土族的金屬可以用這種方法生產，有時釷、鈾也可以用這種方法來制備。電解質主要為氯化物或氟化物復鹽等。電解制備稀有金屬比較經濟，操作也比較簡單，但不易獲得純品。當前，工業(yè)上鈦的冶煉方法主要是Kroll法（克勞爾法）。但這種方法生產成本高，使得鈦的應用有所限制。如能從熔融鹽中直接電解得到鈦，就可減少成本。然而，從熔融鹽中電解得到的固態(tài)鈦很可能是樹枝狀品，需要再經過真空電弧重熔。如果能得到液態(tài)鈦，上述問題即可迎刃而解。但因鈦的熔點高，高溫活性大，保持其液態(tài)是非常困難的⑹。因此從熔融鹽中電解煉鈦的技術仍在探索中。4、 碘化物熱分解法碘化物熱分解法是制備稀有金屬最著名的方法。該法是利用純碘化物在高溫下分解，獲得海綿狀純金屬，再于真空或惰性氣體下壓制面金屬棒或礦?？捎糜谥苽滹崱啞⑩Q、鈦等純金屬。該方法雖然能制得純度很高的金屬，但是成本很高，不宜大量生產。5、 金屬熱還原法金屬熱還原法是一種重要的生產稀有金屬的方法，可分為金屬鹵化物還原和金屬氧化物還原。目前大多數(shù)的金屬，如：鈹、鈦、鋯、釷、鈾、鈮、鉭和希土元素都用這種方法來制備，尤其是目前制備鈦、鋯、飴、鈮、鉭等難熔金屬的最常方法。用作還原劑的金屬有鎂、鈣、鈉、鉀、鋰、鋁等。還原時將鹵化物或氧化物和還原劑混合置入裝置中，在高溫下還原。反應完畢后，可得到純金屬。還原過程中不能有空氣和氮氣存在，因為大多數(shù)金屬會與氮氣反應生成氮化物。6、 萃取法液體萃取是分離、凈化和富集稀有金屬的主要工業(yè)方法之一?，F(xiàn)在這種先進的工藝方法成功地用于制取大多數(shù)稀有金屬以及貴金屬和有色金屬。我國在稀有金屬工業(yè)中采用萃取法進行工業(yè)規(guī)模生產，主要是建立在使用兩種萃取劑—TBP和P204的基礎上。用TBP從硝酸鹽溶液中萃取稀土的方法，最適合在實踐中應用。采用100%的TBP—稀土硝酸鹽一鹽析劑的萃取體系制取稀土的方案，可應用在所有的稀土工業(yè)企業(yè)中，以便于自然稀土混合物的分組以及分離析出鑭、鈰、錯、釹和釔的純氧化物。在生產實踐中，正采用著以P204萃取法由氯化物溶液分離銪和釔組元素的方案。7、 離子交換法在國外起步較早的離子交換提釩法，通常采用焙燒、酸浸、堿浸等工藝將釩渣中的釩轉化成水溶性含釩離子，再根據(jù)物料的不同采用不同的離子交換劑，并調整溶液pH值，在離子交換柱上發(fā)生吸附反應，釩被固定于離子交換柱上，并實現(xiàn)了與雜質的分離；再經脫附，釩轉入洗脫液中。第三講高品質鋼的品種與質量控制（陳偉慶老師）陳偉慶老師介紹的大概內容主要包括高質量鋼的品種、鋼質量的要求、潔凈鋼的冶煉技術、潔凈鋼的連鑄技術、精煉渣的作用以及高質量鋼的冶煉技術。隨著社會發(fā)展的需要，各種高質量的鋼種愈發(fā)受到市場的青睞，客戶也對鋼提出了更高的要求，陳老師主要敘述了獲得高質量鋼種所需要的一些因素，以及高質量鋼的質量所提出的一些要求。對于潔凈鋼的冶煉技術主要包括轉爐煉鋼工藝和電爐煉鋼工藝兩類。潔凈鋼的連鑄技術主要通過對中間包、結品器和連鑄時的控制來獲得客戶需要的鋼材。中間包位于鋼包和結品器之間，起著減壓，穩(wěn)流，去渣，貯鋼分流等作用。而結品器作為連鑄機非常重要的部件，稱之為連鑄設備的心臟，鋼液在結品器內冷卻初步凝固成一定坯殼厚度的鑄坯外形，并被連續(xù)的從結品器下口拉出，進入二冷區(qū)。精煉渣主要是去除和吸收鋼中上浮的夾雜。高質量鋼的冶煉技術從板材、棒線材。兩方面進行了介紹。其中板材包括海洋用鋼、抗氫致裂紋鋼、IF鋼、無品粒取向硅鋼等，棒線材包括焊條和軟線鋼、冷鐓鋼、高級硬線鋼等。