冶金工程概论第06章炼钢基本原理(up).ppt

第六章 炼钢基本原理 6.1炼钢的基本任务 所谓炼钢，是指通过冶炼脱除生铁中的碳及有害杂质，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其他特殊性能的钢。 炼钢任务可概括为“四脱、二去、二调整” 主要手段： 供氧、造渣、升温、脱氧和合金化。 6.1.1四脱 脱硫 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985℃。当钢中的硫含量超过0.020％时，在1150～1200℃的热加工过程中，钢受压时造成开裂，即发生“热脆”现象。如果钢中的氧含最较高，则产生更低熔点的共晶化合物FeO-FeS(熔点为940℃)，更加剧了钢的“热脆”现象的发生。 普通钢[%S]≤0.045；优质钢[%S]≤0.035；高级优质钢[%S]≤0.025 超低硫钢[%S]≤0.001，易削切钢中需加入S 脱磷 通常，P在钢中以[Fe2P]和[Fe3P]形式存在，常以[p]表示，一般P是钢中有害元素之一。磷使钢的韧性降低，可略微增加钢的强度。[P]的突出危害是产生“冷脆”，在低温下， [%P]越高，冲击性能(冲击功AK)降低就越大。 普通钢[%P] ≤0.045； 优质钢[%P] ≤0.035； 高级优质钢[%P]≤0.025； 普通低磷钢[%P] ≤0.010； 超低磷钢，[%P]≤0.005； 极低磷钢[%P] ≤0.002。 但有些钢种如炮弹钢、耐腐蚀钢等，则需要加入磷元素。 脱氧 来源：炼钢是氧化还原过程。在吹炼过程中，向熔池吹入了大量的氧气，到吹炼终点，钢水中含有过量的氧。 危害：如果不进行脱氧，将影响其后的浇注操作。而且在钢的凝固过程中，氧以氧化物的形式大量析出，钢中也将产生氧化物非金属夹杂，降低钢的塑性和冲击韧性，使钢变脆。为此，要将钢水按不同钢种要求脱氧。 脱C C是钢中重要的合金元素，C含量的增加可以提高钢的强度和硬度，但会降低钢的塑性及韧性。钢中的C决定了冶炼、轧制及热处理的温度制度。能够显著改变钢的液态和凝固性质。铁水中的[C]一般呈饱和状态，大约在3-4%，钢的含碳量在2.11%以下，因此炼钢的重要任务之一就是将熔池中的[C]脱除至，达到所炼钢种的要求。 6.1.2去气(氮、氮) 钢中氢 来源：炼钢炉料带有水分或由于空气潮湿，都会使钢中的含氢量增加。 危害：在钢的热加工过程中，钢中含有氢气的气孔会沿着加工方向被拉长而形成发裂，从而引起钢材的强度、塑性以及冲击韧性降低。这种现象称为氢脆。在钢的各类标准中，对氢一般不作数量上规定，但氢会使钢产生白点(发裂)、疏松和气泡缺陷。 钢中氮 来源：氮由炉气进入钢中。当钢材由高温较快冷却时，将会发生氮化物的析出，使钢的强度、硬度上升，塑性大大降低。这种现象称之为蓝脆。钢中的氮以氮化物的形式存在，氮化物的析出速度很慢，逐渐改变着钢的性能。氮含量高的钢种，若长时间放置，将会变脆。这一现象称为“老化”或“时效”。 6.1.3 去夹杂 1）夹杂物来源 脱氧脱硫等反应产物、炉渣及耐火材料、杂质元素析出非金属夹杂物等。 2）夹杂物分类（根据化学成分分类） (1)氧化物夹杂 简单氧化物：FeO、MnO、SiO2、A12O3、Cr2O3等。 复杂氧化物：FeO-Fe2O3、FeO-A12O3、MgO-A12O3、2FeO-SiO2、2MnO-SiO2、3MnO-A12O3-2SiO2等。 (2)硫化物夹杂： 如FeS、MnS、CaS等。 (3)氮化物夹杂：如AlN、TiN、ZrN、VN、BN等。 3）夹杂物的危害： 钢中夹杂物能破坏钢的连续性、降低钢的塑性，韧性和疲劳寿命，使钢的加工性能变坏，对钢材表面光洁度和焊接性能有直接影响。因此在炼钢、精炼及连铸过程中应最大限度地降低钢液中夹杂物的含量、控制其形状及尺寸。 6.1.4调整成分 为保证钢的各种物理、化学性能，应将钢的成分调整到规定的范围之内。 碳 炼钢过程中要氧化脱除多余的碳，达到规定的要求。 锰 锰的冶金作用主要是消除MnS的热脆倾向，改变硫化物的形态和分布以提高钢质。 硅 硅是钢中最基本的脱氧元素。普通钢中含硅0.17%～0.37%，是冶炼镇静钢的合适成分。 铝 炼钢生产中，铝是强脱氧元素，大部分钢均采用铝或含铝的复合脱氧剂脱氧。 合金元素：冶炼合金钢时还需加入相应的合金元素。 6.1.5调整钢液温度 铁水温度，一般只有1300℃左右，而钢水温度，必须高于1500℃，才不至于凝固。钢水脱碳、脱磷、脱硫、