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標(biāo)題: 煉鋼的基礎(chǔ)知識(shí) [打印本頁(yè)]

作者: LFEI 時(shí)間: 2009-3-25 21:14
標(biāo)題: 煉鋼的基礎(chǔ)知識(shí)
煉鋼的基礎(chǔ)知識(shí)

第一節(jié) 鋼及鋼的分類

一、鋼和生鐵
鋼和生鐵都是鐵碳合金。理論上一般將含碳量<2.11%的鐵碳合金稱為鋼，經(jīng)常冶煉的鋼鐵的碳含量均低于1.4%，碳含量大于2.11%的鐵碳合金叫做生鐵，但碳含量超過(guò)5%以上的鐵碳合金，因脆性太大而無(wú)使用價(jià)值。
二、工業(yè)純鐵和熟鐵
碳含量低于0.02%的鐵碳合金叫做工業(yè)純鐵。在目前的生產(chǎn)條件下，即使采用極純的爐料和最先進(jìn)的措施，通過(guò)冶金方法獲得純鐵的純度只能達(dá)到99.9%（如極軟鋼、阿姆克鐵、瑞典鐵等）。通過(guò)實(shí)驗(yàn)或采取化學(xué)方法提純，純鐵中鐵的含量最高也只能達(dá)到99.99%。通常，民間所謂的熟鐵實(shí)際上是碳含量將近0.1%并含有大量夾雜的鐵碳合金。
三、合金元素
鋼并不是簡(jiǎn)單的鐵碳二元合金，而是以鐵碳為主要元素的多元合金。合金元素的存在對(duì)某些鋼有時(shí)起到有益的作用，但有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生不利的影響。以合金化為目的而使用的合金元素在鋼中的作用，歸納于表1—1。
四、鋼的分類
      1、按化學(xué)成分分類
按是否有目的地加入合金元素可分為碳素鋼和合金鋼兩類。
按含碳量不同又把鋼分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼三類，一般將碳含量小于0.25%的稱為低碳鋼，大于0.60%稱為高碳鋼，而碳含量位于0.25%~0.60%之間的稱為中碳鋼。
按鋼中合金元素總含量的多少分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。一般合金元素總含量小于3%的為普遍低合金鋼，合金元素總量為3%~5%之間的為低合金鋼，大于10%的叫做高合金鋼，而合金元素總含量位于3%~10%之間的叫做中合金鋼。
按鋼中所含的主要合金元素不同可分為錳鋼、硅鋼、硼鋼、鉻鎳鋼、鉻錳硅鋼等。
2、按冶煉方法和質(zhì)量水平分類
按煉鋼爐設(shè)備不同分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼。其中電爐鋼包括電弧爐鋼、感應(yīng)爐鋼、電渣爐鋼、電子速熔煉鋼及有關(guān)的真空熔煉鋼等。
按選用爐襯的材質(zhì)不同，平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼均可分為酸性和堿性兩類。
按脫氧程度不同分為沸騰鋼（不經(jīng)脫氧或只經(jīng)微弱脫氧）、鎮(zhèn)靜鋼（脫氧充分）、半鎮(zhèn)靜鋼（脫氧不完全，介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間，由于脫氧不完全，在澆注中仍有微弱的沸騰，故稱為半鎮(zhèn)靜鋼）。此外，還有經(jīng)真空等處理的氧含量極低的特殊鎮(zhèn)靜鋼。
按質(zhì)量水平不同可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。普通鋼的S、P以及其它雜質(zhì)的含量較高，如一般S≤0.050%、P≤0.045%。優(yōu)質(zhì)鋼對(duì) S、P及其它雜質(zhì)含量均有較嚴(yán)格的限制，一般 S≤0.040%、P≤0.035%，對(duì)于優(yōu)質(zhì)合金鋼則要求更嚴(yán)些。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼除對(duì)S、P等雜質(zhì)含量有非常嚴(yán)格的限制外，還對(duì)力學(xué)性能、低倍和高倍組織更有相應(yīng)的嚴(yán)格要求。
表1—1  合金元素在鋼中的作用
元素
作       用
Mn
1、在低含量范圍內(nèi)，對(duì)鋼具有很大的強(qiáng)化作用，提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性
2、降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性
3、稍稍改善鋼的低溫韌性
4、在高含量范圍內(nèi)，作為主要的奧氏體化元素
Si
1、強(qiáng)化鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度和硬度
2、降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性
3、提高鋼的氧化性腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性，提高鋼的耐熱性
4、磁鋼中的主要合金元素（含量在0.40%范圍內(nèi)時(shí)，改善熱裂傾向，含量高時(shí)，易形成柱狀晶，增加熱裂傾向。）
Cr
1、在低合金范圍內(nèi)，對(duì)鋼具有很大的強(qiáng)化作用，提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性
2、降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性
3、提高鋼的耐熱性
4、在高合金范圍內(nèi)，使鋼具有對(duì)強(qiáng)氧化性酸類等腐蝕介質(zhì)的耐腐蝕能力
Mo
1、  強(qiáng)化鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度和硬度
2、  降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性
3、  提高鋼的耐熱性和高溫強(qiáng)度
Ni
1、  提高鋼的強(qiáng)度，而不降低其塑性，改善鋼的低溫韌性
2、  降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性
3、  擴(kuò)大奧氏體區(qū)，是奧氏體化的有效元素
4、  本身具有一定耐蝕性，對(duì)一些還原性酸類有良好的耐蝕能力
Al
1、  煉鋼中起良好的脫氧作用
2、  細(xì)化鋼的晶粒，提高鋼的強(qiáng)度
3、提高鋼的抗氧化性能，提高不銹鋼對(duì)強(qiáng)氧化性酸類的耐蝕能力
RE
1、煉鋼中起脫硫、去氣、凈化鋼液作用
2、細(xì)化鋼的晶粒，改善鑄態(tài)組織

