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本文定义的"超显微夹杂"钢或者国外文献称谓的"零夹杂"钢,是指钢中非金属夹杂物在常规金相检验中难以定量判别的钢.为了实现这种非金属夹杂物的极限状态,最有效的方法是最大限度地降低钢中S、O和N的含量.由于钢中S和N生成非金属夹杂物反应的活度积远远高于O生成氧化物夹杂反应的活度积,因此硫化物和氮化物的"零夹杂"化相对比较容易,而氧化物夹杂的析出和去除成为制备"超显微夹杂"钢或"零夹杂"钢的关键.钢中的氧化物夹杂主要来自以下几个方面:(1)各种原材料,特别是工业纯铁;(2)用强脱氧元素脱氧过程中析出;(3)合金化过程中析出;(4)钢液凝固过程中析出;(5)炉衬耐火材料的剥落.冶炼过程中可以控制的是(2)和(4).本研究工作的主要技术思想是:不用强脱氧元素脱氧,只依靠真空碳脱氧将钢中的全氧含量降低到极限,同时控制强脱氧元素与溶解氧的活度积,避免钢液在凝固过程中析出氧化物夹杂.具体工艺措施为:经过预脱铝处理的超低S、P工业纯铁,在25和50kg真空感应炉中依靠碳氧反应进行初脱氧、深脱氧和合金化处理,最后在电子束炉中经过两次重熔,得到全氧含量为4×10<-6>的圆柱钢锭.最后钢材的夹杂物检测:基于金相试样用光学显微镜和扫描电镜检测到的夹杂物主要是尺寸为1~4μm的Al<,2>O<,3>夹杂,它们主要来自原材料,而非凝固析出.夹杂物金属原位分析检验表明,在整个钢锭横截面上Al<,2>O<,3>夹杂颗粒的数量稀少.将钢样在四甲基氯化铵中电解,萃取钢中的夹杂物,然后在扫描电镜下观察其形貌和大小,用能谱仪分析其成分.可以发现钢中仍然存在少量尺寸在10~40μm的氧化物夹杂颗粒.这些尺寸较大的夹杂物颗粒主要包括来自原材料的SiO<,2>、Al<,2>O<,3>和钙铝镁硅酸盐,以及来自真空感应炉炉衬的含CaO和MgO的夹杂.进一步减少钢中尺寸较大的氧化物夹杂颗粒数量的措施应该是:(1)减少原材料中已经存在的夹杂物颗粒,如使用未被预脱氧的工业纯铁;(2)在真空感应炉中设置底吹氩透气砖,通过长时间吹氩依靠氩气泡与夹杂物颗粒的碰撞将夹杂物颗粒带出钢液.