炼钢工艺学.docx

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炼钢工艺学

1概述

钢和生铁的区别可从表1-1中看出。

由于钢具有很好的物理化学性能与力学性能，可以进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，因此钢比生铁的用途广泛。

除约占生铁总量10％的铸造生铁用于生产铁铸件外，约占生铁90％的炼钢生铁要进一步冶炼成钢，以满足国民经济各部门的需要。

表1-1钢和生铁的区别

名称

含碳量/％

熔点/℃

特性

生铁

2.O～4.5

1100～1200

脆而硬，无韧性，不能锻轧，铸造性能好

钢

＜2.O（工业上实用的钢中w[C]一般＜1.4％）

1450～1500

强度高，塑性好，韧性大，可以锻、压、铸

1.1炼钢的基本任务

炼钢的基本任务，是将废钢、生铁料炼成具有一定化学成分的钢，并使钢具有一定的物理机械性能。

1.1.1去除杂质

一般是指去除钢中硫、磷、氧、氢、氮和夹杂物。

1.1.1.1脱硫

硫在钢中以FeS的形式存在，FeS的熔点为1193℃，Fe与FeS组成的共晶体的熔点只有985℃。

液态铁与FeS虽然可以无限互溶，但在固溶体中的溶解度很小，仅为0.015％～0.020％。

当钢中的硫含量超过0.020％时，钢液在凝固过程中由于偏析使得低熔点Fe-FeS共晶体分布于晶界处，在1150～1200℃的热加工过程中，晶界处的共晶体熔化，钢受压时造成晶界破裂，即发生“热脆”现象。

如果钢中的氧含量较高，则在晶界产生更低熔点的共晶化合物FeO-FeS（熔点为940℃），更加剧了钢的“热脆”现象的发生。

[Mn]可在钢凝固温度的范围内生成MnS和少量的FeS，纯MnS的熔点是1610℃，FeS-MnS共晶（FeS占93.5％）的熔点是1164℃，它们能有效地防止钢在轧制时开裂。

