煉鋼學(xué)PPT(東北大學(xué))

1、冶金學(xué)第三講冶金學(xué)第三講：煉鋼學(xué)煉鋼學(xué)朱苗勇朱苗勇 教授教授東北大學(xué)鋼鐵冶金研究所東北大學(xué)鋼鐵冶金研究所內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要煉鋼學(xué)概述煉鋼學(xué)概述煉鋼的基礎(chǔ)理論煉鋼的基礎(chǔ)理論煉鋼原料煉鋼原料頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法底吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法底吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法鋼的連續(xù)澆鑄鋼的連續(xù)澆鑄第一章第一章 緒緒 論論 煉鋼的發(fā)展歷程煉鋼的發(fā)展歷程 我國鋼鐵工業(yè)的狀況我國鋼鐵工業(yè)的狀況 煉鋼的基本任務(wù)煉鋼的基本任務(wù) 鋼的分類鋼的分類 1.1 1.1 煉鋼的發(fā)展歷程煉鋼的發(fā)展歷程 鋼與生鐵鋼與生鐵的區(qū)別的區(qū)別： 首先是首先是碳的含量碳的含量，理論上一般把碳含量小于，理論

2、上一般把碳含量小于2.11%2.11%稱之稱之鋼鋼，它的熔點(diǎn)在，它的熔點(diǎn)在1450-15001450-1500，而，而生鐵生鐵的熔點(diǎn)在的熔點(diǎn)在1100-12001100-1200。 在鋼中碳元素和鐵元素形成在鋼中碳元素和鐵元素形成FeFe3 3C C固熔體固熔體，隨，隨著碳含量的增加，其強(qiáng)度、硬度增加，而塑性和著碳含量的增加，其強(qiáng)度、硬度增加，而塑性和沖擊韌性降低沖擊韌性降低。 鋼的應(yīng)用前景鋼的應(yīng)用前景 鋼具有很好的物理化學(xué)性能與力學(xué)性鋼具有很好的物理化學(xué)性能與力學(xué)性能，可進(jìn)行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，能，可進(jìn)行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，其用途十分廣泛；其用途十分廣泛； 用途不同對鋼的性能

3、要求也不同，從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。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(yùn)輸、石油、化工、航天航空、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)、國防等許多重要的領(lǐng)域均需要各農(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，我們的日常生活更種類型的大量鋼材，我們的日常生活更離不開鋼。離不開鋼。 總之，鋼材仍將是總之，鋼材仍將是2121世紀(jì)用途最世紀(jì)用途最廣的結(jié)構(gòu)材料和最主要功能材料。廣的結(jié)構(gòu)材料和最主要功能材料。煉煉 鋼鋼 方方 法（法（1）最早出現(xiàn)的煉鋼方法是最早出現(xiàn)的煉鋼方法是17401740年年出現(xiàn)的出現(xiàn)的坩坩堝法堝法，它是將生鐵和廢鐵裝入由石墨和，

4、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。料，之后將熔化的爐料澆成鋼錠。此法此法幾乎無雜質(zhì)元素的氧化反應(yīng)幾乎無雜質(zhì)元素的氧化反應(yīng)。 煉煉 鋼鋼 方方 法（法（2）18561856年年英國人英國人亨利亨利貝塞麥貝塞麥發(fā)明了酸性發(fā)明了酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，也稱為空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，也稱為貝塞麥法貝塞麥法，第一次解決了用鐵水直接冶煉鋼水的難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，但此題，從而使煉鋼的質(zhì)量得到提高，但此法法要求鐵水的硅含量大于要求鐵水的硅含量大于0.8%0.8%，而且不而且不能

5、脫硫能脫硫。目前已淘汰。目前已淘汰。 煉煉 鋼鋼 方方 法（法（3）18651865年年德國人馬丁利用蓄熱室原理發(fā)明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了以鐵水、廢鋼為原料的酸性平爐煉鋼法，即法，即馬丁爐法馬丁爐法。18801880年年出現(xiàn)了第一座出現(xiàn)了第一座堿性平爐堿性平爐。由于其成本低、爐容大，鋼。由于其成本低、爐容大，鋼水質(zhì)量優(yōu)于轉(zhuǎn)爐，同時(shí)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，水質(zhì)量優(yōu)于轉(zhuǎn)爐，同時(shí)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，平爐煉鋼法仍一時(shí)成為的主要的煉鋼法。平爐煉鋼法仍一時(shí)成為的主要的煉鋼法。 煉煉 鋼鋼 方方 法（法（4）18781878年年英國人英國人托馬斯托馬斯發(fā)明了堿性爐襯的發(fā)明了堿性

6、爐襯的底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即托馬斯法托馬斯法。他是在。他是在吹煉過程中加石灰造堿性渣，從而吹煉過程中加石灰造堿性渣，從而解決解決了高磷鐵水的脫磷問題了高磷鐵水的脫磷問題。當(dāng)時(shí)，對西歐。當(dāng)時(shí)，對西歐的一些國家特別適用，因?yàn)槲鳉W的礦石的一些國家特別適用，因?yàn)槲鳉W的礦石普遍磷含量高。但普遍磷含量高。但托馬斯法的缺點(diǎn)是爐托馬斯法的缺點(diǎn)是爐子壽命底，鋼水中氮的含量高子壽命底，鋼水中氮的含量高。煉煉 鋼鋼 方方 法（法（5）18991899年年出現(xiàn)了完全依靠廢鋼為原料的出現(xiàn)了完全依靠廢鋼為原料的電電弧爐煉鋼法弧爐煉鋼法(EAF)(EAF)，解決了充分利用廢鋼，解決了充分利用廢鋼煉鋼的問題，此

7、煉鋼法自問世以來，一煉鋼的問題，此煉鋼法自問世以來，一直在不斷發(fā)展，是當(dāng)前主要的煉鋼法之直在不斷發(fā)展，是當(dāng)前主要的煉鋼法之一，由電爐冶煉的鋼目前占世界總的鋼一，由電爐冶煉的鋼目前占世界總的鋼的產(chǎn)量的的產(chǎn)量的30-40%30-40%。煉煉 鋼鋼 方方 法（法（6）瑞典人羅伯特瑞典人羅伯特杜勒首先進(jìn)行了氧氣頂杜勒首先進(jìn)行了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的試驗(yàn)，并獲得了成功。吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的試驗(yàn)，并獲得了成功。19521952年年奧地利的林茨城奧地利的林茨城(Linz)(Linz)和多納維和多納維茲城茲城(Donawitz)(Donawitz)先后建成了先后建成了3030噸的氧氣噸的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐車間并投入生產(chǎn)，所以此

8、法也頂吹轉(zhuǎn)爐車間并投入生產(chǎn)，所以此法也稱為稱為LDLD法法。美國稱為。美國稱為BOFBOF法法（Basic Basic Oxygen FurnaceOxygen Furnace）或）或BOPBOP法法。 LD/ BOF/ BOP煉煉 鋼鋼 方方 法（法（7）19651965年加拿大液化氣公司研制成年加拿大液化氣公司研制成雙層管氧氣雙層管氧氣噴嘴噴嘴，19671967年西德馬克西米利安鋼鐵公司引年西德馬克西米利安鋼鐵公司引進(jìn)此技術(shù)并成功開發(fā)了底吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼法，進(jìn)此技術(shù)并成功開發(fā)了底吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即即OBMOBM法法(Oxygen Bottom MaxhuetteOxygen Bottom Ma

