建材治金業(yè)冶金質(zhì)量分析.ppt

1、冶金質(zhì)量分析,楠頂,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,第一章 緒論,冶金的基本概念 冶金是一門研究如何經(jīng)濟的從礦石或其他原料中提取金屬或金屬化合物，并用各種加工方法制成具有一定性能的金屬材料的科學 冶金的分類 1.按方法：火法冶金、濕法冶金 2.按元素：鋼鐵冶金、有色冶金,二、冶金質(zhì)量分析及評價 冶金質(zhì)量實際上是冶金質(zhì)量和性能質(zhì)量的綜合反應(yīng)。 鋼材質(zhì)量的分析往往是通過采用常規(guī)的及現(xiàn)代的手段、方法，測定各種性能(力學性能、理化性能、工藝性能和使用性能)來反映鋼的質(zhì)量。而任何金屬材料的性能都是其成分工 因此，掌握冶煉質(zhì)量評價指標乃是正確選擇冶煉工藝路線、

2、判定合理的工藝過徑以及保證鋼材性能的必要條件。而冶煉質(zhì)量可以用成分控制范圍、純潔度及鑄態(tài)組織作為評價指標。 一種質(zhì)量合格的冶金產(chǎn)品，成分應(yīng)控制在最佳范圍，純潔度要高，鑄態(tài)組織要求均勻、致密。持別是成分要控制準確、穩(wěn)定和均勻。不但要縮小成分波動范圍，還要控制微量元素含量，即在成分合格范圍內(nèi)，通過微調(diào)來控制質(zhì)量。,三、冶金質(zhì)量分析的意義 為改進操作工藝提供依據(jù) 提高成材率和節(jié)約金屬材料 提高鋼材使用的安全可靠性 降低產(chǎn)品成本，提高經(jīng)濟效益,第二章 冶金質(zhì)量綜合分析,2.1 鋼的質(zhì)量標準及評價指標 一、鋼的質(zhì)量標準體系 技術(shù)標準是具有一定權(quán)威的組織對重復(fù)事物和概念所做的統(tǒng)一規(guī)定。它以科學、技術(shù)和實驗

3、經(jīng)驗的綜合成果為基礎(chǔ)，經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商一致，出主管機構(gòu)批準，以特定形式發(fā)布，作為共同遵守的技術(shù)準則和依據(jù)。對于鋼材質(zhì)量標準，各國都有本國的國家標準、部門或協(xié)會標準。如日本的“JIS”標準，前蘇聯(lián)的“TOCT”標準，美國的“ASTM”標準，英國的“BS”標準，以及我國的GB標準(國家標準)，YB標準(冶金部頒標準)等。,隨著生產(chǎn)、貿(mào)易和技術(shù)交流的發(fā)展，要求在國際上廣泛統(tǒng)一標準體系，為此，國際標準化組織在1987年發(fā)布了IS09000系列標準，該系列標準由IS09000(質(zhì)量管理和質(zhì)量保證標準選用指南)、ISO9001(質(zhì)量體系一設(shè)計、研制、安裝和服務(wù)的質(zhì)量保證模式)、ISO9002(質(zhì)量體系制造和

4、安裝的質(zhì)量保證模式)、ISO9003(質(zhì)量體系最終檢驗和試驗質(zhì)量保證模式)和ISO9004(質(zhì)量管理和質(zhì)量變素指南)等構(gòu)成了質(zhì)量管理和質(zhì)量保證的國際標準系列，很快得到一些國家的響應(yīng)。,根據(jù)我國標準文獻的最新分類方法冶金類標準包括：冶金綜合、化學分析方法、理化性能試驗方法、原料與輔助材料、鋼鐵產(chǎn)品、有色金屬產(chǎn)品、粉末冶金、半導(dǎo)體材料及冶金設(shè)備等九個方面的內(nèi)容。其中鋼材質(zhì)量標準為冶金類標準的重要組成部分。歸納起來，鋼質(zhì)量標準體系內(nèi)的標準主要有以下三個方面：1.綜合基礎(chǔ)標準；2.鋼鐵產(chǎn)品標準；3.測試方法標準,二、鋼的質(zhì)量指標內(nèi)容 (一)性能質(zhì)量指標 鋼材性能質(zhì)量指標的主要內(nèi)容是指對鋼材的力學性能、

