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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* [, y3 [+ ?0 j7 I* t
! c6 \5 ~* P( m/ v+ z  j
第一节    钢及钢的分类
5 s* W7 P2 a9 e$ G
! K! X+ [" i# y* c- \一、钢和生铁
/ s) `7 \8 x# i* @* D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。; h. @( k1 h5 q' F% c( ~7 l  A' J: S
二、工业纯铁和熟铁
3 I% {8 U+ B! d, j. M( v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。
! Y4 W  P$ b# n; U% i    三、合金元素& m9 {; y4 l6 Q
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。
7 a2 j$ i- n& L* J! W    四、钢的分类
- `7 I) a' M6 p0 l        1、按化学成分分类" ^8 ~! W: C- v- t' g
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。* \% ?) U; W; v7 D
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。
$ K( D( W/ {$ K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。$ V0 A2 V$ d/ P$ d  b& I  e
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。+ }% m' `9 O7 S. i3 `- |
2、按冶炼方法和质量水平分类9 b* l2 t4 P) x* u* C/ F0 Z: P
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。
' b$ w4 Z) n: |$ d& @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。# F9 c5 o( {$ v4 Q2 `4 a4 `
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。
6 c$ f8 N3 r$ C% C2 M/ j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。
6 L' u) ~0 x; Q# n5 N4 r2 ^表1—1  合金元素在钢中的作用
0 k8 [' P* |% y( v$ |% ]元素
* m: e0 b: j& y" j% {0 o3 J作          用& }2 Q9 r1 f2 l! w, [6 I# `4 m. k
Mn
; N4 U3 ~0 G6 l- j  f# f4 U1、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1 F" q$ [" J. x9 C. v
2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性
8 l- Y3 i  B  [. a; s6 C' P2 D" n3、稍稍改善钢的低温韧性" ~* y3 k2 R9 w
4、在高含量范围内，作为主要的奥氏体化元素
: @1 ?9 ?, l- q* gSi
, d* O! c% t7 o1 c4 n1、强化铁素体，提高钢的强度和硬度
+ F# `# _3 A7 {5 e- [2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性
% c3 P0 f. K: \1 {6 Q- X# W3、提高钢的氧化性腐蚀介质中的耐蚀性，提高钢的耐热性
+ n1 L" u, M8 h4、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。）/ P: `3 W$ Q  W( ~/ z; p9 N
Cr
( i5 j, x& |/ s* t2 R; P1、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
- S! |  _  `$ N2 k/ r5 m! c2、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性7 V2 d- X4 ^- R5 c* D6 |8 L
3、提高钢的耐热性
( \. w1 q, i+ j; N8 e4、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. m3 B! Q. O5 O1 ?+ k
Mo 5 x. Q" B3 l8 D
1、  强化铁素体，提高钢的强度和硬度! i1 D# U# @! C/ v* x
2、  降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性
, g' b0 b1 `7 B. O2 R3、  提高钢的耐热性和高温强度" t- w# _/ D2 E$ O8 S
Ni
& M- v% y; Y# t' V! Y2 H1、  提高钢的强度，而不降低其塑性，改善钢的低温韧性3 F1 F2 W9 H- R9 v- Z! t# ~
2、  降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性7 p/ N1 v, a6 ^
3、  扩大奥氏体区，是奥氏体化的有效元素  z# m' x" G, f: N# i9 m, c
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
/ k9 _! Y+ _3 G9 s; j) @6 H/ t+ Y) SAl
8 v& k6 F4 h7 C/ G1、  炼钢中起良好的脱氧作用+ W. S4 P+ h5 l! S. [4 {6 s
2、  细化钢的晶粒，提高钢的强度$ W1 Y4 E. e4 |; t1 w- u2 R! o, i
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
2 z: J* Z7 h; ~4 H& E4 ~. MRE
" }) P5 ?  H0 @2 `/ R/ r1、炼钢中起脱硫、去气、净化钢液作用' U; j& s  q/ x, q( t# {( Z+ M. V
2、细化钢的晶粒，改善铸态组织  [% t- g8 {9 v( N! x  A
: ~- F) b/ k' g" w$ {$ R
3、按金相组织分类
0 q7 u/ i! d7 b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。- l4 G# m; I0 R. Z) M% }$ F. l* g
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。
& K% |* o% U/ b0 a/ k! b4、按加工和热处理工艺分类
$ N! z' h7 Z* {6 C7 f2 g# h  T4 i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。
3 R/ e6 ]$ U9 X1 S5 J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。. Y; |- W1 S' L/ _' G
5、按用途分类& O; I" P/ X" }$ I3 }# f' A
（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。
* I$ B6 ?- |6 q: M（2）工具钢。它包括碳素工具钢和合金工具钢及高速钢。
9 T0 g; }3 M; k% N0 v: F6 f1 ]（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。- m* h, j  s; r6 q  ?- c& V; N