1，管線鋼中碳的作用與控制按照API標準規(guī)定，管線鋼中的碳含量通常為0.118%?0.128%,但實際生產的管線鋼中的碳含量卻在逐漸降低，尤其是高等級的管線鋼,X80管線鋼，其碳含量僅為0106%。對于低溫條件使用的管線鋼，當鋼中碳含量超過0.104%時，繼續(xù)增加碳含量將導致管線鋼抗HIC能力下降，使裂紋率突然增加。當碳含量超過0.105%時,將導致錳和磷的偏析加劇。當碳含量小于0.104%時，可防止HIC。鋼中硫的作用與控制硫是管線鋼中影響鋼的抗HIC能力和抗SSC能力的主要元素。研究表明：當鋼中硫含量大于0.1005%時，隨著鋼中硫含量的增加,HIC的敏感性顯著增加。當鋼中硫含量小于0.1002%時，HIC明顯降低，甚至可以忽略此時的HIC。管線鋼中硫的控制通常是在爐外精煉時采用噴粉、加頂渣或使用鈣處理技術完成。鋼中氧的作用與控制鋼中氧含量過高，氧化物夾雜以及宏觀夾雜增加，嚴重影響管線鋼的潔凈度。鋼中氧化物夾雜是管線鋼產生HIC和SSC的根源之一，危害鋼的各種性能，尤其是當夾雜物直徑大于50微米后，嚴重惡化鋼的各種性能。為了防止鋼中出現(xiàn)直徑大于50微米的氧化物夾雜，減少氧化物夾雜數(shù)量，一般控制鋼中氧含量小于0.10015%。采用爐外精煉可獲得較低的氧含量。鋼中氫的作用與控制鋼中氫是導致白點和發(fā)裂的主要原因。管線鋼中的氫含量越高，HIC產生的幾率越大，腐蝕率越高，平均裂紋長度增加越顯著。鋼中磷的作用與控制由于磷在管線鋼中是一種易偏析元素，在偏析區(qū)其淬硬性約為碳的2倍。鋼中夾雜物的作用與控制在大多數(shù)情況下，HIC都起源于夾雜物，鋼中的塑性夾雜物和脆性夾雜物是產生HIC的主要根源。分析表明,HIC端口表面有延伸的MnS和A1203點鏈狀夾雜，而SSC的形成與HIC的形成密切相關。因此，為了提高抗HIC和抗SSC能力，必須盡量減少鋼中的夾雜物、精確控制夾雜物的形態(tài)。鈣處理可以很好地控制鋼中夾雜物的形態(tài)，從而改善管線鋼的抗HIC和SSC能力。第四講輕金屬冶金前沿技術(薛濟來老師)本部分薛老師輕金屬中的鋁冶金和鈦冶金的冶煉。主要對鋁冶金和鈦冶金的生產工藝流程，其技術發(fā)展以及目前世界上各國家的前沿技術進行了簡要介紹，并仔細的分析了我國與美日等國家在輕金屬冶金前沿技術領域的差距以及存在的一些問題。其中金屬鋁是性能優(yōu)異、用途廣泛、關聯(lián)度大的基礎輕金屬材料，在國民經濟發(fā)展中具有不可替代的重要作用。它具有密度小、塑性高、優(yōu)良的導電導熱性和抗蝕性等優(yōu)點，而大量應用于農業(yè)、輕工業(yè)、軍事工業(yè)、交通運輸業(yè)和航空航天等領域。目前世界上鋁的冶煉主要采用冰品石氧化鋁熔鹽電解法煉鋁工藝，然而該法所存在的問題長期以來未能從根本上得到解決，其他煉鋁新工藝的探索研究從未停止過。近些年來，人們對常壓碳熱還原法煉鋁研究較多，然而該法需在2000攝氏度以上才能將金屬鋁還原，且產物金屬鋁與渣相難以分離，最終得到鋁的合金。而氧化鋁真空碳熱還原氯化法煉鋁作為一種新的煉鋁法，理論上真空條件可降低生成金屬鋁的熱力學溫度，工藝流程短，設備簡單，且產物金屬鋁與渣相容易分離。