5、工藝性能和物理化學性能的要求。其中最通常的是力學性能，如強度、塑性和韌性、硬度等，有時還要求疲勞等特殊性能。這些性能可以由拉伸試驗、沖擊試驗、硬度試驗以及相應(yīng)的特殊性能試驗測定出來。,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,(二)冶煉質(zhì)量指標 鋼材的性能主要取決于其化學成分及組織結(jié)構(gòu)，因此，在鋼的質(zhì)量標準中都規(guī)定了化學成分范圍，有時還提出了對組織結(jié)構(gòu)方面的要求。例如品粒度、夾雜物形態(tài)及分布、鋼材內(nèi)部缺陷等。,2.2 鋼質(zhì)量檢驗 檢驗的目的： 一方面是為了儉驗成品鋼材的質(zhì)量是否符合有關(guān)標準。 另一方面是通過觀察和鑒定各種缺陷的分布和性質(zhì)，以便分析研究產(chǎn)生缺陷

6、的原因和各種工藝因素對鋼質(zhì)量的影響，從而為改進工藝質(zhì)量和各種試驗研究提供數(shù)據(jù)。,一、表面質(zhì)量檢驗 表面質(zhì)量檢驗包括對表面缺陷和外觀形狀、尺寸缺陷的檢驗。鋼在撓注、鍛軋、加熱等過程中，由于處理不當，可能產(chǎn)生各種表面缺陷。最常見的鋼材表面缺陷有：結(jié)疤、劃痕、折迭、表面裂紋、氧化鐵皮和外觀形狀、尺寸公差缺陷等。 (1)結(jié)疤 結(jié)疤是鋼材表面呈舌頭狀、指甲狀或魚鱗狀的薄片。鋼板上的結(jié)疤又叫重皮。有些結(jié)疤的一端是翹起的，翹起的結(jié)疤又叫翻皮。 (2)劃痕 劃痕是由于軋制設(shè)備的某些零件與所軋工作摩擦而產(chǎn)生的表面缺陷一般里連續(xù)狀分布或斷續(xù)狀分布。 (3)折迭 折迭通常是指材料在前一道銀、軋中所產(chǎn)生的突出尖角或耳

7、子，在隨后的鍛、軋時壓入金屬本體面形成的缺陷。 (4)表面裂紋 是指材料表面的開裂，其類型和名稱很多，最常見的是裂縫和發(fā)紋等。裂縫一般為與加工方向一致的直線，形成Y形的尖底開裂；發(fā)紋為分散或成簇分布的頭發(fā)狀細裂紋。裂縫和發(fā)紋的主要區(qū)別是長短、粗細和深淺不同。 (5)氧化鐵皮 是鋼材在加熱、軋制和冷卻過程中其表面生成的金同氧化物。 ( 6)表面形狀、尺寸缺陷 王要包括橢圓度、彎曲度、波浪度、瓢曲皮等方面的檢驗。,二、成分分析 成分分析是對提供的試樣(包括爐中取樣相成品鋼)進行指定化學元素的分析?，F(xiàn)行成分分析方法有化學分析和儀器分析兩大類，鋼的成分分析是質(zhì)量檢驗中的一項重要內(nèi)容。 (一)化學分析法

8、 適用于鋼材、原材料成分的化學分析的主要方法有重量分析法、容量分析法、吸光光度法、氣化法和電量分析法等。各種分析方法有其自身的特點，如果選擇得當，可取得事半功倍的效果。例如，對碳、硫等元素分析可采用氣化法進行分析，對低含量元素進行分析，采 用吸光光度法比采用其他方法可靠性更高。 一般對鋼材進行化學分析，均需從被測鋼料或制件上鉆取一定數(shù)量的試驗樣品分析。,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,(二) 儀器分析 所謂儀器分析，是利用物理方法依據(jù)試樣被測成分的原子、離子或其化合物的物理性質(zhì)，進行分離測定，并將所得之值與用同樣方法對巳知含量的標準物質(zhì)(印標準試樣

