材料讲座-YUY泵网.PPT

材料讲座 关于压水堆主设备的制造中 主要零部件 材料的有关事项 第1讲：炼钢 在压水堆主设备的制造中，大量使用钢铁材料，当然也有其它合金和非金属材料，这里以钢为例解说一些材料形成的原理和在实际运用中的问题。同时介绍一些通常的炼钢方式包括不锈钢的冶炼方式以及各自的优缺点。 1. 炼钢过程中的物理化学反应 主要化学反应方程式： M + O2 ←→ MX O C + O2 == 2 CO ↑ 界面之间的物质转移 钢水和熔渣之间 钢水、熔渣与气相之间 2. 炼钢中要达到的几个主要目的 2.1 氧化反应除去钢中气体和原始夹杂 H的危害 钢中H增加的原因和去除的条件和手段 N在钢中的作用 控制N含量的方法 O在钢中的作用 控制O的方法 2.2 氧化反应降低钢中P的含量 P的危害 去除手段和条件 2.3 还原反应降低钢中S的含量 S的危害 去除手段和条件 其它残余元素的影响和控制 As，Sn，Sb，Bi，Pb，Cu Al 3. 各种炼钢方法 3.1 原始的手段 三相电弧炉 30吨氧气转炉 3.2 现代炼钢主要方法 现代，平炉炼钢基本淘汰，原来的转炉炼钢是使用空气侧吹或底吹，现在因转变成纯氧顶吹转炉而获得新生。再加上电炉是现代炼钢的主要方法（必威体育精装版发展的还有竖炉等，但还没有普及）。为了提高钢水的内在质量，世界上风行的二次精炼也几乎已经普及。二次精炼是50年代蒸汽喷射泵发明后可以快速大容量进行真空处理后发展起来的新技术。 3.2.1 二次精炼的优点 二次精炼的优点有能耗的降低、气体含量的降低、生产能力的提高、质量的提高。 3.2.2 主要二次精炼方法 DH、RH、LF、SKF，另外用于不锈钢的VAD、VOD，新工艺的VD、ESR等。介绍ESR。 4. 钢的凝固 钢水在炉子里或经过二次精炼在钢包中是液态，随之需要成型，即需要冷却。现代大量的钢材是通过连续铸锭后直接轧制成材的，如角钢等型钢、钢板和线材等。核电主设备用的锻件和铸件不能通过连铸制造，因此又回到老的生产工艺，讲讲铁碳相图、凝固理论和钢锭结构。 4.1 铁碳相图 铁碳相图 4.2金属结晶的热力学条件 4.2.1. 自由能的变化 自然界一切事物的变化过程分为自发过程和非自发过程，自发过程就是不需要外界的任何帮助就可以自动进行的过程，在这个过程中还可能伴随着对外界做功或其它影响。 任何自发过程都有一定的方向和限度。如热只能自发从高温向低温传递，气体只能从高压向低压处扩散，而非自发过程则只有在外界帮助下才能实现，如将重物从低处移到高处需外界对其做功才能实现。 图1：固、液两相自由能与温度的关系 T0为熔点 T＞T0时 F液＜F固 固体熔化 T＜T0时 F液＞F固 液体结晶转为固体 4.2.2. 晶核的形成 晶核的形成可以分为自发形核和非自发形核 。 4.2.2.1 自发形核 △F=-V（f液-f固）+σs σ为表面张力，s为体积V的固相与液相交界面面积，假定新相为球形（体积一定时表面积最小为球形）。 △F= —（4/3）πr3△fv+4πr2σ 其中r：新相粒子半径 图2：晶坯自由能随半径变化的示意图 4.2.3. 晶核的长大 原子先堆积成足够大的原子集团（平面、1个原子厚）称2度晶核向晶粒转移，晶粒的长大也伴随着自由能的变化，也需要液体内的能量起伏等，不再论述。 晶粒长大的外形一般以树枝晶形式存在，其主要原因是结晶潜热放出，使周围液体温度升高，减少了过冷度，而处于棱角处对流作用大、散热快，因此比平面处容易长大，同时在结晶过程中，低熔点的杂质被排挤出来，聚集在晶粒周围的液体中，阻碍了晶粒的长大，在棱与角处因对流杂质易被冲走所以阻碍作用变小，容易长大，再就是晶格缺陷处原子容易添加上去，在棱、角处晶格缺陷较多，所以这些地方长得快些。 由于以上原因，晶体在成长过程中向某个方面突入液体中而呈现出一次轴，进而在一次轴上形成分枝，即二次轴，再在二次轴上形成三次轴，依次发展，直至相邻的枝晶相遇为止（见图3） 图3：树枝晶生长示意图 由于杂质最后都被排挤在各树枝间，最终晶体中，枝与枝间的成分不同，枝间容易被腐蚀。所以低倍可观察到。 4.3 钢锭的不同区域的组织及其形成原因钢锭结晶重要区域及缺陷的分布 1：表面细晶区域；2：柱状晶区域； 3：中心等轴晶区域。 钢锭缺陷的分布 1：缩孔；2：气泡；3：疏松；4：表面细晶区域； 5：柱状晶区域；6：中心等轴晶区域；7：沉积锥 宏观缺陷的主要类型 a. 缩孔 b. 偏析带 正偏析和负偏析；V型偏析和倒V型偏析； c. 浇注时飞溅造成的溅疤、皮下气泡、重皮和裂纹等工艺缺陷 d. 疏松 e. 非