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冶金炼钢培训手册
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炼钢培训材料
一、钢与铁的区分
钢与铁区分主要体现在碳含量的不同上,钢与铁之间没有很明确的全都公认的界限。
炼钢教科书对钢的定义是,以铁为主要元素,碳含量一般在2%%以上,并含有其它元素的统称。
依据Fe-O相图的划分,%以下的成为钢,%以上的成为铁。
2%的钢称为工业纯铁,它是电器、电讯、电工仪表用的磁性材料。
基本学问
1、GB国家标准代号YB原冶金工业部标准
2、Q235A:其中Q:屈服强度,235:