因此在冶炼一般钢种时要求将w[Mn]控制在0.4％～0.8％。

但过高的硫会产生较多的MnS夹杂物，轧、锻后的硫化物夹杂被拉长，降低钢的强度，使钢的磨损增大，明显地降低钢的横向机械性能，降低钢的深冲压性能。

在实际生产中，还将w[Mn]/w[S]作为一个指标进行控制。

钢中的w[Mn]/w[S]对钢的热塑性影响很大，从低碳钢高温下的拉伸实验结果发现，提高w[Mn]/w[S]可以提高钢的热延展性。

一般w[Mn]/w[S]≥7时（在实际钢中锰硫含量比为8～16即可）不产生热脆。

硫除了使钢的热加工性能变坏外，还会明显降低钢的焊接性能，引起高温龟裂，并在金属焊缝中产生许多气孔和疏松，从而降低焊缝的强度。

硫含量超过0.06％时，会显著恶化钢的耐蚀性。

硫是连铸坯中偏析最为严重的元素。

不同钢种对硫含量有着严格的规定：

非合金中普通质量级钢要求w[S]≤0.045％，优质级钢w[S]≤0.035％，特殊质量级钢w[S]≤0.025％。

超低硫钢w[S]≤0.001％。

易切削钢常以[S]作为产生硫化物的介质，在切削过程中含硫化物的钢形成的车屑易断，常作为易加工的螺钉、螺帽、纺织机零件、耐高压零件等的材料，我国常用的易切削钢有：

Y12、Y20、Y30。

要求含硫量为0.08％～0.20％。

1.1.1.2脱磷

通常认为，磷在钢中以[Fe3P]或[Fe2P]形式存在，为方便起见，均用[P]表示。

在一般情况下，磷是钢中有害元素之一。

通常，磷使钢的韧性降低，磷可略微增加钢的强度。

钢中碳含量增加时降低冲击值就越大。

[P]的突出危害是产生“冷脆”，在低温下，w[P]越高，冲击性能（冲击功

，单位：

J）降低就越大。

磷是降低钢液表面张力的元素，易析集结晶边界处，随着其含量的增加表面张力

值降低很多，从而降低了钢的抗热裂纹性能。

为减少[P]的危害，提高钢质，必须尽量降低磷含量。

可采用炉内氧化法脱磷或炉外喷粉还原法脱磷。

为取得良好的效果，应先用铁水预处理脱硫、磷，再进行冶炼。

钢中[C]有促进磷降低冲击韧性的作用，所以在冶炼高碳钢时应将磷控制得更低些。

钢中的[P]含量允许范围：

非合金钢中普通质量级钢w[P]≤0.045％，优质级钢w[P]≤0.035％，特殊质量级钢w[P]≤0.025％。

普通低磷钢w[P]≤0.010％，超低磷钢w[P]≤0.005％，极低磷钢w[P]≤0.002％。

但有些钢种如炮弹钢、耐腐蚀钢等，则需要加入磷元素。

1.1.1.3脱氧

炼钢是氧化还原过程，在吹炼过程中，向熔池吹入了大量的氧气，到吹炼终点，钢水中含有过量的氧，如果不进行脱氧，将影响其后的浇注操作，而且在钢的凝固过程中，氧以氧化物的形式大量析出，钢中也将产生氧化物非金属夹杂，降低钢的塑性、冲击韧性，引起钢变脆。

为此需要将钢水按不同钢种要求脱氧。

一般测定的钢中氧含量是全氧，包括氧化物中的氧和溶解的氧，在使用浓差法定氧时才测定钢液中溶解的氧（氧的活度），在钢锭坯、材中取样时是全氧样。

1.1.1.4去气（氢、氮）

A钢中氢

炼钢炉料带有水分或由于空气潮湿，都会使钢中的含氢量增加。

氢是钢中有害的元素。

在钢的热加工过程中，钢中含有氢气的气孔会沿着加工方向被拉长而形成发裂，从而引起钢材的强度、塑性以及冲击韧性降低，这种现象，称为氢脆。

在钢的各类标准中一般不作数量上规定，但氢会使钢产生白点（发裂）、疏松和气泡缺陷。

白点是钢的致命缺陷，标准中规定有白点的钢材不准交货。

在1OOmm的坯上取样打断口样，在纵断口上呈圆形或椭圆形的白色亮点（φ=1～10mm不等）称为白点，实为交错的细小裂纹。

它产生的主要原因是钢中[H]在小孔隙中析出的压力和钢相变时产生的组织应力的综合力超过了钢的强度，产生了白点。

一般白点产生的温度小于200℃。

低温下钢中氢的溶解度很低，相变应力也最大。

生产铁素体钢、奥氏体钢等无相变钢时不易产生白点。

在生产实践中发现高速钢（有相变）也不易产生白点，因为它需进行多火锻造，加热过程中氢扩散到大气中，致使氢含量降低。

产生白点的另一重要原因是浇注后钢锭凝固过程中产生了偏析，使局部地区或中心地区氢含量很高，降低了钢的塑性和韧性。

脱氢量和加热温度有关。

但在没有脱气设备进行真空处理的情况下，对一些断面比较大的白点敏感性强的钢件，可用扩散退火的方法处理，但这种脱氢方法是不经济的。

钢坯中氢气向外扩散的数量和钢中成分有关，与氢亲和力大的Ti、Zr等元素含量增高时，析出的氢就少。

因此冶炼易产生白点等缺陷的钢种时要特别注意原材料（尤其是石灰）的干燥清洁，冶炼时间要短，要求严格的钢种应充分发挥炉内脱碳的去气作用，炉外吹Ar或真空处理，甚至采用真空熔炼的方法使钢中氢降到很低的水平。