9、)測得之值進行比較，求其在試樣中的含量。儀器分析可按物理信息及其分離測定法的不同進行分類?，F(xiàn)適用于鋼鐵、爐渣及其原材料的常規(guī)分析方法有看譜分析、光電直讀光譜、發(fā)射光譜及原子吸收光譜分析法等。此外，近年來用于冶金成分分析的儀器及方法有：紅外光譜、色譜、x射線熒光光譜、電子探針、離子探針及等離子光譜(ICP)等分析方法，它們現(xiàn)主要是進行標準、試驗研究及成品等分析。這些儀器可與電子計算機結(jié)合使用，其分析精度大幅度提高，分析時間大幅度縮短，并能作微區(qū)分析。,三、組織檢驗 鋼材的組織和缺陷可以通過組織檢驗方法來觀察識別和評定。鋼材的組織檢驗可分為宏觀組織檢驗和微觀組織檢驗兩種，后者又稱顯微組織檢驗。 (

10、一)宏觀組織檢驗 宏觀組織檢驗是用肉眼或低倍放大鏡及實體顯微鏡檢查縱、橫斷面及斷口，以評定鋼材宏觀組織和缺陷。常用的方法有低倍(酸浸)試驗、斷口試驗、塔形試驗和硫印試驗等。,（二)顯微組織檢驗 顯微組織檢驗亦稱高倍檢驗，是用金相顯微鏡來觀察、分析鋼的微觀組織狀態(tài)和缺陷的檢驗方法。檢驗前，需經(jīng)過取樣、預(yù)磨、拋光和腐蝕等過程制成試樣，然后在502000倍的金相顯微鏡上觀察。按一般檢驗采用100500倍的放大倍數(shù)進行評定。顯微組織檢驗項目很多，主要有晶粒度、非金屬夾雜物、脫碳層深度和顯微組織及缺陷等內(nèi)容。,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,1.奧氏體晶粒度

11、 奧氏體晶粒大小對鋼的性能有顯著影響。細小的奧氏體晶粒由于有較長的晶界，促進了奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變從而降低了鋼的淬透性。奧氏體晶粒大小對鋼材沖擊韌性影響也很大因此要求優(yōu)良可焊性的造船鋼板、在高溫高壓下使用的鍋爐鋼管、經(jīng)熱處理后使用的機械結(jié)構(gòu)鋼、需進行大變形拉拔加工的中碳鋼構(gòu)件等，均需對奧氏體晶粒度進行檢驗。 此外，鑒于鋼的深沖件、磁性和低溫脆性等與鐵索體晶粒度有密切關(guān)系，故對碳的質(zhì)量分數(shù)在o2以下的薄板、電工鋼板和造船用鋼等一般要進行鐵索體晶粒度的檢驗，方法與上述奧氏體晶檢度的測定方法相同。鋼中晶粒度的檢驗按GB639486或有關(guān)技術(shù)標準的規(guī)定來測定鋼中的實際晶粒度和奧氏體本質(zhì)晶粒度。,2非金

12、屬夾雜物鑒定 非金屬夾雜物的研究，對提高鋼質(zhì)量具有極大的意義及鋼制舉件的受用有密切的關(guān)系。在金屬中，即使僅含有少量的非金屬夾雜物，對性能也有明顯的影響。當大雜物順著零件方向拖延成鏈條狀小顆粒分布，或沿晶界分布時，對金屬力學性能的影響就更為嚴重，常常因應(yīng)力集中導(dǎo)致突然斷裂。夾雜物的存在將降低金屬的塑性和沖擊韌性。在鋼材冶煉過程中，若不很好地防止夾雜物的產(chǎn)生，往往會導(dǎo)致鋼材的報廢，給生產(chǎn)帶來損失。 夾雜物的評級可按YB2577及相應(yīng)標準的規(guī)定進行，該標準分脆性夾雜物分散分布、脆性夾雜物集中分布以及塑性夾雜物集中分布和分散分布四套評級圖。有的也采用國際標準評級。 弄清夾親物的本質(zhì)，可以對冶煉丁藝提出

