炼钢工艺学分析和总结.docx

PAGE PAGE 15 1 概 述 钢和生铁的区别可从表 1-1 中看出。由于钢具有很好的物理化学性能与力学性能，可以进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，因此钢比生铁的用途广泛。除约占生铁总量 10％的铸造生铁用于生产铁铸件外，约占生铁 90％的炼钢生铁要进一步冶炼成钢，以满足国民经济各部门的需要。 表 1-1 钢和生铁的区别 名 称 名 称 生 铁 含碳量/％ 2.O～4.5 ＜2.O (工业上实用的钢 中 w[C]一般＜1.4％) 熔点/℃ 1100～1200 特 性 脆而硬，无韧性，不能锻轧，铸造性能好 钢 1450～1500 强度高，塑性好，韧性大，可以锻、压、铸 炼钢的基本任务 炼钢的基本任务，是将废钢、生铁料炼成具有一定化学成分的钢，并使钢具有一定的物理机械性能。 去除杂质 一般是指去除钢中硫、磷、氧、氢、氮和夹杂物。 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℃。液态铁与FeS 虽然可以无限互溶，但在固溶体中的溶解度很小，仅为0.015％～ 0.020％。当钢中的硫含量超过 0.020％时，钢液在凝固过程中由于偏析使得低熔点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，则在晶界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。 [Mn]可在钢凝固温度的范围内生成MnS 和少量的FeS，纯 MnS 的熔点是 1610℃，FeS-MnS 共晶(FeS 占 93.5％)的熔点是 1164℃，它们能有效地防止钢在轧制时开裂。因此在冶炼一般钢种时要求将 w[Mn]控制在 0.4％～0.8％。但过高的硫会产生较多的 MnS 夹杂物，轧、锻后的硫化物夹杂被拉长，降低钢的强度，使钢的磨损增大，明显地降低钢的横向机械性能， 降低钢的深冲压性能。在实际生产中，还将 w[Mn]/w[S]作为一个指标进行控制。钢中的w[Mn]/w[S]对钢的热塑性影响很大，从低碳钢高温下的拉伸实验结果发现，提高w[Mn]/w[S] 可以提高钢的热延展性。一般w[Mn]/w[S]≥7 时（在实际钢中锰硫含量比为 8～16 即可） 不产生热脆。 硫除了使钢的热加工性能变坏外，还会明显降低钢的焊接性能，引起高温龟裂，并在金属焊缝中产生许多气孔和疏松，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。硫是连铸坯中偏析最为严重的元素。 不同钢种对硫含量有着严格的规定：非合金中普通质量级钢要求w[S]≤0.045％，优质级钢w[S]≤0.035％，特殊质量级钢 w[S]≤0.025％。超低硫钢w[S]≤0.001％。 易切削钢常以[S]作为产生硫化物的介质，在切削过程中含硫化物的钢形成的车屑易断， 常作为易加工的螺钉、螺帽、纺织机零件、耐高压零件等的材料，我国常用的易切削钢有： Y12、Y20、Y30。要求含硫量为 0.08％～0.20％。 脱磷 通常认为，磷在钢中以[Fe3P]或[Fe2P]形式存在，为方便起见，均用[P]表示。在一般情 况下，磷是钢中有害元素之一。通常，磷使钢的韧性降低，磷可略微增加钢的强度。钢中碳含量增加时降低冲击值就越大。[P]的突出危害是产生“冷脆”，在低温下，w[P]越高，冲 击性能（冲击功AK，单位：J）降低就越大。磷是降低钢液表面张力的元素，易析集结晶边界处，随着其含量的增加表面张力 值降低很多，从而降低了钢的抗热裂纹性能。 为减少[P]的危害，提高钢质，必须尽量降低磷含量。可采用炉内氧化法脱磷或炉外喷粉还原法脱磷。为取得良好的效果，应先用铁水预处理脱硫、磷，再进行冶炼。钢中[C]有促进磷降低冲击韧性的作用，所以在冶炼高碳钢时应将磷控制得更低些。 钢中的[P]含量允许范围：非合金钢中普通质量级钢 w[P]≤0.045％，优质级钢 w[P] ≤0.035％，特殊质量级钢 w[P]≤0.025％。普通低磷钢 w[P]≤0.010％，超低磷钢 w[P] ≤0.005％，极低磷钢 w[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 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，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、冲击韧性，引起钢变脆。为此需要将钢水按不同钢种要求脱氧。 一般测定的钢中氧含量是全氧，包括氧化物中的氧和溶解的氧，在使用浓差法定氧时才测定钢液中溶解的氧（氧的活度），在钢锭坯、材中取样时是全氧样。 去气（氢、氮） 钢中