B钢中氮

氮由炉气进入钢中。

氮在奥氏体中的溶解度较大，而在铁素体中的溶解度很小，且随温度的下降而减小。

当钢材由高温较快冷却时，过剩的氮由于来不及析出便溶于铁素体中。

随后在200～250℃加热，将会发生氮化物的析出，使钢的强度、硬度上升，塑性太太降低，这种现象称之为蓝脆。

钢中的氮以氮化物的形式存在，氮化物的析出速度很慢，逐渐改变着钢的性能。

氮含量高的钢种，长时间放置，将会变脆，这一现象称为“老化”或“时效”（即时效脆性）。

钢中氮能使强度略微增加。

和碳一样它能稳定奥氏体，扩大奥氏体区，可用氮代替Ni生产耐热钢。

高质量的高铬钢（如27％Cr）中w[N+C]＜0.02％时，才能在常温下具有高的韧性，利于冷加工。

因此降低钢中氮含量是提高钢性能的主要途径之一。

在低碳钢中增大氮含量会降低冲击韧性，产生老化现象。

碳越低影响的值就越大。

氮是表面活性物质，因此降低了钢液的表面张力，使氮容易析集在晶界，降低了钢的抗热裂纹的性能。

降低钢中[N]的方法靠脱碳沸腾，吹Ar搅拌去气，真空下去气。

由于氮的原子半径比较大，在铁液中扩散较慢，所以不如[H]的去除效果好，钢中残余的[N]可用Ti、Nb、V、Al结合生成氮化物，以消除影响，细小的氮化物有调整晶粒、改善钢质的作用。

氮作为一种“合金元素”的应用。

这种技术已被人们接受，由此开发了许多含氮钢，不仅对于生产钒氮合金化的Ⅲ级钢筋是一种节省钒铁的途径，也是不宜控轧控冷的低碳长条钢发挥钒的强化作用的方法。

通过铁水预处理、炼钢过程控制、结合炉外精炼，可使钢的洁净度达到较高的水平。

按钢材使用的具体要求，采用不同洁净度的钢质水平，如D级高强度造船钢板一般质量水平就可安全使用，X70级以下的管线用钢要求洁净钢水平，而汽车用IF钢板则提出了超洁净钢的水平，见表1-2。

表1-2现代钢的纯净度控制水平

水平

w[S]/％

w[P]/％

w[N]/×10-6

w[O]/×10-6

w[H]/×10-6

Σ/×10-6

一般质量水平（通用型）

≤0.005

≤0.010

60

40

2

≤250

洁净钢水平（经济型）

≤0.002

≤0.005

40

10

1

≤120

超洁净钢水平（超级型）

≤0.0005

≤0.001

20

5

0.2

≤50

1.1.1.5控制残余有害元素

Cu、Sn、As、Sb等残余有害元素对钢质量和性能所造成的危害主要有：

恶化钢坯及钢材的表面质量，增加热脆倾向；使低合金钢发生回火脆性；降低连铸坯的热塑性，在含氢气氛中引起应力腐蚀；严重降低耐热钢持久寿命及热引起应力腐蚀；严重恶化IF钢深冲性能等。

