钢材中的杂质是冶炼过程中很难去除的元素，特别是如果Cu、Sn含量高，会产生表面热脆性，对加工性能有不良影响。除此之外，Ni、Cr也作为夹杂物存在碳钢中。目前认为，夹杂物的元素有两种形态，一种是循环利用的碳钢中存在的夹杂物，是无意混入钢材循环的元素；另一种是作为钢材中的合金元素有意添加。随着循环型社会的发展，如果继续保持混有夹杂物的再循环利用系统，钢材中的夹杂物含量就无法满足高品质钢的要求。因此，弄清楚夹杂物的混入机理，有针对性地采取降低夹杂物的措施是目前亟待研究的课题。

   在一个国家中，随着经济的发展，废料回收方法将从人工拆解向机械破碎过渡。在夹杂物的混入中，人工拆解可以将各种材料分开，其他材料的混入少。人工分选是根据人的视觉和产品的设计信息识别材料，可根据颜色、形状和用途确定、区分材料。另一方面，在机械破碎中，变形的材料中卷入其他材料时，很难将那些混入的材料分离出来。而且，磁力分选和涡电流分选等机械分选采用材料具有的磁性、电导率等特性进行分离，所以，特性值相近的材料之间分离效率低或者不能分离。由于这种原因，如果是杂质元素混入钢材中，估计以人工拆解为主的中国废钢杂质元素含量要比以机械破碎为主要方法的日本钢材中的杂质元素含量低。因此，本研究为了掌握杂质元素的混入行为，比较了中日两国钢材中的夹杂物含量。

   1研究方法

   1.1钢材取样和夹杂物含量的元素分析

   本研究中，以日本和中国为对象，采取以废钢为原料的钢材试样，采用元素分析获得Cu、Cr、Ni和Sn含量。取样的钢材是以电炉棒钢为评价对象，该棒钢是用含夹杂物较多的低级大型废钢件等废钢铁为原料，夹杂物含量允许范围较宽。

   日本的试样是2011年在中部地区获取的，从收集的废钢料场随机选取了107个试样。在元素分析中，去除废钢表面的涂层和氧化物后，采用奥林巴斯Innov-X制便携式X射线荧光分析仪进行分析。该装置采用基本参数法，获得定量元素含量的结果。

   中国的试样是2012-2013年在华东地区获取的，从废钢料场和建设现场选取了26个试样。元素分析中使用发射光谱分析。日本选取的试样和中国选取的试样都混有处理过的废钢和原废钢，但不能明确区分。因此，取样棒钢的生产时间不能确定。

   1.2日本和中国钢材中夹杂物含量的比较分析

   因取样棒钢的炼钢法和所用原料都不明确，所以将元素分析结果区分为以生铁为主要原料的转炉钢和以废钢为主要原料的电炉钢。本研究专注钢材的Cu含量，将Cu含量0.05%以下划分为转炉钢，Cu含量0.11%以上划分为电炉钢。此外，也有人将转炉钢的Cu含量定为0.03%以下。基于现有的研究和分析结果，划分为转炉钢和电炉钢。

   电炉钢棒钢中的夹杂物成分不完全来自混入物，也含有原料废钢铁中已被合金化的夹杂物。因此，夹杂物元素不是单纯地混入含有其元素的其他材料和特殊钢所引起，从每种元素的含量分布与其他元素含量的关系，比较了日本和中国的钢材夹杂物的混入行为。

   2结果及分析

   因为不能收集到原料和关于炼钢炉的信息，所以，采用夹杂物含量的分析结果，从取样棒钢中区分出主要以废钢为原料的电炉棒钢。如果是从废钢中混入，根据钢中Cu和Ni的含量来区分试样。以Cu含量0.05%和Ni含量0.02%为基准，认为超出该含量的试样以废钢为原料的可能性大。日本的试样和中国的试样都发现了部分Cu含量大于0.05%的试样、Ni含量0.02%以下的试样。但没有发现Cu含量0.05%以下、Ni含量大于0.02%的试样。日本试样中的8个和中国试样中的10个Cu和Ni的含量低于基准值，所以判断这些试样主要是以生铁和直接还原铁等为原料生产的。中国试样中大多是以自然资源为原料，认为这是中国采用转炉钢生产棒钢的比例高所致。而日本棒钢的电炉和转炉的生产比率约为9：1，接近试样数量的比例，认为上述的基准值是合理的。