3、按金相組織分類
按鋼的奧氏體分解轉(zhuǎn)變方式不同可分為亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼。
按正火后的組織不同可分貝氏體鋼、珠光體鋼、馬氏體鋼及奧氏體鋼。
4、按加工和熱處理工藝分類
按加工成形的方式不同可分為壓力加工用鋼和切削加工用鋼等。
按熱處理工藝的不同可分為調(diào)質(zhì)鋼、低溫回火鋼、滲碳鋼、氰化鋼等。
5、按用途分類
（1）結(jié)構(gòu)鋼。目前生產(chǎn)最多，使用最廣的是結(jié)構(gòu)鋼。它包括碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造機(jī)器和結(jié)構(gòu)零件及建筑工程用的金屬結(jié)構(gòu)等。
（2）工具鋼。它包括碳素工具鋼和合金工具鋼及高速鋼。
（3）特殊性能鋼。就是具有特殊物理性能或力學(xué)性能的鋼，稱為特殊性能鋼。如軸承鋼、不銹鋼、彈簧鋼及其他磁性鋼或高溫合金鋼等。

第二節(jié) 煉鋼的任務(wù)和方法

一、煉鋼的任務(wù)
熔煉的主要原料是廢鋼和一部分生鐵。外購(gòu)進(jìn)來(lái)的廢鋼銹多，夾有泥砂及其他臟物，鋼中硫磷的含量也較高。煉鋼的任務(wù)就是要把上述條件的原料冶煉成氣體和夾雜含量低、成分合格、溫度符合要求的優(yōu)質(zhì)鋼液。具體說(shuō)來(lái)，煉鋼的基本任務(wù)是：
（1）熔化固體爐料（生鐵、廢鋼等）；
（2）使鋼水中的硅、錳、碳等元素達(dá)到規(guī)格成分；
（3）去除有害元素硫和磷，將它們的含量降到規(guī)定的限量以下；
（4）清除鋼水中的氣體和非金屬夾雜，使鋼水純凈；
（5）加入合金元素（熔煉合金鋼），使其符合要求；
（6）將鋼水過(guò)熱至一定溫度，保證澆注的需要；
（7）為了提高產(chǎn)量和降低成本，必須快速煉鋼；
（8）澆注成良好的鑄件。
二、煉鋼的方法
煉鋼的方法有很多，主要有轉(zhuǎn)爐煉鋼、平爐煉鋼、電弧爐煉鋼和感應(yīng)爐煉鋼等。
在鑄鋼車間上普遍應(yīng)用的電弧爐。電弧爐煉鋼對(duì)原材料要求較松，煉出的鋼水質(zhì)量較高，而且煉鋼周期適合于鑄鋼生產(chǎn)的特點(diǎn)，開(kāi)爐、停爐都比較方便，容易與造型、合箱等工序的進(jìn)度相協(xié)調(diào)，便于組織生產(chǎn)。另外，電爐煉鋼的設(shè)備比較簡(jiǎn)單，投資少，基建速度以及資金回收快。
近年來(lái)，感應(yīng)爐煉鋼逐漸發(fā)展。感應(yīng)爐煉鋼工藝比較簡(jiǎn)單，鋼水質(zhì)量也能得到保證。不少的工廠用感應(yīng)爐煉鋼來(lái)澆注小鑄件，特別是熔模精密鑄造車間，廣泛采用感應(yīng)電爐來(lái)熔煉鋼水。
在重型機(jī)器廠中，至今還使用平爐煉鋼，平爐的容量一般比電爐大，用平爐煉鋼能一次煉出大量的鋼水，適用于澆龐大而復(fù)雜的重型鑄件。但是，平爐煉鋼的周期長(zhǎng)，煉出一爐鋼的時(shí)間一般需要六小時(shí)以上。平爐結(jié)構(gòu)龐大而復(fù)雜，產(chǎn)量低，鋼水質(zhì)量不如電爐，因此它的發(fā)展受到很大的限制。在有些國(guó)家，已不再建新的平爐了。