国内外某些钢厂对钢中残余有害元素含量的限制“标准”见表1-3。

表1-3钢中残存元素的实际含量和允许含量（w/％）

元素

“工业纯”钢实际含量

“高纯”钢实际含量

允许含量

一般用途钢

深冲和特殊用途钢

Cu

0.08～0.21

0.018

0.250

0.100

Sn

0.010～0.021

0.001

0.050

0.015

Sb

0.002～0.004

0.001

0.005

As

0.010～0.033

0.002

0.045

0.010

Pb

0.0014～0.0021

Bi

0.0001～0.00015

Ni

＜0.06

0.100

现代化高性能新钢种对钢中有害元素的控制已不只限于S、P、O、H、N，还必须考虑Ni、Cu、Pb、Sn、As等残余有害元素的影响。

首先要针对其具体用途和钢种制定不同“标准”，合理安排组织生产。

在资源条件及成本允许的情况下，可用生铁、DRI等废钢代用品对钢中残余元素进行稀释处理。

在资金允许的前提下，用废钢破碎、分离技术进行固态废钢预处理是明智的选择。

钢液脱除技术是最适于大规模生产的残余有害元素处理方法，可与炼钢过程同步进行，简便易行，但这一方法尚须进一步研究与探讨。

1.1.1.6控制非金属夹杂

钢中非金属夹杂物来源如下：

（1）脱氧脱硫产物，特别是一些颗粒小、或密度大的夹杂物没有及时排除。

（2）随着温度降低，硫、氧、氮等杂质元素的溶解度相应下降，而以非金属夹杂物形式出现的生成物。

（3）凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物。

（4）固态钢相变溶解度变化生成的产物。

（5）带入钢液中的炉渣和耐火材料。

（6）钢液被大气氧化所形成的氧化物。

钢中的非金属夹杂物按来源分可以分成内生夹杂和外来夹杂。

上述前四类夹杂称为内生夹杂，后两类夹杂称为外来夹杂。

外来夹杂系偶然产生，通常颗粒大，呈多角形；成分复杂，氧化物分布也没有规律。

内生夹杂物类型和组成取决于冶炼和脱氧方法，对一些合金钢而言，钢成分的变化对夹杂组成的影响十分明显，如铝、锰含量对形成氧化物，硫化物影响很大，Ti、Zr、Ce、Ca等元素存在时对夹杂物的影响十分突出。

根据化学成分的不同，夹杂物可以分为：

（1）氧化物夹杂，即FeO、MnO、SiO2、Al2O3、Cr2O3等简单的氧化物，FeO-Fe2O3、FeO-Al2O3、MgO-Al2O3等尖晶石类和各种钙铝的复杂氧化物，以及2FeO-SiO2、2MnO-SiO2、3MnO-Al2O3-2SiO2等硅酸盐。

（2）硫化物夹杂，如FeS、MnS、CaS等。

（3）氮化物夹杂，如AlN、TiN、ZrN、VN、BN等。

按照加工性能区分，夹杂物可分为：

（1）塑性夹杂，它在热加工时沿加工方向延伸成条带状，如FeS、MnS等。

（2）脆性夹杂，它是完全不具有塑性的夹杂物，如尖晶石类型夹杂物，熔点高的氮化物。

（3）点状不变性夹杂，如SiO2含量超过70％的硅酸盐、CaS、钙的铝硅酸盐等。

国际标准化组织（ISO）、美国材料试验协会（ASTM）和我国国家标准GB10561-89将高倍金相夹杂物分为4类，即A类：

硫化物类（如MnS）；B类：

氧化铝类（包括刚玉、尖晶石、Cr2O3）；C类：

硅酸盐类（低熔点硅酸盐）；D类：

球状（或点状）氧化物、硫化钙、铝酸钙、石英、硅酸铝等。

标准评级图谱的图片直径80mm，相当于被检金相试样上直径0.8mm的视场放大100倍后的尺寸。

A、B、C和D类夹杂物按其厚度或直径不同又分为细系和粗系两个系列，每个系列按夹杂物沿钢材轧制方向的长度分成5个级别，JK法分为1～5级、ASTM法分为0.5～2.5级，后者用于评定高纯度钢。

低温下，钢中的氧基本上和元素反应全部生成夹杂物，实际上，除部分硫化物以外，钢中的非金属夹杂物绝大多数为氧化物系夹杂物。

因此，可以用钢中总氧w（T[O]）来表示钢的洁净度，也就是钢中夹杂物水平。

钢中w（T[O]）越低，则钢就越“干净”。

川崎Mizushima把中间包w（T[O]）作为钢水洁净度标准，生产试验表明：

中间包钢水总氧含量w（T[O]）＜0.003％，冷轧薄板不检查，用户接受；w（T[O]）=0.003％～0.0055％，冷轧薄板需检查；w（T[O]）＞0.0055％，冷轧薄板降级使用。