9、xhuette) 。19711971年美國鋼鐵公司引進(jìn)年美國鋼鐵公司引進(jìn)OBMOBM法，法，19721972年建設(shè)了年建設(shè)了3 3座座200200噸底吹轉(zhuǎn)爐，命名為噸底吹轉(zhuǎn)爐，命名為Q-BOPQ-BOP (Quiet (Quiet BOP)BOP)。OBM/ Q-BOP煉煉 鋼鋼 方方 法（法（8）在頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展的同時(shí)，在頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展的同時(shí)，1978-1978-19791979年年成功開發(fā)了成功開發(fā)了轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉工藝轉(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)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，它不僅提高爐底部供給惰性氣體或氧氣，它不

10、僅提高鋼的質(zhì)量，降低了消耗和噸鋼成本，更適鋼的質(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。合供給連鑄優(yōu)質(zhì)鋼水。 LD- Q- BOP煉煉 鋼鋼 方方 法（法（9）我 國 首 先 在我 國 首 先 在1972-19731972-1973年在年在沈陽第一煉鋼廠沈陽第一煉鋼廠成功開發(fā)了全氧成功開發(fā)了全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。并在唐鋼等藝。并在唐鋼等企業(yè)推廣應(yīng)用。企業(yè)推廣應(yīng)用。 總之，煉鋼技術(shù)經(jīng)過總之，煉鋼技術(shù)經(jīng)過200200多多年的發(fā)展，技術(shù)水平、自動(dòng)化程年的發(fā)展，技術(shù)水平、自動(dòng)化程度得到了很大的提高，度得到了很大的提高，2121世紀(jì)煉世紀(jì)煉鋼技術(shù)會(huì)面臨更大的挑戰(zhàn)，相信鋼技術(shù)會(huì)面臨

11、更大的挑戰(zhàn)，相信會(huì)有不斷的新技術(shù)涌現(xiàn)。會(huì)有不斷的新技術(shù)涌現(xiàn)。1.2 1.2 我國鋼鐵工業(yè)的狀況我國鋼鐵工業(yè)的狀況 我國很早就掌握了煉鐵的冶煉技術(shù)，我國很早就掌握了煉鐵的冶煉技術(shù)，東漢東漢時(shí)就出現(xiàn)了冶煉和鍛造技術(shù)，時(shí)就出現(xiàn)了冶煉和鍛造技術(shù)，南北朝南北朝時(shí)期就掌握了灌鋼法，曾在世界范圍內(nèi)處時(shí)期就掌握了灌鋼法，曾在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。于領(lǐng)先地位。 但舊中國鋼鐵工業(yè)非常落后，產(chǎn)量但舊中國鋼鐵工業(yè)非常落后，產(chǎn)量很低，從很低，從18901890年建設(shè)的漢陽鋼鐵廠至年建設(shè)的漢陽鋼鐵廠至19481948年的年的半個(gè)世紀(jì)中，鋼產(chǎn)量累計(jì)到半個(gè)世紀(jì)中，鋼產(chǎn)量累計(jì)到200200萬噸萬噸，19491949年只有年只

12、有15.815.8萬噸萬噸。 新中國成立后，特別是改革開放以來，我國的新中國成立后，特別是改革開放以來，我國的鋼鐵事業(yè)得到迅速發(fā)展，鋼鐵事業(yè)得到迅速發(fā)展，19801980年鋼產(chǎn)量達(dá)到年鋼產(chǎn)量達(dá)到37123712萬萬噸，噸，19901990年達(dá)到年達(dá)到65006500萬噸，萬噸，19961996年首次突破年首次突破1 1億噸大億噸大關(guān)，成為世界第一產(chǎn)鋼大國，關(guān)，成為世界第一產(chǎn)鋼大國，20052005年產(chǎn)量達(dá)到年產(chǎn)量達(dá)到3.43.4億億噸，占世界產(chǎn)量的噸，占世界產(chǎn)量的1/31/3。 可以這樣講，我國的鋼鐵工業(yè)對世界產(chǎn)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，而且生了重要影

13、響，我國不僅是產(chǎn)鋼大國，而且已經(jīng)開始邁入鋼鐵強(qiáng)國的行列。已經(jīng)開始邁入鋼鐵強(qiáng)國的行列。 我國粗鋼產(chǎn)量的變化情況我國粗鋼產(chǎn)量的變化情況1.31.3煉鋼的基本任務(wù)煉鋼的基本任務(wù) 煉鋼的基本任務(wù)是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，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)整去除有害氣體和非金屬夾雜物，提高溫度和調(diào)整成分。成分。 歸納為：歸納為：“四脫四脫”（碳、氧、磷和硫），（碳、氧、磷和硫），“二去二去”（去氣和去夾雜），（去氣和去夾雜），“二調(diào)整二調(diào)整”（成分（成分和溫度）。采用的和溫度）。采用的主要技術(shù)手段主要技術(shù)手段為：為：供氧供氧，造渣造渣，升溫升溫，加脫氧劑加脫

14、氧劑和和合金化操作合金化操作。1.3.1 1.3.1 鋼中的磷鋼中的磷 對于絕大多數(shù)鋼種來說磷是有害元素。鋼中磷的對于絕大多數(shù)鋼種來說磷是有害元素。鋼中磷的含量高會(huì)引起鋼的含量高會(huì)引起鋼的 “冷脆冷脆”，即從高溫降到，即從高溫降到00以下，以下，鋼的塑性和沖擊韌性降低鋼的塑性和沖擊韌性降低，并使鋼的焊接，并使鋼的焊接性能與冷彎性能變差。性能與冷彎性能變差。磷是降低鋼的表面張力的元素，隨著磷是降低鋼的表面張力的元素，隨著磷含量的增磷含量的增加，鋼液的表面張力降低顯著加，鋼液的表面張力降低顯著，從而，從而降低了鋼的降低了鋼的抗裂性能抗裂性能。磷是僅次于硫在鋼的連鑄坯中磷是僅次于硫在鋼的連鑄坯中偏析

15、度高的偏析度高的元素元素，而且在鐵固熔體中擴(kuò)散速率很小，而且在鐵固熔體中擴(kuò)散速率很小，因而磷的偏析很難消除，從而嚴(yán)重影響鋼因而磷的偏析很難消除，從而嚴(yán)重影響鋼的性能，的性能，所以脫磷是煉鋼過程的重要任務(wù)所以脫磷是煉鋼過程的重要任務(wù)之一之一。 磷在鋼中是以磷在鋼中是以FeFe3 3PP或或FeFe2 2PP形式存在，但形式存在，但通常是以通常是以PP來表達(dá)。煉鋼過程的脫磷反應(yīng)是在金來表達(dá)。煉鋼過程的脫磷反應(yīng)是在金屬液與熔渣界面進(jìn)行的。屬液與熔渣界面進(jìn)行的。 不同用途的鋼對磷的含量有嚴(yán)格要求：不同用途的鋼對磷的含量有嚴(yán)格要求： 非合金鋼中普通質(zhì)量級鋼非合金鋼中普通質(zhì)量級鋼P(yáng)0.045%P0.045

16、%； 優(yōu)質(zhì)級鋼優(yōu)質(zhì)級鋼 P0.035%P0.035%； 特殊質(zhì)量級鋼特殊質(zhì)量級鋼 P0.025%P0.025%； 有的甚至要求有的甚至要求 P0.010%P0.010%。 有些鋼種有些鋼種: :炮彈鋼，耐腐蝕鋼需加炮彈鋼，耐腐蝕鋼需加P P元素。元素。1.3.2 1.3.2 鋼中的硫鋼中的硫 硫硫?qū)︿摰男阅軙?huì)造成不良影響，鋼中硫含量高，對鋼的性能會(huì)造成不良影響，鋼中硫含量高，會(huì)使鋼的熱加工性能變壞，即造成鋼的會(huì)使鋼的熱加工性能變壞，即造成鋼的“熱脆熱脆”性性。 硫在鋼中以硫在鋼中以FeSFeS的形式存在，的形式存在， FeSFeS的熔點(diǎn)為的熔點(diǎn)為11931193， FeFe與與FeSFeS組成

