煉鋼的基礎(chǔ)知識(shí)

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煉鋼的基礎(chǔ)知識(shí)

" A' ]* I0 c; _5 P, m1 W第一節(jié)    鋼及鋼的分類
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一,、鋼和生鐵
+ h- R! x# C" F0 R' ]2 _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5%以上的鐵碳合金，因脆性太大而無使用價(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。
8 ~7 ?, p5 L. a! Y+ ~  ^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,。
+ Z4 K: ^5 j- C3 V$ }2 H: Y5 W+ [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
: J) Q& O, O% K. H% ^* q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,。
; c8 Z, g+ R6 o8 U$ j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,。
+ U0 A8 H/ u8 Y  T1 @8 B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 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S,、P等雜質(zhì)含量有非常嚴(yán)格的限制外，還對力學(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
5 E& _3 E6 o% }作          用
Mn
1、在低含量范圍內(nèi),，對鋼具有很大的強(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
- P% n2 E, c+ ~5 \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 o- i& s& L2 |* h6 U+ E  \( i3、提高鋼的氧化性腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性,，提高鋼的耐熱性
% U6 V6 a- k( M; _. {& u# A4,、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
1 v) Q/ i! k. w. |. G0 b9 b3,、提高鋼的耐熱性
) y4 C: T  ~" d, V4、在高合金范圍內(nèi),，使鋼具有對強(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
9 e: u* a8 G# Z. _9 }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
) i5 d8 i& s' K; ], Q; D1,、  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
& ?6 E7 |" F& h& h0 _+ ^9 T/ P4、  本身具有一定耐蝕性,，對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
8 q; U8 ?) k! {6 M. t7 B2 Y2、  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

) b; N6 x0 Q, E( x" b3,、按金相組織分類
7 g( v6 @7 T  V: x9 ~# p/ X1 R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
5 c( B& d$ f) {' w; J! W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,。
4 `- D! y8 P- K' Z! J5 W5、按用途分類
, S8 |  u1 b& i8 v（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,。
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" T- t( J( B& I2 S* F. |5 w2 [第二節(jié)   煉鋼的任務(wù)和方法
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一,、煉鋼的任務(wù)
# O8 ]1 h8 J7 |7 a熔煉的主要原料是廢鋼和一部分生鐵。外購進(jìn)來的廢鋼銹多,，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,。具體說來，煉鋼的基本任務(wù)是：
: g9 z4 b, z) {) A3 B& \, N（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；
+ R0 P6 ]" ?( @9 i6 A& k（5）加入合金元素（熔煉合金鋼）,，使其符合要求,；
（6）將鋼水過熱至一定溫度，保證澆注的需要,；
& F4 p. e: Y) r- U& X: ~# a（7）為了提高產(chǎn)量和降低成本,，必須快速煉鋼,；
' p$ s& [0 e1 A  o8 ?/ w2 Z$ f6 M# H（8）澆注成良好的鑄件,。
二,、煉鋼的方法
( X: S* w, B* J8 U. ?) q7 s+ C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。
3 _4 N: o% q* l0 V4 X4 w在鑄鋼車間上普遍應(yīng)用的電弧爐,。電弧爐煉鋼對原材料要求較松,，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)備比較簡單,，投資少,，基建速度以及資金回收快,。
' `  |" s! `" l* f" t: {8 F9 J近年來，感應(yīng)爐煉鋼逐漸發(fā)展,。感應(yīng)爐煉鋼工藝比較簡單,，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)電爐來熔煉鋼水,。
; ~, l7 v: u( F" S& |& r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，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,。在有些國家，已不再建新的平爐了,。
; J8 l* F1 f) R8 z* @近幾十年來,，煉鋼工業(yè)中廣泛應(yīng)用純氧頂吹轉(zhuǎn)爐來煉鋼，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),，熔煉出來的鋼水質(zhì)量大大提高,，鑄件質(zhì)量大為改善。
1 ]; F. E7 d) C* D$ S6 m
, A( K0 [/ I' ?% L. T第三節(jié)   影響鑄鋼性能的一些因素

一,、鋼中常見雜質(zhì)元素的影響
鋼中常見的雜質(zhì)元素有P,、S、H,、N,、O等。這些元素在一般情況下對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)元素的來源及其在鋼中的作用見表1—2,。
表1—2   鋼中常見雜質(zhì)元素及其作用
3 X4 D* B" G8 K' P元素
來    源
# _  ]7 W( i2 T& Q, |% w% A作            用
P
煉鋼過程中
從爐料引入
1 _. u+ l9 C, e# Y. g" P) V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,。
1 h0 G. Z( t; ?. qS

4 b5 S% R2 }: B" Q煉鋼過程中
& u/ d' M$ \% ?  x' ?! k$ S從爐料引入
7 i: h9 I5 O# e. B1,、 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。
( ?+ \( Y/ [6 T8 S% x4 S$ SN
煉鋼過程中鋼液從爐氣中吸收氮
& `( ?+ [/ y% b! G$ D) F: A1,、 鋼液中溶解的氮在凝固過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,。
5 D/ j, {1 h' c, i0 l2,、 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
煉鋼過程中
- L/ ^/ `* m0 C1 \( Y0 \# \鋼液被氧化
1,、 鋼液中溶解的FeO 在凝固前溫度降低過程中與鋼液中的碳起反應(yīng)，生成一氧化碳?xì)馀�,，在鑄件中造成氣孔,。
2、 鋼液凝固過程中,，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,。這些夾雜物的來源有外來的和自生的兩類。外來的夾雜物包括在煉鋼過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程中及鋼液澆注過程中，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,。夾雜物對鋼的力學(xué)性能有害,，特別是對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：
& {4 _, j5 E  {, {% G) P8 N（1）清除夾雜物
7 h6 C" M# D  v  S0 B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)�鋼液過濾,，都能有效地清除鋼液中的夾雜物。
1 |8 |/ r% K* M, C+ m, _2 d& r（2）改善夾雜物形態(tài)
( D  m" c' s' e8 g/ ^; z夾雜物對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�,。粭l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,，就能降低夾雜物對鋼的削弱作用。
* Y( N& s& H  \: i4 G) H! P5 o三,、夾雜物含量在電爐鋼生產(chǎn)過程中的變化
1,、爐料全熔化，夾雜物的含量較高,。
/ C3 o7 X5 G! l$ {2 a2,、氧化期，夾雜物的含量總趨勢下降,。
- D. m0 E& G5 }# w0 ~3 R3,、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,。
1 q( x! o& q" J

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有個(gè)人在醫(yī)院輸液，輸著輸著就開始狂笑,。別人問他笑什么,。他說：“我笑點(diǎn)滴……

濫調(diào)絕世

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xisuiji

俺是細(xì)碎機(jī)廠家，學(xué)習(xí)了,！