13、改進意見從而改進和控制冶煉過程中的某此工藝改善鋼的質(zhì)量。因此，鋼中夾雜物的鑒定工作。直接關(guān)系著鋼質(zhì)量的好壞，在鋼鐵研充領(lǐng)域中是較為重要的工作之一。,舉例：電渣重熔錠加工成厚40mm的板材后，經(jīng)超聲探傷發(fā)現(xiàn)音分層問題。在分層處沿厚度方向取樣進行金相觀察，發(fā)現(xiàn)分層為沿軋向的一條粗大夾雜物。其夾層的平均厚度約0.06mm；從夾層刮取的粉末進行化學分析，其組成物的質(zhì)量分數(shù)為：Si0211.0、A1203386、FeO2.4、MgO1. 5，但這四種夾雜物組成含量只有535，顯然還有其他成分。當將此粉末進行X射線衍射分析時，其結(jié)果有CaF2。于是再將粉末進行化學分析，得出CaF2 占總量的448。這時五

14、個組成加起來為983接近于全量。出此確定此分層的夾雜物來自重熔中的渣相。,3.脫碳層測量 鋼加熱時，表層碳分比內(nèi)層降低的現(xiàn)象謂之脫碳.凡降低了碳量的表面層叫脫碳層。 在大多數(shù)的鋼材中、持別是對工具鋼、滾珠鋼、高速鋼及彈簧鋼來說，脫碳被視為鋼材的一種缺陷。由予鋼材表面脫碳層未消除干凈使工具鋼、滾珠鋼表面硬度相耐磨性降低淬火時由干里外層體積變化不同經(jīng)常使得工件表面形成裂紋。對高速鋼而言，脫碳還降低了鋼材的紅硬度和回火穩(wěn)定性；對彈簧鋼而言，脫碳則降低了鋼材的抗疲勞性能，所以必須將脫碳控制在標準范圍內(nèi)。脫碳是金相檢驗的項目之一，隨著鋼種以及尺寸的不同，容許脫碳層的深度也有所不同。鋼的氧化與脫碳決定于鋼

15、的化學成分、加熱溫度、加熱時間及加熱爐的氣氛等。,4 其他缺陷組織的檢驗 鋼中的缺陷組織除上述以外還有網(wǎng)狀碳化物、碳化物液析、碳化物帶狀、碳化物球化不良、帶狀組織、奧氏體中。相及魏氏體組織、游離滲碳休等。,2.3 鋼的質(zhì)量分析方法 一般步驟： 1.問題的提出 2.實驗和分析方法 3.實驗結(jié)果和分析討論 4.結(jié)論及控制方法,第三章 常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制,3.1 煉鋼的發(fā)展歷程 鋼與生鐵的區(qū)別： 首先是碳的含量，理論上一般把碳含量小于2.11%稱之鋼，它的熔點在1450-1500，而生鐵的熔點在1100-1200。 在鋼中碳元素和鐵元素形成Fe3C固熔體，隨著碳含量的增加，其強度、硬度增加，而塑性

16、和沖擊韌性降低。,鋼的應(yīng)用前景,鋼具有很好的物理化學性能與力學性能，可進行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，其用途十分廣泛； 用途不同對鋼的性能要求也不同，從而對鋼的生產(chǎn)也提出了不同的要求。,石油、化工、航天航空、交通運輸、農(nóng)業(yè)、國防等許多重要的領(lǐng)域均需要各種類型的大量鋼材，我們的日常生活更離不開鋼。 總之，鋼材仍將是21世紀用途最廣的結(jié)構(gòu)材料和最主要功能材料。,煉 鋼 方 法（1）,最早出現(xiàn)的煉鋼方法是1740年出現(xiàn)的坩堝法，它是將生鐵和廢鐵裝入由石墨和粘土制成的坩堝內(nèi)，用火焰加熱熔化爐料，之后將熔化的爐料澆成鋼錠。此法幾乎無雜質(zhì)元素的氧化反應(yīng)。,煉 鋼 方 法（2）,1856年英國人亨利貝塞麥發(fā)

17、明了酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，也稱為貝塞麥法，第一次解決了用鐵水直接冶煉鋼水的難題，從而使煉鋼的質(zhì)量得到提高，但此法要求鐵水的硅含量大于0.8%，而且不能脫硫。目前已淘汰。,煉 鋼 方 法（3）,1865年德國人馬丁利用蓄熱室原理發(fā)明了以鐵水、廢鋼為原料的酸性平爐煉鋼法，即馬丁爐法。1880年出現(xiàn)了第一座堿性平爐。由于其成本低、爐容大，鋼水質(zhì)量優(yōu)于轉(zhuǎn)爐，同時原料的適應(yīng)性強，平爐煉鋼法仍一時成為的主要的煉鋼法。,煉 鋼 方 法（4）,1878年英國人托馬斯發(fā)明了堿性爐襯的底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即托馬斯法。他是在吹煉過程中加石灰造堿性渣，從而解決了高磷鐵水的脫磷問題。當時，對西歐的一些國家特別適用，因為西