   从区分为电炉棒钢试样的杂质元素含量的分布，将中国和日本的平均值、标准偏差和中间值示于表1。为了比较，普通钢电炉工业学会2007年调查的钢筋棒钢的平均含量、1997年调查的各元素含量的标准偏差示于表1。日本取样棒钢的各元素含量基本与2007年调查的日本平均值相同。本研究取样的中部地区生产的棒钢比其他地区生产的棒钢夹杂物含量要低。但本研究获得的夹杂物含量在日本具有代表性。本研究获得了代表日本目前最多试样数量的电炉棒钢的夹杂物含量分布信息。此外，关于标准偏差，与现有的数值进行了比较，Cu和Sn的标准偏差与文献值相同。Cr的标准偏差比文献值大。原因之一是目前报道中将不检测Cr的试样从总体中除外。

   比较日本和中国的夹杂物含量时，在作为分析对象的4种元素的含量中，中国取样棒钢比日本的都低。判断Cu和Ni的平均含量水平与日本棒钢都有1%的差异，Cr和Sn的平均含量水平有5%的显著差异，中国棒钢的夹杂物含量最大值也比日本的最大值低。分析认为中国棒钢的夹杂物含量低的原因是混入的废钢基本是普通钢。另一原因是，中国废钢的使用比率较低。试样炼钢时的原料不能确定，但电炉钢材中两国的平均原料比率为日本98%是废钢铁，中国约50%是废钢铁。这里作为原料的废钢中包括从工厂发生的不含其他材料的加工废料和炼钢厂自家产生的废钢。因此，来自转炉厂自家产生的废钢和转炉钢材的加工废料基本不含夹杂物，与生铁和直接还原铁一样为夹杂物的稀释源。因此，为了在废钢铁占原料的比例和元素含量之间进行定量地分析，需要废钢铁中原废钢的比例数据。为了定量讨论混入原废钢的夹杂物，期待进一步地研究。如果比较中国和日本4种元素的夹杂物平均含量，Cu含量与其他元素相比差异很大。认为这是因为过去反复再循环利用导致含量降低。但中国的Cu材料不混在废钢铁中，而是单体分离。如上所述，日本主要是机械分离，中国实施人工拆解是其主要原因。此外，关于Sn含量平均值虽是日方高，但中日的差异要比其他元素小。中间值是中方大，日本的中间值是0.000。认为钢材无Sn化进展过渡到Sn不混入的钢，再循环系统是一个原因。

   关于个别的杂质元素，很难定量评价日本和中国混入量的差异。因此，以一个夹杂物含量为基准，对另一个夹杂物含量的相对大小，分析了日本和中国的差异。在各试样中计算两个夹杂物含量之比，比较日本和中国夹杂物分布的结果示于表2。但因Sn含量为0的试样较多，故与Sn含量相比时，将Sn含量作为分子。

   通过分析Cu含量与Cr含量的比率，日本和中国分布的数值没有发现差异。另一方面，从Cu含量与Cr含量平均值的比率来看，日本Cu含量平均值是Cr含量平均值的1.59倍，两者差异很大，中国Cu含量平均值是Cr含量平均值的1.05倍，两者基本相同。据此认为，Cu含量和Cr含量基本分别独立分布。因为Cr存在于矿石中，废钢中Cr的混入源特殊钢的混入路径与铜材料的混入不同。关于Cu含量与Ni含量之比以及Cu含量与Sn含量之比，都是日方试样的Cu含量比率显著升高（显著水平1%）。据此分析，假设中国和日本Ni和Sn的混入量相同时，与对Cu含量的分析一样，认为中方试样的铜材料不混入废钢铁，单体分离是主要原因。

   中日两国废钢中，Cr含量与Ni含量之比有约10%的差异。导致差异的原因是不锈钢中的合金元素，而中日两国不锈钢合金含量差异并不大，但当Cr 18%、Ni8%时，日本废钢Cr/Ni为2.25，中国的平均值为1.72，Ni的比例变大。故认为中国试样中Ni的混入源也有不锈钢以外的材料。

   3结语

   本研究选取了日本棒钢107个试样，中国棒钢26个试样，针对钢中的Cu、Cr、Ni和Sn的含量进行分析，与现有的研究结果比较，设立了合理的夹杂物含量基准，挑选了日本99个和中国16个电炉棒钢试样。通过本研究，可以作为代表日本的信息，获得目前最多试样数量的电炉棒钢的夹杂物含量分布。关于中国的试样，本研究所示的值仅为研究中参考、比较的基准。

   在评价的4种元素中，发现了中国电炉棒钢的试样夹杂物含量比日本显著偏低。由于Cu含量中日之间差异较大，与其他元素的含量相比，中日间显著不同，分析认为是中方试样的铜材料没有混入废钢铁中，而是被单体分离出来。从Cu含量与Cr含量的关系可知，来自废钢的Cr的混入源特殊钢的混入行为和铜材料的混入有可能不同。Cr含量与其他元素含量相比，偏差较大。根据Cr含量与Ni含量的比率，说明中国棒钢中的Ni混入源也有从废钢以外材料获得的可能性。 （全荣）