17、的共晶體的熔點(diǎn)只有組成的共晶體的熔點(diǎn)只有985985。液態(tài)。液態(tài)FeFe與與FeSFeS雖可以無限互溶，但在固熔體中的溶解度很小，雖可以無限互溶，但在固熔體中的溶解度很小，僅為僅為0.015%-0.020%0.015%-0.020%。 當(dāng)鋼中的當(dāng)鋼中的SS0.020%0.020%時(shí)，由于凝固偏析，時(shí)，由于凝固偏析，F(xiàn)e-Fe-FeSFeS共晶體分布于晶界共晶體分布于晶界處，在處，在1150-12001150-1200的的熱加熱加工工過程中，晶界處的過程中，晶界處的共晶體熔化共晶體熔化，鋼受壓時(shí)造成，鋼受壓時(shí)造成晶界破裂，即晶界破裂，即發(fā)生發(fā)生“熱脆熱脆”現(xiàn)象現(xiàn)象。如果鋼中的氧含量較高，如果鋼中

18、的氧含量較高，F(xiàn)eSFeS與與FeOFeO形成的共晶體形成的共晶體熔點(diǎn)更低（熔點(diǎn)更低（940940），更加劇了鋼的），更加劇了鋼的“熱脆熱脆”現(xiàn)現(xiàn)象的發(fā)生。象的發(fā)生。錳可在鋼凝固范圍內(nèi)生成錳可在鋼凝固范圍內(nèi)生成MnSMnS和少量的和少量的FeSFeS，純純MnSMnS的熔點(diǎn)為的熔點(diǎn)為16101610，共晶體共晶體FeS-MnSFeS-MnS（占（占93.5%93.5%）的熔點(diǎn)為）的熔點(diǎn)為11641164，它們能有，它們能有效的防止鋼熱加工過程的效的防止鋼熱加工過程的“熱脆熱脆”。 冶煉一般鋼種時(shí)要求將冶煉一般鋼種時(shí)要求將MnMn控制在控制在0.4%-0.4%-0.8%0.8%。在實(shí)際生產(chǎn)中還將

19、。在實(shí)際生產(chǎn)中還將Mn/SMn/S比作為一個(gè)指比作為一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行控制，標(biāo)進(jìn)行控制，Mn/SMn/S對鋼的熱塑性影響很大。對鋼的熱塑性影響很大。 從低碳鋼高溫下的拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)提高從低碳鋼高溫下的拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)提高M(jìn)n/SMn/S比可以提高鋼的熱延展性。一般比可以提高鋼的熱延展性。一般Mn/S7Mn/S7時(shí)不時(shí)不產(chǎn)生熱脆產(chǎn)生熱脆。圖圖1-2 Mn/S1-2 Mn/S比對低碳鋼熱延展性的影響比對低碳鋼熱延展性的影響 硫還會(huì)明顯硫還會(huì)明顯降低鋼的焊接性能降低鋼的焊接性能，引起高溫龜，引起高溫龜裂，并在焊縫中產(chǎn)生氣孔和疏松，從而降低焊縫裂，并在焊縫中產(chǎn)生氣孔和疏松，從而降低焊縫的強(qiáng)度。的強(qiáng)度。硫含量超過硫

20、含量超過0.06%0.06%時(shí)，會(huì)顯著時(shí)，會(huì)顯著惡化鋼的耐惡化鋼的耐蝕性蝕性。硫還是連鑄坯中。硫還是連鑄坯中偏析最為嚴(yán)重的元素偏析最為嚴(yán)重的元素。不同鋼種對硫含量有嚴(yán)格的規(guī)定：不同鋼種對硫含量有嚴(yán)格的規(guī)定： 非合金鋼中非合金鋼中普通質(zhì)量級鋼普通質(zhì)量級鋼S0.045%S0.045% 優(yōu)質(zhì)級鋼優(yōu)質(zhì)級鋼 S0.035%S0.035%， 特殊質(zhì)量級鋼特殊質(zhì)量級鋼 S0.025%S0.025% 有的鋼種要求如有的鋼種要求如管線鋼管線鋼 S0.005%,S0.005%,甚至更低。甚至更低。 有些鋼種，如有些鋼種，如易切削鋼易切削鋼硫則作為合金元素加入，要求硫則作為合金元素加入，要求S=0.08%-0.20

21、%S=0.08%-0.20%。1.3.3 1.3.3 鋼中的氧鋼中的氧在吹煉過程中，向熔池供入了大量的氧氣，到在吹煉過程中，向熔池供入了大量的氧氣，到吹煉吹煉終點(diǎn)終點(diǎn)時(shí)，鋼水中時(shí)，鋼水中含有過量的氧含有過量的氧，即鋼中實(shí)際氧含量，即鋼中實(shí)際氧含量高于平均值。高于平均值。如如不脫氧不脫氧，在出鋼、澆鑄中，溫度降低，氧溶解度，在出鋼、澆鑄中，溫度降低，氧溶解度降低，降低，促使碳氧反應(yīng)，鋼液劇烈沸騰促使碳氧反應(yīng)，鋼液劇烈沸騰，使，使?jié)茶T困難澆鑄困難，得不到正確凝固組織結(jié)構(gòu)的連鑄坯得不到正確凝固組織結(jié)構(gòu)的連鑄坯。 鋼中鋼中氧含量高氧含量高，還會(huì)產(chǎn)生，還會(huì)產(chǎn)生皮下氣泡，疏松皮下氣泡，疏松等缺陷，等缺陷，

22、并并加劇硫的熱脆加劇硫的熱脆作用。在鋼的凝固過程中，氧將作用。在鋼的凝固過程中，氧將會(huì)以氧化物的形式大量析出，會(huì)會(huì)以氧化物的形式大量析出，會(huì)降低鋼的塑性，降低鋼的塑性，沖擊韌性沖擊韌性等加工性能。等加工性能。一般測定的是一般測定的是鋼中的全氧鋼中的全氧，即，即氧化物中的氧和溶氧化物中的氧和溶解的氧之和解的氧之和，在使用濃差法定氧時(shí)才是測定鋼液，在使用濃差法定氧時(shí)才是測定鋼液中溶解的氧，在鑄坯或鋼材中取樣時(shí)是全氧樣。中溶解的氧，在鑄坯或鋼材中取樣時(shí)是全氧樣。 脫氧的任務(wù)脫氧的任務(wù)根據(jù)具體的鋼種，根據(jù)具體的鋼種，將鋼中的氧含量降低到所需的將鋼中的氧含量降低到所需的水平水平，以保證鋼水在凝固時(shí)得到合

23、理的凝固組織，以保證鋼水在凝固時(shí)得到合理的凝固組織結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；使成品使成品鋼中非金屬夾雜物含量最少鋼中非金屬夾雜物含量最少，分布合適，分布合適，形態(tài)適宜，以保證鋼的各項(xiàng)性能指標(biāo)；形態(tài)適宜，以保證鋼的各項(xiàng)性能指標(biāo)；得到得到細(xì)晶結(jié)構(gòu)組織細(xì)晶結(jié)構(gòu)組織。 常用的脫氧劑有常用的脫氧劑有Fe-MnFe-Mn，F(xiàn)e-SiFe-Si，Mn-SiMn-Si，Ca-SiCa-Si等合金。等合金。 1.3.4 1.3.4 鋼中的氣體鋼中的氣體 鋼液中的氣體會(huì)顯著降低鋼的性能，而且容易鋼液中的氣體會(huì)顯著降低鋼的性能，而且容易造成鋼的許多缺陷。鋼中氣體主要是指造成鋼的許多缺陷。鋼中氣體主要是指氫與氮?dú)渑c氮，它們可以溶解