18、歐的礦石普遍磷含量高。但托馬斯法的缺點是爐子壽命底，鋼水中氮的含量高。,煉 鋼 方 法（5）,1899年出現(xiàn)了完全依靠廢鋼為原料的電弧爐煉鋼法(EAF)，解決了充分利用廢鋼煉鋼的問題，此煉鋼法自問世以來，一直在不斷發(fā)展，是當前主要的煉鋼法之一，由電爐冶煉的鋼目前占世界總的鋼的產(chǎn)量的30-40%。,煉 鋼 方 法（6）,瑞典人羅伯特杜勒首先進行了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的試驗，并獲得了成功。1952年奧地利的林茨城(Linz)和多納維茲城(Donawitz)先后建成了30噸的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐車間并投入生產(chǎn)，所以此法也稱為LD法。美國稱為BOF法（Basic Oxygen Furnace）或BOP法。,LD/

19、 BOF/ BOP,煉 鋼 方 法（7）,1965年加拿大液化氣公司研制成雙層管氧氣噴嘴，1967年西德馬克西米利安鋼鐵公司引進此技術(shù)并成功開發(fā)了底吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即OBM法(Oxygen Bottom Maxhuette) 。1971年美國鋼鐵公司引進OBM法，1972年建設(shè)了3座200噸底吹轉(zhuǎn)爐，命名為Q-BOP (Quiet BOP)。,OBM/ Q-BOP,煉 鋼 方 法（8）,在頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展的同時，1978-1979年成功開發(fā)了轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉工藝，即從轉(zhuǎn)爐上方供給氧氣（頂吹氧），從轉(zhuǎn)爐底部供給惰性氣體或氧氣，它不僅提高鋼的質(zhì)量，降低了消耗和噸鋼成本，更適合供給連鑄優(yōu)質(zhì)鋼水。

20、,LD- Q- BOP,煉 鋼 方 法（9）,我國首先在1972-1973年在沈陽第一煉鋼廠成功開發(fā)了全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。并在唐鋼等企業(yè)推廣應(yīng)用。,總之，煉鋼技術(shù)經(jīng)過200多年的發(fā)展，技術(shù)水平、自動化程度得到了很大的提高，21世紀煉鋼技術(shù)會面臨更大的挑戰(zhàn)，相信會有不斷的新技術(shù)涌現(xiàn)。,1.2 我國鋼鐵工業(yè)的狀況,我國很早就掌握了煉鐵的冶煉技術(shù)，東漢時就出現(xiàn)了冶煉和鍛造技術(shù)，南北朝時期就掌握了灌鋼法，曾在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。 但舊中國鋼鐵工業(yè)非常落后，產(chǎn)量很低，從1890年建設(shè)的漢陽鋼鐵廠至1948年的半個世紀中，鋼產(chǎn)量累計到200萬噸，1949年只有15.8萬噸。,新中國成立后，特別是改革

21、開放以來，我國的鋼鐵事業(yè)得到迅速發(fā)展，1980年鋼產(chǎn)量達到3712萬噸，1990年達到6500萬噸，1996年首次突破1億噸大關(guān)，成為世界第一產(chǎn)鋼大國，2005年產(chǎn)量達到3.4億噸，占世界產(chǎn)量的1/3。 可以這樣講，我國的鋼鐵工業(yè)對世界產(chǎn)生了重要影響，我國不僅是產(chǎn)鋼大國，而且已經(jīng)開始邁入鋼鐵強國的行列。,我國粗鋼產(chǎn)量的變化情況,3.2 煉鋼的基本任務(wù)及原料 一、煉鋼的基本任務(wù) 1)降低C到規(guī)定的范圍。 2)除去雜質(zhì)(Si、Mn、S、P等) 3)添加合金元素進行合金化。,煉鋼的基本任務(wù)是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，去除有害氣體和非金屬夾雜物，提高溫度和調(diào)整成分。 歸納為：“四脫”（碳、氧、磷和硫），