产品质量缺陷不仅与钢中总氧w（T[O]）有关，还与夹杂物种类、尺寸、形态和分布有关。

由于非金属夹杂对钢的性能会产生严重影响，因此在炼钢、精炼和连铸过程中，应最大限度地降低钢液中夹杂物的含量，控制其成分、形态及尺寸分布。

A改变夹杂物类别

（1）钙处理：

1）连铸用铝脱氧的镇静钢，生成高熔点的Al2O3（约2020℃）夹杂物易粘结在中间包的水口上，产生堵塞。

通过向钢中喷吹适量的Si-Ca粉剂或喂入适量的Si-Ca线，产生液态脱氧产物（12CaO·7Al2O3，熔点1455℃），可避免水口结瘤。

2）热加工后的带状硫化物（MnS）使横向冷弯和横向冲击性能显著降低，用钙处理后硫化物（CaS）呈球形（MnS部分或全部改性成CaS），提高了横向纵向性能。

（2）稀土处理：

1）稀土处理可改变夹杂物的变形能力。

如钢中的Al2O3（高硬度）对弹簧钢疲劳寿命有不良影响，加入适量的稀土元素时（喂稀土线），转变成硬度较低的稀土铝酸盐（注：

稀土硅铝酸盐RE（Al，Si）11O18、RE（Al,Si）O3具有较好的变形能力），可改善疲劳寿命。

2）稀土处理还可控制硫化物的形态。

在钢中加入适量的RE，能使氧化物、硫化物夹杂转成细小分散的球状夹杂，热加工时也不会变形，从而消除了MnS等夹杂的危害性。

（3）低碳钢中生成的AlN可使奥氏体高温延性显著降低，加Ti时可生成TiN消除AlN的影响。

B改变夹杂物颗粒尺寸和分布

（1）大而集中的夹杂物降低钢的强度，当轧锻后夹杂物小到一定尺寸、分布均匀时就能改善性能。

（2）改变钢锭和钢坯的冷却速度，在同样的[O]、[S]含量下快冷时夹杂物的颗粒小，且分布均匀，对性能影响不大；反之偏析加大，夹杂物粗大，对性能有更大的危害。

从上述情况看，研究改变钢中夹杂物的数量、组成、尺寸大小、分布状态是提高钢质改善钢的性能的主要方法之一。

C氧化物冶金的概念

人们已经做了大量的工作来开发有效的方法与技术（如二次精炼等）以生产纯净钢，但过度地追求钢的纯净度以生产极低夹杂物含量的钢是困难的和不经济的。

事实上，夹杂物不可能从钢液中完全去除，少量的不可避免的残余夹杂物仍会显著影响炼钢工艺与钢的使用性能。

但是，非金属夹杂物有二重性，在一定条件下，它也可以对钢产生积极的影响，如阻止晶粒长大，提高钢的强度等。

氧化物冶金技术是近十多年来受到国际冶金材料学术界和产业界广为关注的前沿技术，这一技术在改善高强低合金钢种（HSLA）的焊接热影响区（HAZ）韧性、推动超细晶粒钢种开发有非常重要的意义，可望得到大规模产业化应用。

低合金高强度钢是一种广泛应用的结构钢，在大多数情况下要求优良的焊接性，其焊接性主要包括两个方面，其一是裂纹敏感性，即要求钢材具有足够的韧性；其二是焊接热影响区的力学性能。

在焊接时焊缝金属要发生局部重熔，焊后冷却过程中熔合线附近晶粒将粗化形成粗晶热影响区（CGHAZ），粗晶组织导致局部强度和韧性降低。

因此，HAZ成为钢铁构件的脆弱区域。

近半个世纪以来，通过微合金化、纯净化冶炼和控轧控冷等技术的应用，低合金高强度钢种母材和HAZ的强度和韧性均得到很大的提高。

特别是采用Ti微合金化使钢中形成了TiN粒子，可以有效抑制焊接过程HAZ奥氏体晶粒的长大，HAZ的韧性降低幅度大大减小，这项被称为TiN冶金的技术目前已经在低合金高强度钢中广泛应用。