氧化鋁真空碳熱還原氯化法煉鋁過程分三步進行：氧化鋁碳熱還原過程(50-100Pa，高于1693K),2AlO+3C=AlOC+2CO(g)TOC\o"1-5"\h\z23 442AlO+9C=AlC+6CO(g)23 43碳熱氯化過程(70-150Pa，高于1753K),A"O4C+3C+2AlCl3(g)=6AlCl(g)+4CO(g)AlC+AlO+3AlCl(g)=9AlCl(g)+3CO(g)23 3AlOC+AlC+AlO+3C+5AlCl(g)=15AlCl(g)+7CO(g)43 23 3低價氯化鋁AlCl（g）低溫歧化分解過程（50-200Pa，低于933K）,3AlCl（g）=2Al+AlCl3（g,s）第五講現(xiàn)代煉鐵技術（高爐高效低耗煉鋼）（吳鏗老師）吳老師首先主要對電爐、高爐和轉爐進行了簡要的介紹。吳老師還評述了國際上發(fā)展較快的幾種主要非高爐煉鐵工藝流程。其中COREX、FINEX和HISMELT等熔融還原流程可以避免煉焦工藝引發(fā)的環(huán)境污染。成熟的豎爐氣基還原工藝是COREX流程工業(yè)化的重要保障，粉體流化床由于粘結等問題尚未完全解決和鐵浴爐二次燃燒與爐襯侵蝕之間的固有矛盾注定了FINEX和HISMELT實現(xiàn)的難度遠高于COREX流程。氣基還原流程（MIDREX、HYL-III、FINMET）目前都要使用天然氣資源，很難在我國得到發(fā)展。轉底爐可使用低強度的含碳球團，給煤基直接還原流程注入新的活力，但其能耗高、生產效率低、產品質量差將會制約它的發(fā)展。我國自主研發(fā)的煉鐵新工藝，即低溫快速還原工藝，目前仍處于研究開發(fā)階段，它能夠實現(xiàn)低溫快速還原反應，是一種能耗低、污染少、資源利用率高的新型綠色冶金工藝流程，具有良好的發(fā)展前景。第六講現(xiàn)代連鑄技術（張家泉老師）為滿足用戶對連鑄機的高生產率和高的產品質量的要求，現(xiàn)代連鑄機在工藝優(yōu)化、裝備改進和自動控制等方面都有很大發(fā)展。張老師主要綜述了提高連鑄機生產率、鑄坯潔凈度及鑄坯表面和內部質量等方面所采用的技術措施。連鑄過程生產潔凈鋼一是移除液體鋼中氧化物夾雜，進一步凈化進入結品器的鋼水；二是防止鋼水的再污染。對于液體鋼中夾雜物去除主要決定于:夾雜物形成，夾雜物傳輸?shù)戒?渣介面，渣相吸附夾雜物。對于防止連鑄過程鋼水再污染，主要決定于鋼水二次氧化，鋼水與環(huán)境、鋼水與空氣、鋼水與耐材相互作用，鋼液流動和液面穩(wěn)定性（渣-鋼界面紊流、渦流），渣鋼乳化卷渣（渣/鋼界面紊流、渦流）。對連鑄生產過程而言，主要技術對策有：1，保護澆注技術、2,中間包冶金技術、3,中間包覆蓋渣、4,堿性包襯、5,中間包電磁離心分離技術、6,中間包真空澆注技術，7,中間包熱操作技術、8,防止下渣和卷渣技術、9,結品器鋼水流動控制技術。第七講水熱合成及其應用（于然波老師）于老師首先給出了水熱合成的定義：即在一定溫度和壓力下利用水溶液中物質化學反應所進行的合成。然后由不同溫度下的低溫水熱合成、中溫水熱合成和高溫高壓水熱合成分別作了簡要的介紹。水熱合成反應是在溫度為100?1000°C、壓力為1MPa?1GPa的條件下利用水溶液中物質化學反應所進行的合成。在亞臨界和超臨界水熱條件下，由于反應處于分子水平,反應性提高，因而水熱反應可以替代某些高溫固相反應。又由于水熱反應的均相成核及非均相成核機理與固相反應的擴散機制不同，因而可以創(chuàng)造出其它方法無法制備的新化合物和新材料。水熱合成反應釜包括水熱合成在內的無機合成化學,近期在凝聚態(tài)物理領域的某些強關聯(lián)體系做出了重要的貢獻。目前的強關聯(lián)無機固體的研究孕育著新概念、新理論和新材料。具有特殊光、電、磁性質及催化性能的無機材料合成、制備與組裝以及結構與性能之間關系研究的突破，導致新物種和新材料的出現(xiàn),甚至會帶動新的產業(yè)革命。