24、于液態(tài)和固態(tài)純鐵和鋼中。它們可以溶解于液態(tài)和固態(tài)純鐵和鋼中。氫氫在固態(tài)鋼中溶解度很小，在鋼水凝固和冷卻在固態(tài)鋼中溶解度很小，在鋼水凝固和冷卻過程中，氫會(huì)和過程中，氫會(huì)和COCO、N N2 2等氣體一起析出，等氣體一起析出，形成形成皮下氣泡中心縮孔、疏松、造成白點(diǎn)和發(fā)紋皮下氣泡中心縮孔、疏松、造成白點(diǎn)和發(fā)紋。 鋼熱加工過程中，鋼中含有氫氣的氣孔會(huì)沿加鋼熱加工過程中，鋼中含有氫氣的氣孔會(huì)沿加工方向被拉長形成發(fā)裂，進(jìn)而引起鋼材的強(qiáng)度、工方向被拉長形成發(fā)裂，進(jìn)而引起鋼材的強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性的降低，即發(fā)生塑性、沖擊韌性的降低，即發(fā)生“氫脆氫脆”現(xiàn)象。現(xiàn)象。在鋼材的縱向斷面上，呈現(xiàn)出圓形或橢圓形的在鋼材

25、的縱向斷面上，呈現(xiàn)出圓形或橢圓形的銀白色斑點(diǎn)銀白色斑點(diǎn)稱之為稱之為“白點(diǎn)白點(diǎn)”，實(shí)為，實(shí)為交錯(cuò)的細(xì)小交錯(cuò)的細(xì)小裂紋裂紋。主要原因是鋼中的氫在小孔隙中。主要原因是鋼中的氫在小孔隙中析出的析出的壓力壓力和鋼相變時(shí)產(chǎn)生的和鋼相變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力組織應(yīng)力的綜合力超過的綜合力超過了鋼的強(qiáng)度，產(chǎn)生了了鋼的強(qiáng)度，產(chǎn)生了“白點(diǎn)白點(diǎn)”。一般。一般白點(diǎn)產(chǎn)生白點(diǎn)產(chǎn)生的溫度低于的溫度低于2002000 0C C。 鋼中的氮是以鋼中的氮是以氮化物氮化物的形式存在，它對鋼質(zhì)量的影響的形式存在，它對鋼質(zhì)量的影響體現(xiàn)出雙重性。氮含量高的鋼種長時(shí)間放置，將會(huì)體現(xiàn)出雙重性。氮含量高的鋼種長時(shí)間放置，將會(huì)變變脆脆，這一現(xiàn)象稱為，這

26、一現(xiàn)象稱為“老化老化”或或“時(shí)效時(shí)效”。原因是鋼中。原因是鋼中氮化物的析出速度很慢，逐漸改變著鋼的性能。低碳氮化物的析出速度很慢，逐漸改變著鋼的性能。低碳鋼產(chǎn)生的脆性比磷還嚴(yán)重。鋼產(chǎn)生的脆性比磷還嚴(yán)重。鋼中鋼中氮含量高氮含量高時(shí)，在時(shí)，在250-450250-4500 0C C溫度范圍，其溫度范圍，其表面發(fā)藍(lán)表面發(fā)藍(lán)，鋼的強(qiáng)度升高，沖擊韌性降低，稱之為鋼的強(qiáng)度升高，沖擊韌性降低，稱之為“藍(lán)脆藍(lán)脆”。氮氮含量增加，鋼的焊接性能變壞含量增加，鋼的焊接性能變壞。鋼中加入適量的鋁，可生成穩(wěn)定的鋼中加入適量的鋁，可生成穩(wěn)定的AlNAlN，能夠，能夠壓抑壓抑FeFe4 4N N生成和析出生成和析出，不僅，

27、不僅改善鋼的時(shí)效性改善鋼的時(shí)效性，還可以還可以阻止奧氏體晶粒的長大阻止奧氏體晶粒的長大。氮可以作為合。氮可以作為合金元素起到金元素起到細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒的作用的作用. .在冶煉鉻鋼，鎳在冶煉鉻鋼，鎳鉻系鋼或鉻錳系等鉻系鋼或鉻錳系等高合金鋼高合金鋼時(shí)，加入適量的氮，時(shí)，加入適量的氮，能夠能夠改善塑性和高溫加工性能改善塑性和高溫加工性能。 1.3.5 1.3.5 鋼中的夾雜鋼中的夾雜 鋼中非金屬夾雜按來源分可以分成鋼中非金屬夾雜按來源分可以分成外來夾外來夾雜和內(nèi)生夾雜雜和內(nèi)生夾雜。外來夾雜外來夾雜是指冶煉和澆鑄過程中，帶入鋼是指冶煉和澆鑄過程中，帶入鋼液中的爐渣和耐火材料以及鋼液被大氣氧液中的爐渣和

28、耐火材料以及鋼液被大氣氧化所形成的氧化物?；纬傻难趸?。內(nèi)生夾雜內(nèi)生夾雜包括：包括：脫氧時(shí)的脫氧時(shí)的脫氧產(chǎn)物脫氧產(chǎn)物；鋼液溫度下降鋼液溫度下降時(shí)，硫、氧、氮等雜質(zhì)元素溶解度下降時(shí)，硫、氧、氮等雜質(zhì)元素溶解度下降而以非金屬夾雜形式出現(xiàn)的而以非金屬夾雜形式出現(xiàn)的生成物生成物；凝固過程凝固過程中因溶解度降低、偏析而發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物；中因溶解度降低、偏析而發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物；固態(tài)鋼相變固態(tài)鋼相變?nèi)芙舛茸兓傻漠a(chǎn)物。溶解度變化生成的產(chǎn)物。 鋼中大部分內(nèi)生夾雜是在脫氧和凝固過程中產(chǎn)鋼中大部分內(nèi)生夾雜是在脫氧和凝固過程中產(chǎn)生的。生的。根據(jù)成分不同，夾雜物可分為根據(jù)成分不同，夾雜物可分為氧化物夾雜氧化物夾雜，

29、即，即 FeOFeO、MnOMnO、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3 、CrCr2 2O O3 3等簡單的等簡單的氧化物；氧化物；FeO-FeFeO-Fe2 2O O3 3 、FeO-AlFeO-Al2 2O O3 3、MgO-AlMgO-Al2 2O O3 3等等尖晶石類尖晶石類和各種和各種鈣鋁鈣鋁的復(fù)雜氧化物的復(fù)雜氧化物；2FeO-SiO2FeO-SiO2 2，、2MnO-SiO2MnO-SiO2 2、 3MnO-Al3MnO-Al2 2O O3 3-2SiO-2SiO2 2等等硅酸鹽硅酸鹽；硫化物夾雜硫化物夾雜，如，如FeSFeS、MnSMnS、CaSCaS等；等；氮化物夾

30、雜氮化物夾雜，如，如AlNAlN、TiNTiN、ZrNZrN、VNVN、BNBN等。等。 按加工性能，夾雜物可分為：按加工性能，夾雜物可分為：塑性夾雜塑性夾雜，它是在熱加工時(shí)，它是在熱加工時(shí)，沿加工方向延伸成條帶狀；沿加工方向延伸成條帶狀；脆性夾雜脆性夾雜，它是完全不具有塑，它是完全不具有塑性的夾雜物，如尖晶石類型夾雜物，熔點(diǎn)高的氮化物；性的夾雜物，如尖晶石類型夾雜物，熔點(diǎn)高的氮化物；點(diǎn)點(diǎn)狀不變性夾雜狀不變性夾雜，如，如SiOSiO2 2超過超過70%70%的硅酸鹽，的硅酸鹽，CaSCaS、鈣的鋁硅、鈣的鋁硅酸鹽等。酸鹽等。 由于非金屬夾雜對鋼的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，由于非金屬夾雜對鋼的性能產(chǎn)生