但近年来，随着管线、桥梁、海上采油平台、高层建筑钢结构、压力容器越来越多的采用大规格、高强度钢板，这要求钢板可以采用大幅度提高焊接效率的单面埋弧焊、气电焊或电渣焊等大线能量焊接技术进行焊接，焊接线能量输入从原来较低的手弧焊（≤25kJ/cm）、自动焊（≤35kJ/cm）提高到50～150kJ/cm甚至更高，峰值温度将达到或超过1400℃，使CGHAZ晶粒粗化倾向更加明显，即使TiN粒子本身，在1200℃以上的高温下，也将因发生Oustwald熟化过程而长大、重溶而减弱和失去对奥氏体晶粒的抑制作用，这样就给传统的低合金高强钢带来了新的课题，即焊接热影响区（HAZ）的性能（强度、韧性）恶化，易产生焊接冷裂纹等问题。

众所周知，大型桥梁、管线、压力容器等工作负荷（压力、承重及工作条件）越来越大，对焊接结构钢的止裂性能的要求也愈来愈高，除了要考虑钢的韧―脆性转变温度外，提高延性断裂的止裂性能显得更为重要，因而进一步改善高强度低合金钢材HAZ韧性非常迫切。

1990年在日本名古屋召开的国际钢铁大会上，新日铁的研究人员首次提出了氧化物冶金技术的概念，其基本原理是在钢中引入细小弥散的Ti2O3夹杂物，Ti2O3比TiN稳定。

这些Ti2O3夹杂物在焊接后的冷却过程中（660～610℃）起到非均匀形核质点的作用，在奥氏体晶粒内部诱发针状铁素体组织（IGF或者AF），即原始奥氏体晶粒被分割成多个针状铁素体晶粒，从而起到细化HAZ组织的效果。

氧化物冶金技术的关键是在凝固前沿通过精确控制钢水冶炼和凝固条件对夹杂物种类、大小和形态进行控制。

氧化物冶金（OxideMetallurgy）作为一种细化焊接热影响区晶粒的新技术，对于高强度、大线能量焊接钢种有非常重要的意义，自从新日铁提出这一概念以来，各主要产钢国均致力于其机理和应用研究。

制约氧化物冶金技术应用的主要因素是其复杂工艺。

由于这一技术由新日铁等少数厂家垄断，在目前对于晶内针状铁素体的形成机理尚难达成一致的情况下，在冶炼过程对有利夹杂物的形态控制要求也因此难以确定，再加上夹杂物控制技术长久以来是钢铁冶炼中的难点问题，有关氧化物冶金技术的机理及其工艺开发进展比较缓慢。

随着我国新一代钢铁材料在生产中推广，对细晶粒低合金高强度钢焊接过程中焊接热影响区晶粒长大行为及其对性能影响的研究广为开展，特别是在晶内铁素体形成机理方面的研究比较深入。

但从化学冶金角度开展氧化物冶金技术的研究基本空白。

为尽快推动这一技术实现工业应用，需要在基本掌握晶内针状铁素体形成规律基础上进行关键工艺研究开发，特别是进行复杂的热力学分析及精确的冶炼过程和凝固过程控制。

1.1.2调整钢的成分

为保证钢的各种物理、化学性能，应将钢的成分调整到规定的范围之内。

1.1.2.1钢中碳

炼钢过程中要氧化脱除多余的碳，达到规定的要求。

用生铁炼钢时脱碳量大（＞3％），电炉氧化法脱碳量较小（＞0.20％），这些碳被氧化成CO，通过钢液的CO有较好的脱气作用。

所以在大气下炼钢时，脱碳也是作为一种脱气的手段。

从钢的性质看它也是重要的合金元素之一，它可增加钢的强度、硬度。

在不同的热处理条件下[C]改变了钢中各组织的比例，使强度增加的同时略微降低韧性指标。

1.1.2.2钢中锰

锰的冶金作用主要是消除[S]的热脆倾向，改变硫化物的形态和分布以提高钢质。

钢中[Mn]是一种非常弱的脱氧元素，只有在碳含量非常低、[O]很高时才有脱氧作用，主要是协助[Si]、[Al]脱氧，提高它们的脱氧能力和脱氧量。

锰可略微提高钢的强度，每1％可提高钢强度

78.5MPa，并可提高钢的淬透性能，价格便宜，它可稳定并扩大奥氏体区，常作为合金元素制造奥氏体不锈钢（代Ni）、耐热钢（和[N]共同代Ni），无磁护环钢（大电机用）。

