在鋼液精煉方面，無論是化學(xué)成分，鋼中的非金屬夾雜物含量、形態(tài)和分布狀況，氣體含量等，都必須與鑄件的質(zhì)量要求相適應(yīng)。工業(yè)生產(chǎn)中，要講究“價值工程”。對于鑄鋼件的冶金質(zhì)量，既不能得過且過，也不能離開產(chǎn)品的規(guī)格要求盲目攀高。“清潔鋼”，僅指“充分脫氧”，這是生產(chǎn)各種、各類鑄鋼件時都必須做到的。
煉鋼過程中，鋼液氧化不可避免。一般說來，氧化是煉鋼過程中不可缺少的精煉手段，脫氫、脫氮、雜物，都必須借助于氧化脫碳。但氧化畢竟只是煉鋼手段，鋼煉好后，就必須將氧完全脫除，否則就會嚴(yán)重?fù)p害鋼的質(zhì)量。就像醫(yī)生用精良的手術(shù)刀完成手術(shù)后不可將手術(shù)刀留在患者體內(nèi)一樣。采用不氧化法煉鋼時，雖然并不故意向鋼中加氧，但在熔煉過程中鋼不可避免地會被大氣中的氧所氧化，所用的各種原、輔材料也會給鋼液中帶進(jìn)氧，脫氧仍然是煉鋼作業(yè)中的關(guān)鍵。充分脫氧當(dāng)然還包括認(rèn)真防止二次氧化，使進(jìn)入鑄型的鋼液脫氧充分。
若熔煉終了時鋼液脫氧不充分，再加以出鋼、澆注過程中液流的二次氧化，鋼液進(jìn)入鑄型后，金屬/鑄型界面處鋼液中的FeO含量較高，隨凝固進(jìn)行和鋼液溫度下降，鋼中所含F(xiàn)eO就會與碳反應(yīng)，產(chǎn)生CO，在鑄件中形成皮下氣孔。一般情況下，碳氧反應(yīng)是鑄件產(chǎn)生氣孔的主要原因。
鋼中FeO與碳的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，為什么在溫度下降、鑄件已開始凝固時，能發(fā)生反應(yīng)、造成氣孔呢，早年，該問題曾被視為冶金學(xué)之謎?，F(xiàn)在，從擴(kuò)散傳質(zhì)、偏析和表面現(xiàn)象來分析，可有較清楚的認(rèn)識。在均勻的液相中產(chǎn)生氣泡是非常困難的，需要給予能量使系統(tǒng)自由能增加。
鋼是以“硬皮形成”方式逐層凝固的合金，鋼液澆注到鑄型中后，鋼液/鑄型的界面上很快就形成一層硬皮，這層硬皮是由很多垂直于界面、尖端向內(nèi)的細(xì)小柱狀晶構(gòu)成的。柱狀晶的端部很尖，具有很高的表面能，而且附近又有因體積收縮而造成的微小孔隙，這兩點都為CO氣泡的生核、長大準(zhǔn)備了外部條件。隨著初生晶體的析出，晶粒表面附近鋼液中的碳含量增高，形成富碳層，同時，因溫度下降和初生晶粒析出，富碳鋼液中FeO含量也提高。這就是反應(yīng)能夠發(fā)生的內(nèi)因。CO氣泡形成后，對氫和氮而言，氣泡是真空，本來可固溶于鋼中的氫和氮也會向其中擴(kuò)散，使氣泡體積擴(kuò)大，造成皮下氣孔。
若鋼液脫氧不充分，其中的FeO量較高，雖不至于形成氣孔，但由于FeO在鋼液中溶解度高，在固態(tài)鋼中溶解度低，鋼結(jié)晶過程中析出的FeO會偏析于晶粒邊界，使鋼的韌性和塑性降低，力學(xué)性能惡化。鋼液中氧含量高，也會影響鋼中氧化物、硫化物夾雜數(shù)量和分布狀況，從而影響鋼的力學(xué)性能。
鑄鋼件表面缺陷（如粘砂、結(jié)疤、夾渣、皺皮、溝槽等）十分常見，清除缺陷和焊修是不可缺少的工序。根據(jù)國外的統(tǒng)計分析，鑄鋼件直接生產(chǎn)成本中，清理鑄件表面缺陷的費用約占20%，其中，大部分被用于清除氧化夾雜物缺陷和焊修。一般鑄造廠，往往把這類缺陷的產(chǎn)生歸咎于澆注和造型。粗看起來，似無可非議，深究起來，并非如此。
為弄清鑄鋼件表面缺陷多的原因，美國鑄鋼研究學(xué)會曾組織一些鑄鋼企業(yè)和高等學(xué)校人員進(jìn)行大量研究，從各類鑄鋼件（包括碳鋼鑄件、低合金鋼鑄件和中、高合金鋼鑄件）中取樣500件以上，進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明，鑄件表面宏觀夾雜的來源如下：因鋼液脫氧不充分和二次氧化造成的占83%；來自造型材料的占14%；來自爐渣的占2%；來自耐火材料的只占1%。鋼液/爐渣界面處的FeO與硅砂作用，可形成熔點為1250℃左右的硅酸鹽，甚至熔點更低的共晶體，從而在鑄鋼件表面上形成宏觀氧化物。因此，鑄鋼件的清潔度，可用每噸鑄件表面需清除的宏觀夾雜體積來衡量，也可用每噸鑄件修補(bǔ)所用的焊條量來衡量。當(dāng)然，鋼中微觀夾雜的數(shù)量，形態(tài)及分布狀況也與其清潔度相關(guān)，但對一般鑄鋼件而言，這種影響可不計較。
美國鑄鋼研究學(xué)會在許多鑄鋼廠現(xiàn)場進(jìn)行的調(diào)查表明，不同爐次間的鑄件，每噸鑄件修補(bǔ)所需焊條量差別很大；同一爐次澆注的鑄件，從最先澆注的到最后澆注的，每噸鑄件焊條用量差別不大。而且，鑄件宏觀夾雜多的爐次約占20%~25%。這說明，熔煉方面容易失控的變數(shù)較多，而澆注過程中的變數(shù)較少。因此，加強(qiáng)脫氧和防止二次氧化是當(dāng)前鑄鋼業(yè)應(yīng)予以特別關(guān)注的問題。
(來源：鑄造）