新型無機化合物及功能材料的大量開發(fā)，主要依賴于新的合成途徑、合成技術與相關理論的發(fā)展。針對國際上目前在無機材料的合成與制備研究方面的前沿動態(tài)，我們提出并發(fā)展了先進材料水熱合成路線，深入廣泛地探討不同類型具特殊光、電、磁、催化功能的無機材料的合成與制備技術，系統(tǒng)地研究它們的形成規(guī)律和反應機制以及它們的結構、組成、性能及彼此之間的關系。我們應用變化繁多的水熱合成技術和技巧，制備出了具有光、電、磁性質的包括螢石、鈣鈦礦、白鎢礦、尖品石和焦綠石等主要結構類型的復合氧化物。該系列復合氧化物的成功水熱合成，替代及彌補了目前大量無機功能材料需要高溫固相反應條件的不足。第八講質譜分析技術在冶金物理化學研究中的應用（胡曉軍老師）胡曉軍老師主要根據(jù)已有的冶金物理化學知識，將質譜分析技術和物理化學知識有機的聯(lián)系在一起，并如何解決生產實踐中所遇到的問題。這部分胡老師主要是簡要介紹了質譜分析技術的相關原理，以及如何將質譜分析技術應用到冶金物理化學的研究領域中，為我們進行冶金物理化學的研究提供了一種新的途徑。第九講電化學儲能與能量轉換及其關鍵材料（李建玲老師）李老師根據(jù)大量的電化學的基礎理論知識，簡要介紹了燃料電池、DMFC、鋰離子二次電池的優(yōu)點以及還仍然存在的一些問題，并說明了這些電池的工作原理，以及電池的正負極反應的書寫。通過這種電化學儲能使得電池在我們的日常生活中得到了非常廣泛的應用。電化學儲能是采用電化學手段將能量以電能的形式儲存在超級電容器中。超級電容器通常以多孔活性炭作為載體。用作超級電容器的多孔活性炭要求具有高比表面積，高化學穩(wěn)定性和低電阻。同時為提高沖放電的效率需要控制多孔活性炭材料的孔徑分布，以減少在細孔深部形成雙電層的阻力。自然界中存在著很多形式的能源，如太陽能、風能、水能、核能、化學能等。但大多數(shù)形式的能源都是轉換成電能才能得以利用，在能量轉換過程中就會損失大量的能量，因此有必要研究能量的高效轉換方式。目前燃料電池和太陽能電池的研究和開發(fā)，可以將儲存在燃料中的化學能或太陽能高效、清潔地直接轉變成電能，以緩解我國能源短缺的現(xiàn)狀并為節(jié)能減排提供技術支撐。高品質鋼的品種與質量控制隨著客戶對鋼質量的不斷增加，對管線鋼的質量要求也越來越高。對厚壁管除要求高強度、高韌性，還對其抗氫致裂紋(HIC)和抗硫應力致裂紋(SSC)以及良好的野外可焊接性能提出了更高的要求。由于HIC是目前管線鋼失效和發(fā)生事故的主要原因,研究各成分對HIC的影響就變得很重要。只有深入了解各成分的作用及對性能的影響，選擇合理的冶煉工藝進行精確的成分控制和夾雜物形態(tài)控制，才會冶煉出高潔凈度的管線鋼，滿足高品質、高性能的要求。1管線鋼中碳的作用與控制按照API標準規(guī)定，管線鋼中的碳含量通常為0118%?0128%，但實際生產的管線鋼中的碳含量卻在逐漸降低，尤其是高等級的管線鋼，對于低溫條件使用的管線鋼，當鋼中碳含量超過0.104%時，繼續(xù)增加碳含量將導致管線鋼抗HIC能力下降，使裂紋率突然增加。當碳含量超過0.105%時,將導致錳和磷的偏析加劇。當碳含量小于0.104%時，可防止HIC。對于寒冷狀態(tài)下含硫環(huán)境管線鋼，如果碳含量降低到小于0.101%，熱影響區(qū)的晶界將脆化，并引起熱影響區(qū)發(fā)生HIC和韌性的降低。