当[Mn]含量为13％、[C]为1％时可制造耐磨钢，使用过程中可产生加工硬化，减少钢的磨损。

1.1.2.3钢中硅

硅是钢中最基本的脱氧元素。

普通钢中含硅0.17％～0.37％，是冶炼镇静钢的合适成分，该脱氧剂便宜，上述含量在1450℃左右钢凝固时，能保证和钢中[Si]相平衡的氧小于和[C]平衡的氧，制止凝固过程中产生CO气泡。

生产沸腾钢时w[Si]为0.03％～0.07％，w[Mn]≈0.25％～0.7％，它只能微弱地控制[C]—[O]反应。

硅还能提高钢的机械性能，在w[Si]≤1％时，每增加0.1％的[Si]约使

提高9MPa。

1.1.2.4钢中铝

炼钢生产中，铝是强脱氧元素，大部分钢均采用铝或含铝的复合脱氧剂脱氧。

铝作为强脱氧元素，对钢材性能的影响，是强烈缩小

相的元素，它与氧、氮有很大的亲和力，首先表现为固氮作用，其次，当铝加入钢中时，奥氏体晶粒减小，抑制碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性。

加入钢中的铝部分形成Al2O3或含有Al2O3的各种夹杂物，部分则溶入固态铁中，以后随加热和冷却条件的不同，或者在固态下形成弥散的AlN，或者继续保留在固溶体（奥氏体、铁素体）中；通常将固溶体中的铝（包括随后析出的AlN）称作酸溶铝，而氧化铝则以大小不等的颗粒状夹杂形态存在于钢中，称作酸不溶铝。

正由于铝在钢中有着特殊的作用，因此各钢铁厂在生产中均对钢中的酸溶铝进行控制，但钢中酸溶铝含量应控制在什么范围，厂家不同意见也不一，有文献认为范围是0.005％～0.008％，蔡开科教授认为钢中酸溶铝含量应控制在O.0015％～0.0060％。

有文献对中高碳钢进行了研究，得出的结论如图1-1所示。

因此，w[Al]s控制过低或过高，都会引起夹杂总量的增加，控制好w[Al]s是降低夹杂的一个关键工艺。

w[Al]s控制过低时，会增加溶解氧的含量，不但会造成钢中氧化物的增加，还会影响钢的组织性能；随着w[Al]s的提高，一方面可以使溶解氧迅速地降低到较低水平，细化钢的晶粒，另一方面，浇注时较高的w[Al]s会增加钢液的二次氧化，产生滞留在钢中的Al2O3夹杂，且生成AlN在铸坯凝固时晶界析出易导致裂纹。

在考察钢中w[Al]s对夹杂总量影响时，有文献认为w[Al]s/w（T[Al]）更具实际意义，因此在实际操作中应努力控制使w[Al]s/w（T[Al]）≥0.90，即控制酸不溶铝w（Al2O3）与全铝之比不大于0.10的水平，因为铝脱氧虽然有较好的效果，但如不能最大限度的去除Al2O3，钢中T[O]和夹杂是不会得到有效降低的。

不同钢种对[Al]s的工艺要求是有区别的。

含锰合结钢易产生晶粒粗化，要求钢中残铝大于0.02％，含Cr、Ti、Nb的合金钢铝含量也可适当高一点，而其他合金元素多的在合结钢铝含量控制则可低一点。

对于低碳钢，在能满足连铸要求的前提下，钢中[Al]s可控制在0.010％～0.020％范围内，中、高碳钢则可适当再低一些，这样可以在有效地降低钢中夹杂总量的同时，提高钢材的性能。

炼合金钢时还需要加入其他