2 炼钢任务、原材料和耐火材料.pptVIP

第二章 炼钢的任务、原材料和耐火材料;主要内容;2.1 炼钢的任务;硫对钢的性能会造成不良影响，钢中硫含量高，会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的“热脆”性。 硫在钢中以FeS的形式存在， FeS的熔点为1193℃， Fe与FeS组成的共晶体的熔点只有940℃。液态Fe与FeS虽可以无限互溶，但在固熔体中的溶解度很小，仅为0.015%-0.020%。 ;当钢中的[S]＞0.020%时，由于凝固偏析，Fe-FeS共晶体分布于晶界处，在1150-1200℃的热加工过程中，晶界处的共晶体熔化，钢受压时造成晶界破裂，即发生“热脆”现象。 如果钢中的氧含量较高，FeS与FeO形成的共晶体熔点更低（940℃），更加剧了钢的“热脆”现象的发生。;锰可在钢凝固范围内生成MnS和少量的FeS，纯MnS的熔点为1610℃，共晶体FeS-MnS（占93.5%）的熔点为1164℃，它们能有效的防止钢热加工过程的“热脆”。 冶炼一般钢种时要求将[Mn]控制在0.4%-0.8%。在实际生产中还将[Mn]/[S]比作为一个指标进行控制，[Mn]/[S]对钢的热塑性影响很大。;[Mn]/[S]比对低碳钢热延展性的影响 ;硫还会明显降低钢的焊接性能，引起高温龟裂，并在焊缝中产生气孔和疏松，从而降低焊缝的强度。 硫含量超过0.06%时，会显著恶化钢的耐蚀性。 硫还是连铸坯中偏析最为严重的元素。;不同钢种对硫含量有严格的规定： 非合金钢中普通质量级钢[S]≤0.045% 优质级钢 [S]≤0.035%， 特殊质量级钢 [S]≤0.025% 有的钢种要求如管线钢 [S]≤0.005%,甚至更低。 有些钢种，如易切削钢硫则作为合金元素加入，要求[S]=0.08%-0.20%。;对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的含量高会引起钢的 “冷脆”，即从高温降到0℃以下，钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。 磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷含量的增加，钢液的表面张力降低显著，从而降低了钢的抗裂性能。;磷是仅次于硫在钢的连铸坯中偏析度高的元素，而且在铁固熔体中扩散速率很小，因而磷的偏析很难消除，从而严重影响钢的性能，所以脱磷是炼钢过程的重要任务之一。 磷在钢中是以[Fe3P]或[Fe2P]形式存在，但通常是以[P]来表达。炼钢过程的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行的。;不同用途的钢对磷的含量有严格要求： 非合金钢中普通质量级钢[P]≤0.045%； 优质级钢 [P]≤0.035%； 特殊质量级钢 [P]≤0.025%； 有的甚至要求 [P]≤0.010%。 有些钢种:炮弹钢，耐腐蚀钢需加P元素。;在吹炼过程中，向熔池供入了大量的氧气，到吹炼终点时，钢水中含有过量的氧，即钢中实际氧含量高于平均值。 如不脱氧，在出钢、浇铸中，温度降低，氧溶解度降低，促使碳氧反应，钢液剧烈沸腾，使浇铸困难，得不到正确凝固组织结构的连铸坯。 ;钢中氧含量高，还会产生皮下气泡，疏松等缺陷，并加剧硫的热脆作用。在钢的凝固过程中，氧将会以氧化物的形式大量析出，会降低钢的塑性，冲击韧性等加工性能。 一般测定的是钢中的全氧，即氧化物中的氧和溶解的氧之和，在使用浓差法定氧时才是测定钢液中溶解的氧，在铸坯或钢材中取样时是全氧样。 ;2.1.3 钢中的氧;脱氧的任务： 根据具体的钢种，将钢中的氧含量降低到所需的水平，以保证钢水在凝固时得到合理的凝固组织结构； 使成品钢中非金属夹杂物含量最少，分布合适，形态适宜，以保证钢的各项性能指标； 得到细晶结构组织。 常用的脱氧剂有Fe-Mn，Fe-Si，Mn-Si，Ca-Si等合金。 ;钢液中的气体会显著降低钢的性能，而且容易造成钢的许多缺陷。钢中气体主要是指氢与氮，它们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。 氢在固态钢中溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢会和CO、N2等气体一起析出，形成皮下气泡、中心缩孔、疏松、造成白点和发纹。 ;钢热加工过程中，钢中含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成发裂，进而引起钢材的强度、塑性、冲击韧性的降低，即发生“氢脆”现象。 在钢材的纵向断面上，呈现出圆形或椭圆形的银白色斑点称之为“白点”，实为交错的细小裂纹。主要原因是钢中的氢在小孔隙中析出的压力和钢相变时产生的组织应力的综合力超过了钢的强度，产生了“白点”。一般白点产生的温度低于2000C。 ;钢中的氮是以氮化物的形式存在，它对钢质量的影响体现出双重性。氮含量高的钢种长时间放置，将会变脆，这一现象称为“老化”或“时效”。原因是钢中氮化物的析出速度很慢，逐渐改变着钢的性能。低碳钢产生的脆性比磷还严重。 钢中氮含量高时，在250-4500C温度范围