因此日本鋼管公司福山廠提出：在綜合考慮管線鋼抗HIC性能、野外可焊性和晶界脆化時，最佳碳含量應控制在0.101%?0.105%之間。采用爐外精煉是實現(xiàn)對碳含量精確控制的有效手段。日本鋼管京濱廠采用50t高功率電爐與一臺VAD和VOD雙聯(lián)精煉爐冶煉輸油管線鋼。處理前的碳含量為0.140%?0.160%，在VOD中真空室壓力低于9.3kPa時，吹入氧氣流量為800?1000m3/h，處理后碳含量可達0.103%?0.105%。其他鋼廠在RH上采用增大氬氣流量、增大浸漬管直徑和吹氧等方式進行真空脫碳，保證了管線鋼精確控制碳含量的要求。精煉后還要避免耐火材料造成的增碳問題。通常采用以下防范措施：①使用不含碳或低碳的耐火材料；②同一耐火材料的反復使用。2管線鋼中硫的作用與控制硫是管線鋼中影響鋼的抗HIC能力和抗SSC能力的主要元素。研究表明：當鋼中硫含量大于0.1005%時，隨著鋼中硫含量的增加，HIC的敏感性顯著增加。當鋼中硫含量小于0.1002%時,HIC明顯降低，甚至可以忽略此時的HIC。當X42等低強度管線鋼中硫含量低于0.1002%時，裂紋長度比接近于零。然而由于硫易與錳結合生成MnS夾雜物，當MnS夾雜變成粒狀夾雜物時，隨著鋼強度的增加，單純降低硫含量不能防止HIC。如X65管線鋼，當硫含量降到20X10-6時，其裂紋長度比仍高達30%以上。硫還影響管線鋼的低溫沖擊韌性。降低硫含量可顯著提高沖擊韌性。管線鋼中硫的控制通常是在爐外精煉時采用噴粉、加頂渣或使用鈣處理技術完成。采用RH-PB法可以將鋼中硫含量控制在[S]^10X10-6。3管線鋼中氧的作用與控制鋼中氧含量過高，氧化物夾雜以及宏觀夾雜增加，嚴重影響管線鋼的潔凈度。鋼中氧化物夾雜是管線鋼產生HIC和SSC的根源之一，危害鋼的各種性能，尤其是當夾雜物直徑大于50微米后，嚴重惡化鋼的各種性能。為了防止鋼中出現(xiàn)直徑大于50Lm的氧化物夾雜，減少氧化物夾雜數(shù)量，一般控制鋼中氧含量小于0.10015%。采用爐外精煉可獲得較低的氧含量，將會較好的控制氧含量。另外，由于耐火材料供氧，鋼水在運輸和澆注過程中應盡量減少二次氧化。通過改進中間包擋墻和壩結構以及選擇良好的中間包覆蓋渣和連鑄保護渣，可取得較好的效果。4管線鋼中氫的作用與控制鋼中氫是導致白點和發(fā)裂的主要原因。管線鋼中的氫含量越高，HIC產生的幾率越大，腐蝕率越高，平均裂紋長度增加越顯著。利用轉爐CO氣泡沸騰脫氫和爐外精煉脫氣過程可很好地控制鋼中的氫含量。采用RH、DH或吹氬攪拌等均可控制［H］^1.5X10-6。新日鐵名古屋廠采用RH處理后，［H］為1.5X10-6。鹿島制鐵所使用RH脫氫處理，氬氣流量為3.0m3/min時，成品中［H］為1.1X10-6左右。另外，要防止煉鋼的其他階段增氫。采用鋼包和中間包預熱烘烤可以有效降低鋼水的吸氫量。連鑄過程中，在鋼包和中間包系統(tǒng)中對保護套管加熱和同一保護套管的反復使用可明顯降低鋼液的吸氫量。5管線鋼中磷的作用與控制由于磷在管線鋼中是一種易偏析元素，在偏析區(qū)其淬硬性約為碳的2倍。由2倍磷含量與碳當量(2P+Ceq)對管線鋼硬度的影響可知［2上隨著2P+Ceq的增加，含0.112%?0.122%C的管線鋼的硬度呈線性增加；而含0.102%?0.103%C的管線鋼，當2P+Ceq大于016%時，管線鋼硬度的增加趨勢明顯減緩。磷還會惡化焊接性能，對于嚴格要求焊接性能的管線鋼，應將磷限制在0.104%以下。磷能顯著降低鋼的低溫沖擊韌性，提高鋼的脆性轉變溫度，使鋼管發(fā)生冷脆。而且低溫環(huán)境用的高級管線鋼，當磷含量大于0.1015