《金屬材料工程概論（第2版）》3-1金屬冶煉與質(zhì)量控制課件

3

金屬材料生產(chǎn)及加工本章僅就幾個重要的過程——冶煉、鑄造、壓力加工、切削加工、焊接、熱處理、粉末冶金、表面工程等進行簡單的討論和介紹。3.1金屬冶煉與質(zhì)量控制本節(jié)著重討論與金屬材料內(nèi)部質(zhì)量密切相關(guān)的冶金問題：（1）成分的控制；（2）氣體與夾雜；（3）組織結(jié)構(gòu)控制。3.1.1

金屬冶煉方法鋼的生產(chǎn)過程大致為：采礦－選礦－煉鐵－煉鋼－鑄錠－鍛造或軋鋼－鋼材。鋼主要是用氧氣堿性轉(zhuǎn)爐法和電弧爐法生產(chǎn)的。圖3-1轉(zhuǎn)爐煉鋼法示意圖（a）頂吹法；（b）底吹法；（c）頂?shù)讖痛捣?/p>

圖3-2電弧爐示意圖1-傾爐液壓缸；2-傾爐搖架；3-爐門；4-熔池；5-爐蓋；6-電極；7-電極夾持器；8-爐體；9-電弧；10-出鋼槽3.1.2

成分的控制

生產(chǎn)金屬材料時，由于難于精確控制多相反應的物理化學過程，勢必要求合金中需要控制的合金元素及雜質(zhì)含量具有盡量寬的規(guī)格。從冶金學角度考慮，應該盡可能改善設備及原材料狀態(tài)，并提高技術(shù)水平。這樣便可生產(chǎn)成分較為復雜而規(guī)格較狹的金屬材料。冶煉高合金鋼時，需要使用較大量的鐵合金，因而鐵合金中雜質(zhì)的含量對于成分控制的影響是需要計算的，否則成分易于脫格而報廢。由于同樣的原因，發(fā)展合金鋼時，也應該考慮鐵合金的品種及其成本。冶煉合金鋼時，一般使用大量的廢鋼，因而廢鋼中殘存元素的含量對于成分的控制會有影響。使用部門所需要的是合金的性能，冶金部門所生產(chǎn)的是具有給定成分的合金。從冶金學上改進成分控制的技術(shù)。3.1.3減少氣體與夾雜金屬材料的成分也應該包含氣體與夾雜，它們不僅影響金屬材料的性能，也影響冶金生產(chǎn)過程的進行，因此它們的控制是一個重要的冶煉問題。金屬中的氣體在絕大多數(shù)情況下并不是以氣體形態(tài)(氣孔、氣泡)而是以溶液、固溶體或化合物的形態(tài)存在于金屬中，液態(tài)金屬中的氣體，在液態(tài)金屬冷卻、結(jié)晶過程中析出并逸入大氣中，或者殘存在金屬錠中。除了硫化物外，金屬中非金屬夾雜物(簡稱為夾雜)如氧化物、硅酸鹽、氮化物、氫化物等，都可認為是金屬中氣體存在的特殊形式—化合物。因此金屬的氣體與夾雜的關(guān)系很密切，常常是難以分開的問題。

關(guān)于純凈鋼、潔凈鋼的概念，一般認為,潔凈鋼是指對鋼中非金屬夾雜物(主要是氧化物、硫化物)進行嚴格控制的鋼種,這主要包括:鋼中總氧含量低,非金屬夾雜物數(shù)量少、尺寸小、分布均勻、脆性夾雜物少以及合適的夾雜物形狀。而純凈鋼則是指除對鋼中非金屬夾雜物進行嚴格控制以外,鋼中其它雜質(zhì)元素含量也少的鋼種。一是鋼中雜質(zhì)元素要超低量，即鋼中S、P、O、N、H甚至包括C應超低量，二是要嚴格控制鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量和形態(tài)。目前國內(nèi)外已建立大規(guī)模生產(chǎn)純凈鋼IF深沖汽車鋼板生產(chǎn)體系,運作正常,鋼中C、S、P、N、H、O質(zhì)量分數(shù)之和不大于100×10-6。不少冶金學家將超純凈鋼界定為S、P、N、H、O質(zhì)量分數(shù)之和不大于40×10-6（40ppm）。3.1.4組織結(jié)構(gòu)控制除了化學成分，金屬材料的組織結(jié)構(gòu)是決定性能的最重要的因素。組織結(jié)構(gòu)除了受成分制約外，還要由鑄造條件、壓力加工條件、特別是熱處理條件來確定。冶金產(chǎn)品，如鋼材、型鋼、棒材等通過鍛造、軋制，熱處理等一系列工序，改善鋼的組織結(jié)構(gòu)，提高鋼的冶金質(zhì)量，對于后續(xù)機械產(chǎn)品的加工和性能，非