9 h' D5 M& P+ Q" D' a1 W+ y第二节   炼钢的任务和方法
! F4 j9 n+ p1 D% C
3 R- ~) I6 F* s/ b6 W( G: y9 D一、炼钢的任务
6 U! G& o- m( W; a, x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：
  p* @7 `; @) f- W/ m7 n（1）熔化固体炉料（生铁、废钢等）；
. _' I! g( t1 d, M（2）使钢水中的硅、锰、碳等元素达到规格成分；+ t! B) k4 U" [; |4 E
（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；
! b/ y' V" `) L. L- T（4）清除钢水中的气体和非金属夹杂，使钢水纯净；
# u) J0 ~9 G0 |( a$ }& z; Q; d（5）加入合金元素（熔炼合金钢），使其符合要求；  l: C. b1 [$ Y, q1 R, M
（6）将钢水过热至一定温度，保证浇注的需要；/ Y  T1 j' e( T5 q) [0 l7 U4 f
（7）为了提高产量和降低成本，必须快速炼钢；
0 l0 e; `: Z8 I0 }, p& S: d（8）浇注成良好的铸件。, e! P+ O1 s! ^2 l( v
二、炼钢的方法
( F  ]7 t1 e' c, L7 |* }: k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。
; \! t2 ^4 s$ H0 z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。
, w/ `# n: U* `4 k" x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。+ p- o6 D# _+ f  f/ [
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。9 q( m6 c2 |& p! h  m0 R8 M
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。
2 `7 ^$ G: j/ w- g0 |! _& v) r# V) {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。
5 W: Y, M1 A7 M4 Z& r3 k1 U+ {  d# ?
第三节   影响铸钢性能的一些因素/ F& X4 Y2 `0 V2 S! ?# b

8 o2 Z6 g8 b/ F8 [一、钢中常见杂质元素的影响
9 j) p$ r, t7 n5 k) S6 w4 h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。' I2 g; K. p8 N' J  r" f
表1—2   钢中常见杂质元素及其作用) ]" g, ?) F; G" d. y
元素 ' l1 w- ]( q6 ~
来    源
5 x0 r: P, {% G% i- N& R$ N作            用
9 I& \6 w' t7 C! Q; t* S5 hP # L9 p6 B/ r- z; t9 ^/ n  Z& [
炼钢过程中
1 Y' F( f, D8 j* D从炉料引入 4 c+ \/ r7 s& D2 U, t* j
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。
, o+ t! L1 `- q* Q8 r$ lS
  b; z/ O# ~+ j# A5 K) D5 ^
* z- w; h. J* c5 u9 u0 |+ g炼钢过程中
1 T/ H& [# K. y8 {从炉料引入
) V" D( X$ n- s! Q' i1、 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。) [, m+ B% M( D  Q
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。
: s: Y, }7 n3 M* v: f3、 硫含量的提高，增加铸件热裂倾向。/ y2 j3 C8 \7 m& q8 f0 q
H 1 r7 x1 j) g5 ^# M- J) j" E( i1 U
炼钢过程中钢液从炉气中吸收氢
- J/ V& H4 q" b" }) ]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。
% S- y/ ]4 R, b: |9 E/ k2 iN
1 X* O+ \8 J6 d1 T' E炼钢过程中钢液从炉气中吸收氮
/ l$ h# q" Q+ t8 j! I1、 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。& K6 g9 j! e( m# G* h
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。4 P' [, k  S( b9 \) m# Q$ N. i
O   _& G! k) R# w% X
炼钢过程中
$ f! N9 [+ E  y' }% d- a* e0 ]钢液被氧化
1 K6 {( W; o* M, |8 s& R7 F" z1、 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。6 Q/ H6 Z# L, ~
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。1 f$ F: e. m: L$ T  Z

  ?  F! W" }" ^4 X' Y二、钢中非金属夹杂物的影响
. r. m/ c) @" w/ M. \) d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：
! B! Z$ x0 X3 }) |) s8 d  y, w1 b（1）清除夹杂物
- @) o/ h5 H7 l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。8 N2 J' l) ?+ G( p0 b
（2）改善夹杂物形态
$ A. k" j3 d3 G/ S6 I' A& x: F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。$ W+ I" o8 B  d+ n% C6 s  d; f& y7 G
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。
4 Q9 ?" G! u- M三、夹杂物含量在电炉钢生产过程中的变化7 e) [- T: ^! ?% e/ N! L
1、炉料全熔化，夹杂物的含量较高。
4 u+ f9 w3 I, U2、氧化期，夹杂物的含量总趋势下降。
1 T  ]) z$ ^* \& H3、还原期，加入预脱氧剂和合金，杂质含量升高，后慢慢降低。
! F4 x4 Z8 l2 O) P2 I% r) {4、镇静：夹杂物上浮。' Q3 j8 F3 u. L" n  T) b4 y; K4 ?
5、吹氩：氧化物、硫化物杂质含量降低，但氮化物几乎不变。
+ x0 J  f+ w7 p$ k& a3 x' t6、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。
! i9 Z- a7 O& z2 w+ G       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。
# c9 W4 Z7 b# K& p3 I
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
支持一下，。。。。。。。。。
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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