炼钢生产的理论基础课件.ppt

2、影响氢和氮在钢中溶解度的因素 气体在钢中的溶解度取决于温度、相变、金属成分以及与金属相平衡的气相中该气体的分压: 1) 氢和氮在液态纯铁中溶解度随温度升高而增加； 2) 固态纯铁中气体的溶解度低于液态； 3) 氮在固态纯铁中的溶解度随温度的升高降低，原因是 有氮化物析出。 4) 在910℃发生α-Fe向γ-Fe转变，1400 ℃时发生γ-Fe 向δ-Fe转变，溶解度也发生突变。在奥氏体中因晶格 常数大能溶解更多的气体。 氢和氮分压为100kPa时在纯铁中的溶解度 3、钢中非金属夹杂物的种类及其形态 1）按夹杂物的化学成分分类 氧化物系夹杂物 简单氧化物 复杂氧化物 硅酸盐及硅酸盐玻璃 硫化物系夹杂物—— FeS、MnS、(Mn、Fe)S和CaS等 氮化物—— AlN、TiN、ZrN、VN、BN、Si3N4、Fe4N、Fe2N等 2）按夹杂物的形态分类 塑性夹杂——FeS、MnS、低熔点硅酸盐 脆性夹杂——Al2O3和尖晶石型、氮化物等高熔点、高硬度夹杂 不变形夹杂——SiO2、钙铝酸盐及高熔点硫化物 变形前后钢种夹杂物形态示意图 (a)塑性夹杂轧制后延伸成条状； (b)半塑性夹杂在轧制过程中的变形情况； (c)大颗粒脆性夹杂在轧制中的破碎情况； (d)轧制中簇状的脆性夹杂呈链状； (e)轧制条件下的不变形夹杂 3、钢中非金属夹杂物的种类及其形态 3）按夹杂物的来源分类 （1）外来夹杂物； （2）内生夹杂物 一次夹杂 二次夹杂 三次夹杂 ······· 4）按夹杂物尺寸分类 亚显微夹杂（颗粒＞1μm） 显微夹杂（1—100μm） 大型夹杂（＞100μm） 4、夹杂物对钢的性能的影响 1）夹杂物和裂纹的形成及应力集中 （1）夹杂物与裂纹的形成—作为显微裂纹的发源地。 （2）夹杂物与应力集中—材料中有夹杂物的地方，则出现应力集中现象。 4、夹杂物对钢的性能的影响 2）夹杂物对钢的塑性和韧性的影响 （1）夹杂物与塑性——夹杂物对塑性的影响在断面收缩率上比在延伸率上表现得更显著。通常夹杂物对钢材的纵向塑性影响不大，而对横向塑性的影响却较显著。 （2）夹杂物与韧性—如果材料中有非金属夹杂物，则钢的韧性下降。 3）夹杂物对钢的疲劳性能的影响 （1）夹杂物类型与疲劳寿命——线膨胀系数小于钢的夹杂，促进了疲劳裂纹的发生和发展。 （2）夹杂物的大小、分布与疲劳寿命—— 对于同一种类型的A12O3夹杂物来说，随其含量增加疲劳极限下降。当其他条件相同时，夹杂物颗粒越大，则不利的影响越大，多角形夹杂物的影响大于球状夹杂物的影响。 在表面或靠近表面存在的夹杂物，尺寸虽小但也有害。而在深部存在的夹杂物，超过一定临界尺寸才带来不利的影响。 （3）氧含量与疲劳寿命—— 氧化物夹杂的总量与钢中氧含量成正比。 4、夹杂物对钢的性能的影响 4）夹杂物对钢的加工性能的影响 （1）夹杂物对热加工性能的影响——使钢的热加工性能变坏。 （2）夹杂物对弯曲性能的影响—— 钢中长条状夹杂物往往使钢的弯曲性能出现各向异性，且横向性能变坏。 （3）夹杂物对焊接结构件层状撕裂的影响 （4）夹杂物对钢的切削性能的影响—— 硫化物增加钢材的脆性，钢的切屑容易断裂。 5）夹杂物对钢的物理化学性能的影响 （1）夹杂物对钢的电磁性能的影响——非金属夹杂物不是铁磁性物质，它的存在减少了铁磁性基体的体积，破坏了金属基体的连续性；其次，夹杂物的存在（在晶界上或晶粒内）使基体变形产生内应力，因而基体磁化不均匀、磁性下降。 （2）夹杂物对钢的点腐蚀的影响——点蚀起源于硫化物夹杂和与硫化物复合的某些氧化物夹杂（主要是铝酸钙和氧化铝）上，而单独氧化物则没有这种作用。 5、夹杂物形态控制 1）硫化物形态控制 （1）脱氧元素与硫的反应 向钢中加入脱氧元素除进行脱氧反应外，还可能发生脱硫反应。对于不同元素的脱氧和脱硫能力有以下规律： 和氧结合的能力：Ca＞A1＞Si＞Mn； 和硫结合的能力：Ca＞Mn＞Al， 和钙结合的能力：O＞S； 和锰结合的能力：S＞O （2）加稀土控制硫化物形态 稀土元素RE能降低钢液中氧和硫的溶解度，并以生成球状小颗粒夹杂方式改善第Ⅱ类MnS夹杂。 5、夹杂物形态控制 2）氧化物形态控制 （1）铝酸钙的类型及物性 铝镇静钢用钙处理的主要目的是将A12O3夹杂变性为铝酸钙。其中的关键是控制铝酸钙的生成类型。铝酸钙随CaO含量的增加，其熔点趋于下降，当 CaO含量达到48%时熔点最低。从在钢液中易于凝聚排除，而残留于钢中呈球状考虑，以生成12CaO·7 A12O3为好。 （2）加钙处理方式 使用喂丝和钢包喷粉工艺。 3.10 钢液搅