31、嚴(yán)重的影響，因此在煉鋼、精煉和連鑄過程應(yīng)最大限度地降低鋼因此在煉鋼、精煉和連鑄過程應(yīng)最大限度地降低鋼液中夾雜物的含量，控制其形狀、尺寸液中夾雜物的含量，控制其形狀、尺寸。 1.3.6 1.3.6 鋼中的成分鋼中的成分( (碳碳) )煉鋼的重要任務(wù)之一就是要把熔池中的碳氧化煉鋼的重要任務(wù)之一就是要把熔池中的碳氧化脫除至所煉鋼鐘的要求。從鋼的性質(zhì)可看出碳脫除至所煉鋼鐘的要求。從鋼的性質(zhì)可看出碳也是重要的合金元素，它可以也是重要的合金元素，它可以增加鋼的強(qiáng)度和增加鋼的強(qiáng)度和硬度硬度，但，但對韌性產(chǎn)生不利影響對韌性產(chǎn)生不利影響。鋼中的碳決定了冶煉、軋制和熱處理的溫度制鋼中的碳決定了冶煉、軋制和熱處理的

32、溫度制度。度。碳能碳能顯著改變鋼的液態(tài)和凝固性質(zhì)顯著改變鋼的液態(tài)和凝固性質(zhì)，在，在160016000 0C C，C0.8%C0.8%時(shí)，時(shí)，每增每增0.1%0.1%的碳的碳 鋼的鋼的熔點(diǎn)降低熔點(diǎn)降低6.56.50 0C C 密度減少密度減少4kg/m4kg/m3 3 黏度降低黏度降低0.7%0.7% NN的溶解度降低的溶解度降低0.001%0.001% HH的溶解度降低的溶解度降低0.4 cm0.4 cm3 3/100g/100g 增大增大凝固區(qū)間凝固區(qū)間17.7917.790 0C C 。錳錳(Mn)(Mn) 錳的作用是錳的作用是消除鋼中硫的熱脆傾向消除鋼中硫的熱脆傾向，改變硫化，改變硫化物

33、的形態(tài)和分布以提高鋼質(zhì)；物的形態(tài)和分布以提高鋼質(zhì)； 錳是錳是一種非常弱的脫氧劑一種非常弱的脫氧劑，在碳含量非常低、，在碳含量非常低、氧含量很高時(shí)，可以顯示出脫氧作用，協(xié)助脫氧，氧含量很高時(shí)，可以顯示出脫氧作用，協(xié)助脫氧，提高他們的脫氧能力；提高他們的脫氧能力； 錳還可以錳還可以略微提高鋼的強(qiáng)度略微提高鋼的強(qiáng)度，并可提高鋼的淬，并可提高鋼的淬透性能，穩(wěn)定并擴(kuò)大奧氏體區(qū)，常作為合金元素生透性能，穩(wěn)定并擴(kuò)大奧氏體區(qū)，常作為合金元素生成奧氏體不銹鋼、耐熱鋼等。成奧氏體不銹鋼、耐熱鋼等。硅硅 (Si)(Si) 硅是鋼中硅是鋼中最基本的脫氧劑最基本的脫氧劑。普通鋼中含硅在。普通鋼中含硅在0.17%-0.3

34、7%0.17%-0.37%，145014500 0C C鋼凝固時(shí)，能保證鋼中與其平鋼凝固時(shí)，能保證鋼中與其平衡的氧小于與碳平衡的量，抑制凝固過程中衡的氧小于與碳平衡的量，抑制凝固過程中COCO氣泡氣泡的產(chǎn)生。的產(chǎn)生。 生產(chǎn)沸騰鋼時(shí)，生產(chǎn)沸騰鋼時(shí)，SiSi為為0.03%-0.07%0.03%-0.07%，MnMn為為0.25%-0.70%0.25%-0.70%，它只能微弱控制，它只能微弱控制C-OC-O反應(yīng)。反應(yīng)。 硅能硅能提高鋼的機(jī)械性能，增加了鋼的電阻和導(dǎo)磁提高鋼的機(jī)械性能，增加了鋼的電阻和導(dǎo)磁性性。 硅硅對鋼液的性質(zhì)影響較大對鋼液的性質(zhì)影響較大，160016000 0C C純鐵中每增加純鐵

35、中每增加1%1%的硅：的硅： 碳的飽和碳的飽和溶解度溶解度降低了降低了0.294%0.294% 鐵的鐵的熔點(diǎn)熔點(diǎn)降低降低8 80 0C C 密度密度降低降低80kg/m80kg/m3 3 NN的飽和溶解度降低的飽和溶解度降低0.003%0.003% HH降低降低1.4cm1.4cm3 3/100g/100g 鋼的鋼的凝固區(qū)間凝固區(qū)間增加增加10100 0C C，鋼液的收縮率提，鋼液的收縮率提 高高2.05%2.05%。鋁鋁(Al)(Al) 鋁是終脫氧劑鋁是終脫氧劑，生產(chǎn)，生產(chǎn)鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，時(shí)，AlAl多在多在0.005%-0.05%0.005%-0.05%，通常為通常為0.01%-0.03%

36、0.01%-0.03%。鋼中鋁的加入量因氧量而異，對高碳鋼。鋼中鋁的加入量因氧量而異，對高碳鋼應(yīng)少加些，而低碳鋼則應(yīng)多加，加入量一般為應(yīng)少加些，而低碳鋼則應(yīng)多加，加入量一般為: :0.3-1.0kg/t0.3-1.0kg/t鋼鋼。 鋁加到鋼中將與氧發(fā)生反應(yīng)生成鋁加到鋼中將與氧發(fā)生反應(yīng)生成AlAl2 2O O3 3，在出鋼、鎮(zhèn)靜和澆，在出鋼、鎮(zhèn)靜和澆鑄時(shí)生成的鑄時(shí)生成的AlAl2 2O O3 3大部分上浮排除，在凝固過程中大量細(xì)小分散大部分上浮排除，在凝固過程中大量細(xì)小分散的的AlAl2 2O O3 3還還能促進(jìn)形成細(xì)晶粒鋼能促進(jìn)形成細(xì)晶粒鋼。鋁是。鋁是調(diào)整鋼的晶粒度的有效元調(diào)整鋼的晶粒度的有效

37、元素素，它能使鋼的晶粒開始長大并保持到較高的溫度。，它能使鋼的晶粒開始長大并保持到較高的溫度。 1.4 1.4 鋼的分類鋼的分類 按化學(xué)成分分類按化學(xué)成分分類 按是否加入合金元素可鋼分為把按是否加入合金元素可鋼分為把碳素鋼碳素鋼和和合金鋼合金鋼兩大類。兩大類。 碳素鋼碳素鋼是指鋼中除含有一定量為了脫氧而加入硅（一是指鋼中除含有一定量為了脫氧而加入硅（一般般0.40%0.40%）和錳（一般）和錳（一般0.80%0.80%）等合金元素外，不含其）等合金元素外，不含其他合金元素的鋼。根據(jù)碳含量的高低又可分成他合金元素的鋼。根據(jù)碳含量的高低又可分成低碳鋼低碳鋼（C0.25%C0.25%），），中碳鋼中