近幾十年來(lái)，煉鋼工業(yè)中廣泛應(yīng)用純氧頂吹轉(zhuǎn)爐來(lái)煉鋼，這種煉鋼方法速度快，生產(chǎn)率高，鋼水質(zhì)量也得到保證，這種爐子較適用于鋼錠生產(chǎn)。
隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，直流電弧爐、真空感應(yīng)電爐以及爐外精煉設(shè)備的新的煉鋼方法不斷出現(xiàn)，熔煉出來(lái)的鋼水質(zhì)量大大提高，鑄件質(zhì)量大為改善。

第三節(jié) 影響鑄鋼性能的一些因素

一、鋼中常見(jiàn)雜質(zhì)元素的影響
鋼中常見(jiàn)的雜質(zhì)元素有P、S、H、N、O等。這些元素在一般情況下對(duì)鋼的性能起有害作用，但其中有的元素在特定的條件下，也能起有益的作用，成為特意加入的合金元素。這幾種雜質(zhì)元素的來(lái)源及其在鋼中的作用見(jiàn)表1—2。
表1—2 鋼中常見(jiàn)雜質(zhì)元素及其作用
元素
來(lái) 源
作          用
P
煉鋼過(guò)程中
從爐料引入
磷微溶于鋼中，當(dāng)鋼中含磷量，形成Fe 2P在晶粒周界析出，降低鋼的塑性和韌性，增加冷、熱裂傾向。
S

煉鋼過(guò)程中
從爐料引入
1、硫在鋼中以FeS-Fe共晶體存在于鋼的晶粒周界，降低鋼的力學(xué)性能，優(yōu)制鋼含硫量一般應(yīng)限制在0.04%以下。
2、在機(jī)械制造中，有時(shí)為了改善某些鋼的切削加工性能，人為將含硫量提高，以形成硫化物，起中斷基體連續(xù)性的作用。
3、硫含量的提高，增加鑄件熱裂傾向。
H
煉鋼過(guò)程中鋼液從爐氣中吸收氫
鋼液中氫的溶解度隨溫度升高而提高，在緩慢凝固條件下，氫以針孔形態(tài)析出。快速凝固時(shí)，析出氫在鐵的晶格內(nèi)造成高應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致脆性。
N
煉鋼過(guò)程中鋼液從爐氣中吸收氮
1、鋼液中溶解的氮在凝固過(guò)程中因溶解度降低而析出，并與鋼中的Si、Al、Zr等元素化合，生成SiN、AlN 、ZrN等氮化物。少量氮化物能細(xì)化鋼的晶粒。氮休物多時(shí)，會(huì)使鋼的塑性和韌性降低。
2、氮屬于擴(kuò)大奧氏體區(qū)元素，在鋼中可部分代替鎳的作用，是鉻錳氮不銹鋼中的合金元素，，在超低碳不銹鋼中，可代替碳的作用，提高鋼的強(qiáng)度。
O
煉鋼過(guò)程中
鋼液被氧化
1、鋼液中溶解的FeO 在凝固前溫度降低過(guò)程中與鋼液中的碳起反應(yīng)，生成一氧化碳?xì)馀荩阼T件中造成氣孔。
2、鋼液凝固過(guò)程中，F(xiàn)eO因溶解度下降而析出在鋼的晶粒周界處，降低鋼的性能。

