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钢铁冶金学炼钢部分 河北联合大学 第二章 炼钢任务 炼钢意义及任务 去除杂质 调整钢水成分 浇注铸坯 第一节 炼钢意义及任务 原料中的杂质 铁水成分和钢成分差别(%) 废钢内杂质多 杂质元素含量高:Zn、Cu、Sn 夹渣多:炼钢的废品 成分不合格 炼钢的定义 用氧化方法去除生铁和废钢中的杂质,加入适量的合金元素,使之成为具有高强度、高韧性或其他特殊性能的钢,这一工艺过程称为“炼钢” 炼钢的任务 脱碳:铁中碳含量高于钢的要求 脱硫及脱磷:S、P为有害元素 脱氧:脱碳导致钢中氧含量升高,危害钢质量 去除气体和夹杂物:H、N、氧化物、硫化物 钢水升温:保持钢处于液体 铁碳相图 合金化:钢性能主要决定于其合金含量 浇注成铸坯:为轧制提供合格铸坯 “四脱”: 脱C、脱S、脱P、脱氧 “二去”: 去气、去夹杂 “二调整”:调整成分、调整温度 第二节 去除杂质 包括:S、P、H、O、N 一.钢中硫 硫的来源 铁水:0.020~0.050% (非正常0.10%S),主要来源于焦炭 铁水顶渣:①出铁挡渣不利;②铁水脱硫 石灰:实际控制≤0.10% ? 石灰S太高时,钢水S“不降反升” 合金料:合金料含硫(MnSi要求0.04%S) 硫对性能的影响 产生热脆:熔点 FeS 1193℃ Fe+FeS 985℃ FeS+FeO 940℃ 形成夹杂:S在固体钢中溶解度低,k0=0.05 ?在固体钢中,S以硫化物形式存在 降低塑性:断面收缩率降低 危害各项同性:轧制时MnS延伸 影响深冲和疲劳性能:破坏基体连续性 降低夹杂物评级:硫化物增加 强度:影响不大 改善切削性能: ?S的唯一用途 MnS导致车削断裂,减少对刀具磨损 控制措施 提高Mn含量 原理:MnS熔点1610℃,FeS熔点1193℃ Mn/S:“锰硫比”,描述Mn对S的控制能力 ?一般控制:Mn/S20 降低S含量 MnS仍是夹杂物 降低S含量,效果优于提高Mn/S 降低S的方法:铁水预脱硫、转炉脱硫、炉外精炼脱硫 含量控制 (%) 国家标准规定钢种级别 二.钢中磷 磷的来源 铁水:河北省内为低磷铁水 0.030~0.120% 铁 水 低磷铁水 中磷铁水 高磷铁水 含磷量 0.30% 0.30~1.0% 1.0% 合金料:合金化时带入磷 有些合金料含磷高:FeMn(0.40%)、 MnSi(0.25%) ? 唐钢77B试验9炉废品 炉渣回磷:合金化时,渣中磷被还原,P重新回到钢水 磷对性能的影响 产生冷脆:磷晶界析出 低温冲击韧性降低:-20℃ P对高碳钢影响更大,要求含量更低 钢种 轴承钢 77MnA Q215 碳含量 1.0% 0.77% 0.12% P含量 0.027% 0.025% 0.045% 增加热裂纹敏感性:P在晶界偏析,降低高温强度 ? P对热裂的影响比S的危害小得多 降低常温塑性 ?在常见范围内影响较小 增加常温强度:固溶强化 ,效果不太明显 改善钢的性能 炮弹钢:利用钢脆性,容易爆裂成碎片 耐候钢:改变电极电位,提高耐大气腐蚀能力 ?火车箱、高压线支架 (09CuP 0.07~0.12%) 薄板钢:防止轧制粘连 离心铸管:增加流动性 改善措施 降低P含量 ? 减少P危害的唯一措施 降低P的方法:①铁水预处理; ②转炉脱磷 含量控制 (%) 国家标准规定钢种级别 三.钢中氧 氧的来源 液态钢水溶解氧 脱碳后剩余氧遗留在钢水内 任何脱氧方法也不能彻底脱氧 脱氧产物:滞留在钢水内 炉渣:炉渣卷入 炉渣基本是由氧化物组成,如CaO、SiO2、MnO等 耐火材料:被侵蚀进入钢水 耐火材料是由氧化物组成 (钢包用铝镁炭砖 MgO和Al2O3) 空气:钢水受到空气二次氧化 Si + O2 → SiO2 氧对钢材和工艺的影响 炼钢的氧化剂:脱碳、脱磷和造渣不可缺少 影响浇注过程 ?为什么要脱氧? 凝固时沸腾:C + O → COg 侵蚀耐火材料:减少中间包寿命 ? FeO降低耐火材料熔点 水口堵塞: Si + O → SiO2 Al + O → Al2O3 在铸坯内产生气泡:CO气体滞留在铸坯 增加热脆性: 凝固时晶界析出FeO FeS 1193℃ → FeS+FeO 940℃ 形成夹杂物:氧在固体下溶解度很小 ?固体钢中氧
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