38、碳鋼(0.25%C0.60%)(0.25%C0.60%)和和高碳鋼高碳鋼(C0.60%)(C0.60%)。 合金鋼合金鋼是指鋼中除含有硅和錳作為合金元素或脫氧元素是指鋼中除含有硅和錳作為合金元素或脫氧元素外，還含有其他合金元素如鉻、鎳、鉬、鈦、釩、銅、鎢、外，還含有其他合金元素如鉻、鎳、鉬、鈦、釩、銅、鎢、鋁、鈷、鈮、鋯和稀土元素等，有的還含有某些非金屬元鋁、鈷、鈮、鋯和稀土元素等，有的還含有某些非金屬元素如硼、氮等的鋼。素如硼、氮等的鋼。 根據(jù)鋼中合金元素含量的多少，又可分為根據(jù)鋼中合金元素含量的多少，又可分為低合金鋼低合金鋼，中中合金鋼和高合金鋼合金鋼和高合金鋼。一般合金元素總含量。一般合

39、金元素總含量小于小于3%3%的為的為普通普通低合金鋼低合金鋼，總含量為，總含量為3%3%5%5%的為的為低合金鋼低合金鋼，大于大于10%10%的叫的叫高高合金鋼合金鋼，總含量介于，總含量介于5%5%10%10%之間為之間為中合金鋼中合金鋼。 按鋼中所含有的按鋼中所含有的主要合金元素不同主要合金元素不同可分為可分為錳鋼、硅鋼、錳鋼、硅鋼、硼鋼、鉻鎳鎢鋼、鉻錳硅鋼硼鋼、鉻鎳鎢鋼、鉻錳硅鋼等。等。 按冶煉方法和質(zhì)量水平分類按冶煉方法和質(zhì)量水平分類按煉鋼爐按煉鋼爐設(shè)備不同設(shè)備不同可分為可分為轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼、平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼、平爐鋼。其中電爐鋼包括電弧爐鋼、感應(yīng)爐鋼、電渣鋼、電子其中電爐鋼包括電弧爐

40、鋼、感應(yīng)爐鋼、電渣鋼、電子束熔煉及有關(guān)的真空熔煉鋼等。束熔煉及有關(guān)的真空熔煉鋼等。 按按脫氧程度不同脫氧程度不同可分為可分為沸騰鋼沸騰鋼（不經(jīng)脫氧或微弱脫（不經(jīng)脫氧或微弱脫氧）、氧）、鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼（脫氧充分）和（脫氧充分）和半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼（脫氧不完全，（脫氧不完全，介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間）。介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間）。 按按質(zhì)量水平質(zhì)量水平不同可分為不同可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。 按用途分類按用途分類 分為三大類：結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼，特殊性能鋼。分為三大類：結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼，特殊性能鋼。 結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼是目前生產(chǎn)最多、使用最廣的鋼種，它包括是目前生產(chǎn)最多、使用最廣的

41、鋼種，它包括碳素碳素結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼和和合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造機(jī)器和結(jié)構(gòu)的零件，主要用于制造機(jī)器和結(jié)構(gòu)的零件及建筑工程用的金屬結(jié)構(gòu)等。及建筑工程用的金屬結(jié)構(gòu)等。碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼是指用來制造是指用來制造工程結(jié)構(gòu)件和機(jī)械零件用的鋼，其硫、磷等雜質(zhì)含量比工程結(jié)構(gòu)件和機(jī)械零件用的鋼，其硫、磷等雜質(zhì)含量比優(yōu)質(zhì)鋼高些，一般優(yōu)質(zhì)鋼高些，一般S0.055%S0.055%，P0.045%P0.045%，優(yōu)質(zhì)碳，優(yōu)質(zhì)碳素鋼素鋼SS和和PP均均0.040%0.040%。碳素結(jié)構(gòu)鋼的價(jià)格最低，工。碳素結(jié)構(gòu)鋼的價(jià)格最低，工藝性能良好，產(chǎn)量最大，用途最廣。藝性能良好，產(chǎn)量最大，用途最廣。 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼

42、是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，適是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)丶尤胍环N或數(shù)種合金元素，用來提高鋼的強(qiáng)度、當(dāng)?shù)丶尤胍环N或數(shù)種合金元素，用來提高鋼的強(qiáng)度、韌性和淬透性。合金結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)化學(xué)成分（主要指韌性和淬透性。合金結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)化學(xué)成分（主要指含碳量）熱處理工藝和用途的不同，又可分為含碳量）熱處理工藝和用途的不同，又可分為滲碳滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼和氮化鋼鋼、調(diào)質(zhì)鋼和氮化鋼。 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 滲碳鋼滲碳鋼指用指用低碳結(jié)構(gòu)鋼制成零部件低碳結(jié)構(gòu)鋼制成零部件，經(jīng)表面化學(xué)處理，經(jīng)表面化學(xué)處理，淬火并低溫回火后，使零件淬火并低溫回火后，使零件表面硬度高而心部韌性好表面硬度高而心部韌性好，既耐，既耐磨又能承受高

43、的交變負(fù)荷或沖擊負(fù)荷。磨又能承受高的交變負(fù)荷或沖擊負(fù)荷。 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼的的含碳量大于含碳量大于0.25%0.25%，所制成的零件經(jīng)淬火和高溫，所制成的零件經(jīng)淬火和高溫回火調(diào)質(zhì)處理后，可得到適當(dāng)?shù)母邚?qiáng)度與良好的韌性?；鼗鹫{(diào)質(zhì)處理后，可得到適當(dāng)?shù)母邚?qiáng)度與良好的韌性。 氮化鋼氮化鋼一般是指以一般是指以中碳合金結(jié)構(gòu)鋼制成零件中碳合金結(jié)構(gòu)鋼制成零件，先經(jīng)過調(diào)，先經(jīng)過調(diào)質(zhì)或表面火焰淬火、高頻淬火處理，獲得所需要的力學(xué)性能，質(zhì)或表面火焰淬火、高頻淬火處理，獲得所需要的力學(xué)性能，最后再進(jìn)行氮化處理，以進(jìn)一步改善鋼的表面耐磨性能。最后再進(jìn)行氮化處理，以進(jìn)一步改善鋼的表面耐磨性能。工具鋼工具鋼 包括包括碳素工具鋼

44、碳素工具鋼和和合金工具鋼合金工具鋼及及高速鋼高速鋼。碳 素 工 具 鋼碳 素 工 具 鋼 的 硬 度 主 要 以 含 碳 量 的 高 低 來 調(diào) 整的 硬 度 主 要 以 含 碳 量 的 高 低 來 調(diào) 整（0.65%C1.30%0.65%C1.30%），為了提高鋼的綜合性能，有的鋼中），為了提高鋼的綜合性能，有的鋼中加入加入0.35%0.35%0.60%0.60%的錳。的錳。合金工具鋼合金工具鋼不僅含有不僅含有很高碳很高碳，有的高達(dá)，有的高達(dá)2.30%2.30%，而且含有，而且含有較高較高的鉻的鉻，鉻的含量可達(dá)到，鉻的含量可達(dá)到13%13%、鎢（達(dá)、鎢（達(dá)9%9%）、鉬、釩等合金元素，）、鉬

45、、釩等合金元素，這類鋼主要用于各式模具。這類鋼主要用于各式模具。高速工具鋼高速工具鋼除含有除含有較高的碳（較高的碳（1%1%左右）左右）外，還含有外，還含有很高的鎢很高的鎢（有的高達(dá)（有的高達(dá)19%19%）和鉻、釩、鉬等合金元素，具有較好的赤熱）和鉻、釩、鉬等合金元素，具有較好的赤熱硬性。硬性。特殊性能鋼特殊性能鋼 指的是具有特殊化學(xué)性能或力學(xué)性能的鋼，如指的是具有特殊化學(xué)性能或力學(xué)性能的鋼，如軸軸承鋼、不銹鋼、彈簧鋼、高溫合金鋼承鋼、不銹鋼、彈簧鋼、高溫合金鋼等。等。軸承鋼軸承鋼是指用于制造各種環(huán)境中工作的各類軸承是指用于制造各種環(huán)境中工作的各類軸承圈和滾動(dòng)體的鋼，這類鋼圈和滾動(dòng)體的鋼，這類

