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标题: 炼钢的基础知识 [打印本页]

作者: LFEI 时间: 2009-3-25 21:14
标题: 炼钢的基础知识
炼钢的基础知识

第一节钢及钢的分类

一、钢和生铁
钢和生铁都是铁碳合金。理论上一般将含碳量<2.11%的铁碳合金称为钢，经常冶炼的钢铁的碳含量均低于1.4%，碳含量大于2.11%的铁碳合金叫做生铁，但碳含量超过5%以上的铁碳合金，因脆性太大而无使用价值。
二、工业纯铁和熟铁
碳含量低于0.02%的铁碳合金叫做工业纯铁。在目前的生产条件下，即使采用极纯的炉料和最先进的措施，通过冶金方法获得纯铁的纯度只能达到99.9%（如极软钢、阿姆克铁、瑞典铁等）。通过实验或采取化学方法提纯，纯铁中铁的含量最高也只能达到99.99%。通常，民间所谓的熟铁实际上是碳含量将近0.1%并含有大量夹杂的铁碳合金。
三、合金元素
钢并不是简单的铁碳二元合金，而是以铁碳为主要元素的多元合金。合金元素的存在对某些钢有时起到有益的作用，但有时也会产生不利的影响。以合金化为目的而使用的合金元素在钢中的作用，归纳于表1—1。
四、钢的分类
      1、按化学成分分类
按是否有目的地加入合金元素可分为碳素钢和合金钢两类。
按含碳量不同又把钢分为低碳钢、中碳钢、高碳钢三类，一般将碳含量小于0.25%的称为低碳钢，大于0.60%称为高碳钢，而碳含量位于0.25%~0.60%之间的称为中碳钢。
按钢中合金元素总含量的多少分为低合金钢、中合金钢和高合金钢。一般合金元素总含量小于3%的为普遍低合金钢，合金元素总量为3%~5%之间的为低合金钢，大于10%的叫做高合金钢，而合金元素总含量位于3%~10%之间的叫做中合金钢。
按钢中所含的主要合金元素不同可分为锰钢、硅钢、硼钢、铬镍钢、铬锰硅钢等。
2、按冶炼方法和质量水平分类
按炼钢炉设备不同分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。其中电炉钢包括电弧炉钢、感应炉钢、电渣炉钢、电子速熔炼钢及有关的真空熔炼钢等。
按选用炉衬的材质不同，平炉钢、转炉钢、电炉钢均可分为酸性和碱性两类。
按脱氧程度不同分为沸腾钢（不经脱氧或只经微弱脱氧）、镇静钢（脱氧充分）、半镇静钢（脱氧不完全，介于镇静钢和沸腾钢之间，由于脱氧不完全，在浇注中仍有微弱的沸腾，故称为半镇静钢）。此外，还有经真空等处理的氧含量极低的特殊镇静钢。
按质量水平不同可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。普通钢的S、P以及其它杂质的含量较高，如一般S≤0.050%、P≤0.045%。优质钢对 S、P及其它杂质含量均有较严格的限制，一般 S≤0.040%、P≤0.035%，对于优质合金钢则要求更严些。高级优质钢除对S、P等杂质含量有非常严格的限制外，还对力学性能、低倍和高倍组织更有相应的严格要求。
表1—1  合金元素在钢中的作用
元素
作       用
Mn
1、在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性
2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性
3、稍稍改善钢的低温韧性
4、在高含量范围内，作为主要的奥氏体化元素
Si
1、强化铁素体，提高钢的强度和硬度
2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性
3、提高钢的氧化性腐蚀介质中的耐蚀性，提高钢的耐热性
4、磁钢中的主要合金元素（含量在0.40%范围内时，改善热裂倾向，含量高时，易形成柱状晶，增加热裂倾向。）
Cr
1、在低合金范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性
2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性
3、提高钢的耐热性
4、在高合金范围内，使钢具有对强氧化性酸类等腐蚀介质的耐腐蚀能力
Mo
1、  强化铁素体，提高钢的强度和硬度
2、  降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性
3、  提高钢的耐热性和高温强度
Ni
1、  提高钢的强度，而不降低其塑性，改善钢的低温韧性
2、  降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性
3、  扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素
4、  本身具有一定耐蚀性，对一些还原性酸类有良好的耐蚀能力
Al
1、  炼钢中起良好的脱氧作用
2、  细化钢的晶粒，提高钢的强度
3、提高钢的抗氧化性能，提高不锈钢对强氧化性酸类的耐蚀能力
RE
1、炼钢中起脱硫、去气、净化钢液作用
2、细化钢的晶粒，改善铸态组织