22、“二去”（去氣和去夾雜），“二調(diào)整”（成分和溫度）。采用的主要技術(shù)手段為：供氧，造渣，升溫，加脫氧劑和合金化操作。,二、煉鋼原料及質(zhì)量要求 煉鋼原料有金屬原料和非金屬原料兩大類。金屬原料包括生鐵、廢鋼、合金材料；非金屬原料包括氧化劑和造渣材料等。 1生鐵 煉鋼生鐵的化學成分是否穩(wěn)定，對于煉鋼操作和產(chǎn)品質(zhì)量有較大影響。一殷除要求煉鋼生鐵中碳的質(zhì)量分數(shù)在4.0左右外，對于生鐵中其他元素的質(zhì)量分數(shù)也作了規(guī)定，不同煉鋼法亦有不同的要求。如平爐對Mn不作規(guī)定，但要求Si0.85，S(1級) 0.03，P(1級)0.15；而氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐法要求Mn(1級) 0.6，S 0.8，其s、P與平爐法相同。,2廢鋼

23、 廢鋼的物理狀態(tài)和化學成分是報復(fù)雜的，為了保證煉鋼的技術(shù)、經(jīng)濟指標和鋼的質(zhì)量，對煉鋼所用的廢鋼必須嚴格分類和合理使用。 廢鋼的來源有兩個方面，一種是煉鋼廠本廠的廢鋼，其中包括煉鋼車間的廢鋼錠、繞道、中注管、注余和包底等以及軋鋼車間的廢品、切頭、切尾、切邊等。這類廢鋼易于分類，質(zhì)量好，成分清楚。另一種是外來廢鋼，包括金屬加工的切屑、邊角余斜、殘次品及使用后報廢的鋼鐵制品等，這類廢鋼來源廣泛，成分復(fù)雜，質(zhì)量不易掌握。,3合金材科 目前世界上對上述合金材料尚無統(tǒng)一標準，但對煉鋼所使用的臺金材料的基本要求是一致的，即要求合金材料含量高，熔煉低碳鋼時希望碳的質(zhì)量分數(shù)低；含有害雜質(zhì)少，不應(yīng)有夾渣和其他非金

24、屬夾雜物；具有一定塊度。,(二)非金屬原料及質(zhì)量要求 為了造渣，煉鋼過程中使用非金屬原料，并根據(jù)爐內(nèi)熔池中的情況隨時調(diào)整爐渣成分，以便有效地去除金屬原料中的雜質(zhì)元素。煉鋼常用的非金屬原料主要有以下幾種。 1石灰 石灰是由石灰石經(jīng)8001000 焙煉而成，它是堿性煉鋼爐渣中Ca0的主要來源。一般要求石灰有如下成分(質(zhì)量分數(shù))：Cao8085，Si024.5%，Mg04.5，S0.20，其中末燒透的石灰數(shù)量應(yīng)小于10。,2螢石 3鐵釩土 4粘土塊 5氧化劑 煉鋼主要表現(xiàn)為氧化過程。為了完成并加速煉鋼過程中的氧化精煉任務(wù)，煉鋼操作中必須使用各種氧化劑，經(jīng)常使用的氧化劑主要有以下幾種。 (1)鐵礦石;

25、 (2)氧化鐵皮氧; (3)錳礦; (4)氧氣,3.3 常規(guī)煉鋼法的分類及特點 一、煉鋼法分類,1. 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法的特點 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要外加熱源利燃料 精煉時間短 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法最大優(yōu)點之一是生產(chǎn)效率高 吹煉時煙塵大,2. 平爐煉鋼法的特點 對金屬原料的配比無限制 冶煉過程中爐氣始終具有氧化特性 熱效率低 爐膛容量大，一次可產(chǎn)鋼數(shù)百噸,3. 電爐爍鋼法的特點 （1）電弧爐煉鋼法的特點 利用電能為熱源，其本身清潔，無污染，而且能量易于調(diào)節(jié)，便于控制熔池溫度 同平爐、氧氣轉(zhuǎn)爐相比，電爐爐體密封性好，所以熱效率高，約為65以上。而且電弧區(qū)溫度大于3000，能熔化高熔點合金元素，可冶煉各種特