46、鋼含碳含碳1%1%左右左右，含鉻最高含鉻最高不超過不超過1.65%1.65%，要求具有高而均勻的硬度和耐磨性，要求具有高而均勻的硬度和耐磨性，內(nèi)部組織和化學(xué)成分均勻，夾雜物和炭化物的數(shù)內(nèi)部組織和化學(xué)成分均勻，夾雜物和炭化物的數(shù)量及分布要求高。量及分布要求高。不銹鋼不銹鋼是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液，或其他腐蝕是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液，或其他腐蝕介質(zhì)中具有一定化學(xué)穩(wěn)定性的鋼的總稱。耐大氣、蒸汽和介質(zhì)中具有一定化學(xué)穩(wěn)定性的鋼的總稱。耐大氣、蒸汽和水等弱介質(zhì)腐蝕的稱為不銹鋼，耐酸、堿和鹽等強(qiáng)介質(zhì)腐水等弱介質(zhì)腐蝕的稱為不銹鋼，耐酸、堿和鹽等強(qiáng)介質(zhì)腐蝕的鋼稱為耐腐蝕鋼。蝕的鋼稱為耐腐蝕鋼。不

47、銹鋼具有不銹性，但不一定耐腐不銹鋼具有不銹性，但不一定耐腐蝕，而耐腐蝕鋼則一般都具有較好的不銹性蝕，而耐腐蝕鋼則一般都具有較好的不銹性。 根據(jù)化學(xué)成分不同，可分為根據(jù)化學(xué)成分不同，可分為馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼( (13%Cr13%Cr鋼為代鋼為代表表) )，鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼( (18%Cr18%Cr鋼為代表鋼為代表) )，奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼( (18%Cr-8%Ni18%Cr-8%Ni鋼代表鋼代表) )和雙相不銹鋼。和雙相不銹鋼。 彈簧鋼彈簧鋼主要含有硅、錳、鉻合金元素，具有高的彈性極限、主要含有硅、錳、鉻合金元素，具有高的彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度以及高的沖擊韌性和塑性，專門用于

48、制造螺高的疲勞強(qiáng)度以及高的沖擊韌性和塑性，專門用于制造螺旋簧及其他形狀彈簧，對鋼的表面性能及脫碳性能的要求旋簧及其他形狀彈簧，對鋼的表面性能及脫碳性能的要求比一般鋼較為嚴(yán)格。比一般鋼較為嚴(yán)格。高溫合金高溫合金指的是在應(yīng)力及高溫同時(shí)作用下，具有指的是在應(yīng)力及高溫同時(shí)作用下，具有長時(shí)間抗長時(shí)間抗蠕變能力與高的持久強(qiáng)度和高的抗蝕性的金屬材料蠕變能力與高的持久強(qiáng)度和高的抗蝕性的金屬材料，常用，常用的有鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金，還有鉻基合金、鉬的有鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金，還有鉻基合金、鉬基合金及其他合金等。高溫合金主要用于制造燃汽輪機(jī)、基合金及其他合金等。高溫合金主要用于制造燃汽輪機(jī)、噴氣式發(fā)

49、動(dòng)機(jī)等高溫下工作零部件。噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫下工作零部件。 思考題思考題1 1、煉鋼的基本任務(wù)是什么，通過哪些手段實(shí)現(xiàn)？、煉鋼的基本任務(wù)是什么，通過哪些手段實(shí)現(xiàn)？2 2、磷和硫?qū)︿摦a(chǎn)生哪些危害？、磷和硫?qū)︿摦a(chǎn)生哪些危害？3 3、實(shí)際生產(chǎn)中為什么要將、實(shí)際生產(chǎn)中為什么要將Mn/SMn/S比作為一個(gè)指比作為一個(gè)指 標(biāo)進(jìn)行控制？標(biāo)進(jìn)行控制？4 4、氫和氮對鋼產(chǎn)生哪些危害？、氫和氮對鋼產(chǎn)生哪些危害？5 5、外來夾雜和內(nèi)生夾雜的含義是什么？、外來夾雜和內(nèi)生夾雜的含義是什么？ 第二章第二章 煉鋼的基礎(chǔ)理論煉鋼的基礎(chǔ)理論鋼液的物理性質(zhì)鋼液的物理性質(zhì)熔渣的物理化學(xué)性質(zhì)熔渣的物理化學(xué)性質(zhì)硅、錳的氧化和還原反應(yīng)硅、

50、錳的氧化和還原反應(yīng)碳氧化反應(yīng)碳氧化反應(yīng)鋼液的脫磷鋼液的脫磷鋼液的脫硫鋼液的脫硫鋼液的脫氧鋼液的脫氧鉻、釩、鈮的氧化鉻、釩、鈮的氧化氫、氮的反應(yīng)氫、氮的反應(yīng)2.12.1鋼液的物理性質(zhì)鋼液的物理性質(zhì)鋼的密度鋼的密度 單位體積鋼液所具有的質(zhì)量，常用符號單位體積鋼液所具有的質(zhì)量，常用符號表示，表示，單位通常用單位通常用kg/mkg/m3 3。影響鋼液密度的因素主要有溫。影響鋼液密度的因素主要有溫度和鋼液的化學(xué)成分。度和鋼液的化學(xué)成分。 總的來講，溫度升高，鋼液密度降低，原因總的來講，溫度升高，鋼液密度降低，原因在于原子間距增大。固體純在于原子間距增大。固體純鐵密度為鐵密度為7880kg/m7880kg

51、/m3 3，15501550時(shí)液態(tài)的密度為時(shí)液態(tài)的密度為7040kg/m7040kg/m3 3，鋼的變化與純，鋼的變化與純鐵類似。鐵類似。 鋼液密度隨溫度的變化鋼液密度隨溫度的變化： =8523-0.8358(T+273) 成分對鋼液密度的影響成分對鋼液密度的影響： 1600=01600-210%C-164%Al- 60%Si-550%Cr-7.5%Mn + 43%W+6%Ni C（%）密度密度150015501600165017000.000.100.200.300.400.600.801.001.201.607.466.987.067.147.146.976.866.786.726.677

52、.046.967.017.067.056.896.786.706.646.577.036.956.977.017.016.846.736.656.616.547.006.896.936.986.976.806.676.596.556.526.936.816.816.826.836.706.576.506.476.43鐵碳熔體的密度（鐵碳熔體的密度（kg/mkg/m3 3） 鋼的熔點(diǎn)鋼的熔點(diǎn)指鋼完全轉(zhuǎn)變成均一液體狀態(tài)時(shí)的溫度，或是冷指鋼完全轉(zhuǎn)變成均一液體狀態(tài)時(shí)的溫度，或是冷凝時(shí)開始析出固體的溫度。鋼的熔點(diǎn)是確定冶煉凝時(shí)開始析出固體的溫度。鋼的熔點(diǎn)是確定冶煉和澆鑄溫度的重要參數(shù)，和澆鑄溫度的重要參

53、數(shù)，純鐵的熔點(diǎn)約為純鐵的熔點(diǎn)約為15381538，當(dāng)某元素溶入后，純鐵原子之間的作用力減弱，當(dāng)某元素溶入后，純鐵原子之間的作用力減弱，鐵的熔點(diǎn)就降低。降低的程度取決于加入元素的鐵的熔點(diǎn)就降低。降低的程度取決于加入元素的濃度、原子量和凝固時(shí)該元素在熔體與析出的固濃度、原子量和凝固時(shí)該元素在熔體與析出的固體之間的分配。體之間的分配。 各元素使純鐵熔點(diǎn)的降低可表示為：各元素使純鐵熔點(diǎn)的降低可表示為： M Mi i為溶質(zhì)元素為溶質(zhì)元素i i的原子量；的原子量； %i%i液為元素液為元素i i在液態(tài)鐵中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；在液態(tài)鐵中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)； K K為分配系數(shù)，而為分配系數(shù)，而K=%iK=%i固固/%i/