3、按金相组织分类
按钢的奥氏体分解转变方式不同可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢。
按正火后的组织不同可分贝氏体钢、珠光体钢、马氏体钢及奥氏体钢。
4、按加工和热处理工艺分类
按加工成形的方式不同可分为压力加工用钢和切削加工用钢等。
按热处理工艺的不同可分为调质钢、低温回火钢、渗碳钢、氰化钢等。
5、按用途分类
（1）结构钢。目前生产最多，使用最广的是结构钢。它包括碳素结构钢和合金结构钢，主要用于制造机器和结构零件及建筑工程用的金属结构等。
（2）工具钢。它包括碳素工具钢和合金工具钢及高速钢。
（3）特殊性能钢。就是具有特殊物理性能或力学性能的钢，称为特殊性能钢。如轴承钢、不锈钢、弹簧钢及其他磁性钢或高温合金钢等。

第二节炼钢的任务和方法

一、炼钢的任务
熔炼的主要原料是废钢和一部分生铁。外购进来的废钢锈多，夹有泥砂及其他脏物，钢中硫磷的含量也较高。炼钢的任务就是要把上述条件的原料冶炼成气体和夹杂含量低、成分合格、温度符合要求的优质钢液。具体说来，炼钢的基本任务是：
（1）熔化固体炉料（生铁、废钢等）；
（2）使钢水中的硅、锰、碳等元素达到规格成分；
（3）去除有害元素硫和磷，将它们的含量降到规定的限量以下；
（4）清除钢水中的气体和非金属夹杂，使钢水纯净；
（5）加入合金元素（熔炼合金钢），使其符合要求；
（6）将钢水过热至一定温度，保证浇注的需要；
（7）为了提高产量和降低成本，必须快速炼钢；
（8）浇注成良好的铸件。
二、炼钢的方法
炼钢的方法有很多，主要有转炉炼钢、平炉炼钢、电弧炉炼钢和感应炉炼钢等。
在铸钢车间上普遍应用的电弧炉。电弧炉炼钢对原材料要求较松，炼出的钢水质量较高，而且炼钢周期适合于铸钢生产的特点，开炉、停炉都比较方便，容易与造型、合箱等工序的进度相协调，便于组织生产。另外，电炉炼钢的设备比较简单，投资少，基建速度以及资金回收快。
近年来，感应炉炼钢逐渐发展。感应炉炼钢工艺比较简单，钢水质量也能得到保证。不少的工厂用感应炉炼钢来浇注小铸件，特别是熔模精密铸造车间，广泛采用感应电炉来熔炼钢水。
在重型机器厂中，至今还使用平炉炼钢，平炉的容量一般比电炉大，用平炉炼钢能一次炼出大量的钢水，适用于浇庞大而复杂的重型铸件。但是，平炉炼钢的周期长，炼出一炉钢的时间一般需要六小时以上。平炉结构庞大而复杂，产量低，钢水质量不如电炉，因此它的发展受到很大的限制。在有些国家，已不再建新的平炉了。
近几十年来，炼钢工业中广泛应用纯氧顶吹转炉来炼钢，这种炼钢方法速度快，生产率高，钢水质量也得到保证，这种炉子较适用于钢锭生产。
随着生产和科学技术的发展，直流电弧炉、真空感应电炉以及炉外精炼设备的新的炼钢方法不断出现，熔炼出来的钢水质量大大提高，铸件质量大为改善。

第三节影响铸钢性能的一些因素

一、钢中常见杂质元素的影响
钢中常见的杂质元素有P、S、H、N、O等。这些元素在一般情况下对钢的性能起有害作用，但其中有的元素在特定的条件下，也能起有益的作用，成为特意加入的合金元素。这几种杂质元素的来源及其在钢中的作用见表1—2。
表1—2 钢中常见杂质元素及其作用
元素
来源
作          用
P
炼钢过程中
从炉料引入
磷微溶于钢中，当钢中含磷量，形成Fe 2P在晶粒周界析出，降低钢的塑性和韧性，增加冷、热裂倾向。
S