二、鋼中非金屬夾雜物的影響
鋼中的非金屬夾雜物包括氧化物、硫化物、硫氧化合物、硅酸鹽化合物及氮化物等。這些夾雜物的來(lái)源有外來(lái)的和自生的兩類。外來(lái)的夾雜物包括在煉鋼過(guò)程中從爐料夾帶的不潔物，爐襯因經(jīng)常受侵蝕而脫落的耐火材料等。自生的夾雜物是在煉鋼過(guò)程中及鋼液澆注過(guò)程中，由于鋼液中元素氧化或發(fā)生其它化學(xué)反應(yīng)而生成的。夾雜物對(duì)鋼的力學(xué)性能有害，特別是對(duì)韌性的削弱作用較大。為減輕夾雜物的有害作用，可采取兩種途徑：
（1）清除夾雜物
如在煉鋼氧化期中，使鋼液良好地沸騰，藉以有效地清除夾雜物，并在出鋼后澆注前使用鋼液在鋼包中鎮(zhèn)靜一段時(shí)間（5~10min），使夾雜物自鋼液中上浮。采用爐外吹氬精煉，或?qū)撘哼^(guò)濾，都能有效地清除鋼液中的夾雜物。
（2）改善夾雜物形態(tài)
夾雜物對(duì)鋼削弱作用的程度依其形狀及分布狀況而定：帶尖角的多角形夾雜物在鋼中造成大的應(yīng)力集中，在外力作用下易形成裂紋源，而顆粒狀和球狀?yuàn)A雜則危害較小；條狀?yuàn)A雜物沿晶粒周界以網(wǎng)狀或斷續(xù)網(wǎng)狀分布時(shí)，對(duì)鋼的割裂作用較大，而呈島狀弧立分布的夾雜物的割裂作用較小。
如采用稀土合金對(duì)鋼液進(jìn)行處理，以使多角形氧化物和條狀硫化物為球狀的稀土硫氧化合物，就能降低夾雜物對(duì)鋼的削弱作用。
三、夾雜物含量在電爐鋼生產(chǎn)過(guò)程中的變化
1、爐料全熔化，夾雜物的含量較高。
2、氧化期，夾雜物的含量總趨勢(shì)下降。
3、還原期，加入預(yù)脫氧劑和合金，雜質(zhì)含量升高，后慢慢降低。
4、鎮(zhèn)靜：夾雜物上浮。
5、吹氬：氧化物、硫化物雜質(zhì)含量降低，但氮化物幾乎不變。
6、澆注：由于二次氧化，鋼水對(duì)澆注系統(tǒng)的沖刷，氧的析出并與其它元素發(fā)生反應(yīng)，夾雜物含量上升。
   7、凝固：溫度下降，顯微偏析，枝晶的液體富集的溶質(zhì)元素易發(fā)生一系列反應(yīng)，形成氧化物、硫化物。

作者: zhongtianbin 時(shí)間: 2009-4-23 20:13
講得很詳細(xì)！

作者: wangyi2003cn 時(shí)間: 2009-4-23 22:09
講得很詳細(xì)

作者: 路園山 時(shí)間: 2013-2-3 20:53
支持一下，。。。。。。。。。

作者: haidongyi 時(shí)間: 2013-2-18 13:03
支持一下，。。。。。。。。。

作者: haidongyi 時(shí)間: 2013-2-18 13:14
有個(gè)人在醫(yī)院輸液，輸著輸著就開(kāi)始狂笑。別人問(wèn)他笑什么。他說(shuō)：“我笑點(diǎn)滴……

作者: 濫調(diào)絕世 時(shí)間: 2013-4-8 11:40
了解一下

作者: xisuiji 時(shí)間: 2013-4-8 11:46
俺是細(xì)碎機(jī)廠家，學(xué)習(xí)了！

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