54、%i液液，（，（1-K1-K）則）則 稱為偏析系數(shù)。稱為偏析系數(shù)。液%)1 (1020iMi計(jì)算鋼的熔點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)式：計(jì)算鋼的熔點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)式：T T熔熔=1538-90%C-28%P-40%S-17%Ti- 6.2%Si-2.6%Cu-1.7%Mn-2.9%Ni- 5.1%Al-1.3%V-1.5%Mo-1.8%Cr -1.7%Co-1.0%W-1300%H-90%N- 100%B-65%O-5%Cl-14%As 或或T T熔熔=1536-78%C-7.6%Si-4.9%Mn- 34%P-30%S-5.0%Cu -3.1%Ni- 1.3%Cr-3.6%Al-2.0%Mo-2.0%V -18%Ti 鋼液的

55、黏度鋼液的黏度 黏度是鋼液的一個(gè)重要性質(zhì)，它對冶煉溫度黏度是鋼液的一個(gè)重要性質(zhì)，它對冶煉溫度參數(shù)的制定、元素的擴(kuò)散、非金屬夾雜物的上浮參數(shù)的制定、元素的擴(kuò)散、非金屬夾雜物的上浮和氣體的去除以及鋼的凝固結(jié)晶都有很大影響。和氣體的去除以及鋼的凝固結(jié)晶都有很大影響。 黏度是指各種不同速度運(yùn)動(dòng)的液體各層之間黏度是指各種不同速度運(yùn)動(dòng)的液體各層之間所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。通常將內(nèi)摩擦系數(shù)或黏度系所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。通常將內(nèi)摩擦系數(shù)或黏度系數(shù)稱為黏度。數(shù)稱為黏度。 黏黏度表示形式度表示形式 動(dòng)力動(dòng)力黏黏度度，用符號，用符號 表示；單位為表示；單位為Pas Pas (Ns/m(Ns/m2 2，1 1泊泊=0.1Pas

56、)=0.1Pas)； 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)黏黏度度，常用符號，常用符號表示，即：表示，即： m m2 2/s/s 鋼液的鋼液的黏黏度比正常熔渣的要小得多，度比正常熔渣的要小得多，16001600時(shí)時(shí)其值在其值在0.0020.0020.003Pas;0.003Pas; 純鐵液純鐵液16001600時(shí)時(shí)黏黏度為度為0.0005Pas0.0005Pas。 影響鋼液影響鋼液黏黏度因素主要是度因素主要是溫度溫度和和成分成分。溫度溫度升高，升高，黏黏度降低度降低。鋼液中的碳對。鋼液中的碳對黏黏度的影響非常大，度的影響非常大，這主要是因?yàn)檫@主要是因?yàn)樘己渴逛摰拿芏群腿埸c(diǎn)發(fā)生變化碳含量使鋼的密度和熔點(diǎn)發(fā)生變化，從而引起

57、從而引起黏黏度的變化。度的變化。 生產(chǎn)實(shí)踐也表明，同一溫度下，生產(chǎn)實(shí)踐也表明，同一溫度下，高碳鋼的流動(dòng)高碳鋼的流動(dòng)性比低碳鋼鋼液的好性比低碳鋼鋼液的好。因此，一般在冶煉低碳鋼中，。因此，一般在冶煉低碳鋼中，溫度要控制得略高一些。碳含量對鋼液溫度要控制得略高一些。碳含量對鋼液黏黏度的影響度的影響見圖見圖2-12-1。 溫度高于液相線溫度高于液相線5050時(shí)，碳含量對鋼液時(shí)，碳含量對鋼液黏黏度的影響度的影響 當(dāng)當(dāng)%C0.15%C0.15時(shí)，黏度隨著碳含量的增加而大幅時(shí)，黏度隨著碳含量的增加而大幅度下降，主要原因是鋼的密度隨碳含量的增加而度下降，主要原因是鋼的密度隨碳含量的增加而降低；降低；當(dāng)當(dāng)0.

58、15%C0.15%C0.400.40時(shí)，黏度隨碳含量的增加而時(shí)，黏度隨碳含量的增加而增加，原因是此時(shí)鋼液中同時(shí)存在增加，原因是此時(shí)鋼液中同時(shí)存在-Fe-Fe和和-Fe-Fe兩種結(jié)構(gòu)，密度是隨碳含量的增加而增加，而且兩種結(jié)構(gòu)，密度是隨碳含量的增加而增加，而且鋼液中生成的鋼液中生成的FeFe3 3C C體積較大；體積較大；當(dāng)當(dāng)%C0.40%C0.40時(shí)，鋼液的結(jié)構(gòu)近似于時(shí)，鋼液的結(jié)構(gòu)近似于-Fe-Fe排列，排列，鋼液密度下降，鋼的熔點(diǎn)也下降，故鋼液的黏度鋼液密度下降，鋼的熔點(diǎn)也下降，故鋼液的黏度隨著碳含量的增加繼續(xù)下降。隨著碳含量的增加繼續(xù)下降。 SiSi、MnMn、NiNi使鋼的熔點(diǎn)降低，使鋼的

59、熔點(diǎn)降低，SiSi、MnMn、NiNi含量增加，含量增加，鋼液黏度降低鋼液黏度降低，尤其含量很高，尤其含量很高時(shí)，降低更顯著。時(shí)，降低更顯著。但但TiTi、W W、V V、MoMo、CrCr含量增加則含量增加則使鋼液的使鋼液的黏度增加黏度增加，這些元素易生成高熔點(diǎn)、體積，這些元素易生成高熔點(diǎn)、體積大的各種碳化物。大的各種碳化物。鋼液鋼液中非金屬夾雜物含量中非金屬夾雜物含量增加，鋼液增加，鋼液黏黏度增加，度增加，流動(dòng)性變差流動(dòng)性變差。 初期脫氧產(chǎn)物生成，夾雜物含量高，初期脫氧產(chǎn)物生成，夾雜物含量高，黏黏度增大，度增大，夾雜物不斷上浮或形成低熔點(diǎn)夾雜物，黏度又夾雜物不斷上浮或形成低熔點(diǎn)夾雜物，黏度

60、又下降。脫氧不良，鋼液流動(dòng)性一般不好。下降。脫氧不良，鋼液流動(dòng)性一般不好。常用流動(dòng)性來表示鋼液的常用流動(dòng)性來表示鋼液的黏黏稠狀況，稠狀況，黏黏度的倒度的倒數(shù)即為流體的流動(dòng)性數(shù)即為流體的流動(dòng)性。 鋼液的表面張力鋼液的表面張力 鋼液因原子或分子間距非常小，其間的吸引力較強(qiáng)，鋼液因原子或分子間距非常小，其間的吸引力較強(qiáng)，而且鋼液表面層和內(nèi)部所引起的這種吸引力的變化而且鋼液表面層和內(nèi)部所引起的這種吸引力的變化是不同的。是不同的。內(nèi)部每一質(zhì)點(diǎn)所受到的吸引力的合力等于零，質(zhì)點(diǎn)內(nèi)部每一質(zhì)點(diǎn)所受到的吸引力的合力等于零，質(zhì)點(diǎn)保持平衡狀態(tài)；保持平衡狀態(tài)；而而表面層質(zhì)點(diǎn)受內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的吸引力大于氣體分子對表面層質(zhì)點(diǎn)受內(nèi)