炼钢过程中
从炉料引入
1、硫在钢中以FeS-Fe共晶体存在于钢的晶粒周界，降低钢的力学性能，优制钢含硫量一般应限制在0.04%以下。
2、在机械制造中，有时为了改善某些钢的切削加工性能，人为将含硫量提高，以形成硫化物，起中断基体连续性的作用。
3、硫含量的提高，增加铸件热裂倾向。
H
炼钢过程中钢液从炉气中吸收氢
钢液中氢的溶解度随温度升高而提高，在缓慢凝固条件下，氢以针孔形态析出。快速凝固时，析出氢在铁的晶格内造成高应力状态，导致脆性。
N
炼钢过程中钢液从炉气中吸收氮
1、钢液中溶解的氮在凝固过程中因溶解度降低而析出，并与钢中的Si、Al、Zr等元素化合，生成SiN、AlN 、ZrN等氮化物。少量氮化物能细化钢的晶粒。氮休物多时，会使钢的塑性和韧性降低。
2、氮属于扩大奥氏体区元素，在钢中可部分代替镍的作用，是铬锰氮不锈钢中的合金元素，，在超低碳不锈钢中，可代替碳的作用，提高钢的强度。
O
炼钢过程中
钢液被氧化
1、钢液中溶解的FeO 在凝固前温度降低过程中与钢液中的碳起反应，生成一氧化碳气泡，在铸件中造成气孔。
2、钢液凝固过程中，FeO因溶解度下降而析出在钢的晶粒周界处，降低钢的性能。

二、钢中非金属夹杂物的影响
钢中的非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、硫氧化合物、硅酸盐化合物及氮化物等。这些夹杂物的来源有外来的和自生的两类。外来的夹杂物包括在炼钢过程中从炉料夹带的不洁物，炉衬因经常受侵蚀而脱落的耐火材料等。自生的夹杂物是在炼钢过程中及钢液浇注过程中，由于钢液中元素氧化或发生其它化学反应而生成的。夹杂物对钢的力学性能有害，特别是对韧性的削弱作用较大。为减轻夹杂物的有害作用，可采取两种途径：
（1）清除夹杂物
如在炼钢氧化期中，使钢液良好地沸腾，藉以有效地清除夹杂物，并在出钢后浇注前使用钢液在钢包中镇静一段时间（5~10min），使夹杂物自钢液中上浮。采用炉外吹氩精炼，或将钢液过滤，都能有效地清除钢液中的夹杂物。
（2）改善夹杂物形态
夹杂物对钢削弱作用的程度依其形状及分布状况而定：带尖角的多角形夹杂物在钢中造成大的应力集中，在外力作用下易形成裂纹源，而颗粒状和球状夹杂则危害较小；条状夹杂物沿晶粒周界以网状或断续网状分布时，对钢的割裂作用较大，而呈岛状弧立分布的夹杂物的割裂作用较小。
如采用稀土合金对钢液进行处理，以使多角形氧化物和条状硫化物为球状的稀土硫氧化合物，就能降低夹杂物对钢的削弱作用。
三、夹杂物含量在电炉钢生产过程中的变化
1、炉料全熔化，夹杂物的含量较高。
2、氧化期，夹杂物的含量总趋势下降。
3、还原期，加入预脱氧剂和合金，杂质含量升高，后慢慢降低。
4、镇静：夹杂物上浮。
5、吹氩：氧化物、硫化物杂质含量降低，但氮化物几乎不变。
6、浇注：由于二次氧化，钢水对浇注系统的冲刷，氧的析出并与其它元素发生反应，夹杂物含量上升。
   7、凝固：温度下降，显微偏析，枝晶的液体富集的溶质元素易发生一系列反应，形成氧化物、硫化物。

作者: zhongtianbin 时间: 2009-4-23 20:13
讲得很详细！

作者: wangyi2003cn 时间: 2009-4-23 22:09
讲得很详细

作者: 路园山 时间: 2013-2-3 20:53
支持一下，。。。。。。。。。

作者: haidongyi 时间: 2013-2-18 13:03
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作者: haidongyi 时间: 2013-2-18 13:14
有个人在医院输液，输着输着就开始狂笑。别人问他笑什么。他说：“我笑点滴……

作者: 滥调绝世 时间: 2013-4-8 11:40
了解一下

作者: xisuiji 时间: 2013-4-8 11:46
俺是细碎机厂家，学习了！

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