26、殊用途的鋼種。,電弧爐冶煉的獨持之處是有還原期，其爐內(nèi)氣氛可以根據(jù)冶煉需要來控制，不僅能形成氧化性氣氛，也能形成還原性氣氛，這是平爐和氧氣轉(zhuǎn)爐不能比擬的。因此，電爐具有去除磷、硫等雜質(zhì)的有利條件。在冶煉合金鋼時，其成分較易控制合金元素燒損少，脫氧完全，純凈度高。 電爐可以采用合金廢鋼返回冶煉，這對節(jié)約貴重元素，提高經(jīng)濟效益十分有利。 與平爐比較，電爐設(shè)備簡單，基建費用低，投產(chǎn)快，生產(chǎn)率高。還可以間歇生產(chǎn)。,(2)感應(yīng)爐煉鋼法的特點 1)由于電磁攪拌鋼液，改善了反應(yīng)的動力學條件，促使鋼液化學成分和溫度均勻比 2)感應(yīng)爐冶煉沒有其他設(shè)備中所存在的污染源，可獲得較純凈的鋼及合金。 3)冶煉過程中對功

27、率和溫度的調(diào)節(jié)簡單方便，即可快速升溫，又能準確控溫。 4)冶煉過程鋼液增碳少，合金化過程易于控制，使合金元素回收率高且穩(wěn)定。 5)感應(yīng)爐電、熱效率相生產(chǎn)率較高，設(shè)備占地面積小，勞動條件較好等。,第四章 煉鋼過程中氣體和夾雜物的冶金控制,4.1 鋼中氣體對鋼質(zhì)量的影響 一、氫、氮在鋼中的溶解規(guī)律 氫、氯在鋼液中的溶解反應(yīng)為吸熱過程隨著溫度升高，溶解度也增大 鋼液中其他洛質(zhì)元素對氣體的溶解度也有影響,二、鋼中氫的行為及去除 鋼中的氫主要來源于煉鋼原料、耐火材料和爐氣中的水分。 此外，鋼中含氫量與鋼的冶煉方法、鋼種成分也有關(guān)系。 氫對鋼質(zhì)量的影響：1降低鋼的塑性。2使鋼產(chǎn)生氫脆。3使鋼產(chǎn)生白點,鋼中

28、的白點 (1) 白點的特征,(2)白點的形成機理 目前對于白點的形成機理比較一致的觀點是：鋼小的白點是由鋼中氫和應(yīng)力共同作用而形成的一種裂紋。 (3)鋼中白點產(chǎn)生的條件 鋼個的氫含量是產(chǎn)生白點的重要條件，但并不是唯一的條件。對白點具有敏感性的鋼，氫含量增加，對白點的敏感性也增大。而對白點不敏感的鋼則氫含量再大也不產(chǎn)生白點。白點主要見于大中型鍛件或鋼件。這些鋼件的尺寸愈大，對白點的敏感性也愈大。,(4) 防止白點的措施 防止白點的根本方法是設(shè)法減少鋼中的氫含量，即在煉鋼過程中盡可能使用干燥原料和促進熔池沸騰以減少鋼液中氫含量，對冶煉后的鋼液進行真空處理也有明顯降低氫含量的效果。此外，對干鍛軋后的

29、鋼件也可利用氫在高溫區(qū)擴散能力強這個特點來減少固態(tài)鋼中的氫含量。通常使用的方法有擴散退火和鍛軋后的等溫退火等。,(三) 冶煉過程中的鋼液氫含量的變化及去除 根據(jù)冶煉不同階段鋼液的吸氫原因不同，采用的措施也不同。 1.降低熔化期鋼液氫含量的主要措施是：1)裝料前在坩鍋底部加入適量的渣料，這樣當坩鍋底部形成熔池的初期，鋼液就在渣層的覆蓋下與大氣隔離，從而減輕了鋼液自大氣中吸收的氫量。 2)選用氫含量較低的爐料，如爐料中有大量含氫較高的合金時，應(yīng)預(yù)先進行去氫退火處理，以減少其中的氫含量。 3)盡可能不在大氣濕度高的天氣冶煉對氫敏感的鋼種。,2.根據(jù)精煉與合金化過程鋼液氫含量的變化特點，為降低鋼液氫的

30、質(zhì)量分數(shù)可采取以下措施（1）選擇合適的護渣。在冶煉低氫鋼時，應(yīng)選用低堿度渣進行精煉。（2）對氫含量高的爐料、精煉使用的脫氧劑與渣料，應(yīng)充分烘烤，以減少由其帶入的水分。3)合理選擇精煉期時間和溫度。避免鋼液過熱和時間過長。 3.減少出鋼澆注過程鋼液氫含量的主要措施有以下幾點：1)使用干燥的耐火材料，新的出鋼槽與盛鋼筒應(yīng)進行充分地烘烤。2)采用鋼包吹氮脫氫工藝對鋼液進行處理。,三、鋼中氮的行為及去除 (一) 鋼中氮的來源 (二) 氮對鋼質(zhì)量的影響 氮對鋼材性能的不利影響主要是使低碳鋼的塑性降低，脆性增大，淬火時效、應(yīng)變時效傾向增大。 (三) 冶煉過程鋼中氮含量的變化及去除 低碳鋼的冶煉中，應(yīng)盡量采

31、用氧氣轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，另外，適當添加Al、v、Ti、Zr、Nb等與氮親合力強的強氮化物形成元素，形成高熔點的氮化物，減少鋼中原子態(tài)氮的存在，則可消除由氮引起的低碳鋼的各類時效脆化現(xiàn)象。 在冶煉合格較高的鋼與合金時，應(yīng)采用氮的質(zhì)量分數(shù)低的爐料，盡量減少熔化期爐料吸收的氮量和減少精煉期鋼液的吸氮量。,4.2 鋼中的非金屬夾雜物及控制 一、鋼中非金屬夾雜物的來源 1.外來非金屬夾雜物。2.內(nèi)生非金屬夾雜物 內(nèi)生非金屬夾雜物形成的時間可以分為四個階段：鋼液冶煉時形成的脫氧反應(yīng)產(chǎn)物稱為為一次夾雜；在出鋼和澆注過程中由于鋼液溫度下降，其內(nèi)部成分平衡移動時生成的稱為二次夾雜；在鋼液凝固過程中生成的稱為三次夾雜，鋼

32、凝固后的冷卻過程中由于發(fā)生相變使溶解度變化而析出的化合物稱為四次夾雜。研究證明，鋼中的大部分非金屬夾雜物是在鋼液冶煉和凝固階段生成的，即主要是一次相三次夾雜物。,二、鋼中非金屬夾雜物的類型 （一)按夾雜物成分特點分類 按夾雜物的成分特點可將夾雜物分為氧化物系、硫化物系和氮化物系三大類。 (二)夾雜物的形態(tài)及特性 1.塑性夾雜物 2脆性夾雜物 三、非金屬夾雜物對鋼性能的影響,四、鋼中非金屬夾雜物的去除和形態(tài)控制 (一) 夾雜物的去除 1夾雜物浮升去除 2渣洗去除夾雜物 (二) 鋼中非金屬夾雜物的控制 主要的方法是通過向鋼液中加入對氧、硫結(jié)合力較強的元素，改變原有夾雜物的組成并使其形成為比較理想的

33、夾雜物形態(tài)。 1氧化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制 2硫化物夾雜的調(diào)整與控制,4.3 鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制 一、鋼及合金中的金屬雜質(zhì)的行為 通常，鋼與合金中金屬雜質(zhì)元素是指：鉛、錫、鉸、銻、砷等。它們是典型的“內(nèi)吸附”元素。雖然它們在鋼及合金中的平均含量極微，但它們?nèi)菀自诰Ы缣幤?、其濃度為平均含量的幾倍甚至幾十倍，而且具有低熔點和氣體原子的特征，所以，會使晶界脆化，導(dǎo)致鋼及合金的熱強性、熱塑性以及其他性能下降。,二、微量金屬雜質(zhì)對鋼與合金性能的影響 (一)微量金屬雜質(zhì)對熱加工性能的影響 微量有害金屬雜質(zhì)(例如Pb、Sb)對鋼或臺金的熱加工性能的危害極大、其影響程度隨鋼與合金的化學成分的不同而異。,(二)微量有害元素對高溫力學性能的影響 微量有害元素對高溫力學性能的影響尤為顯著。Pb、sn、sb、Bi等微量有害元素即使在10-4是含量范圍內(nèi)，也會使鋼和合金的熱強性、蠕變強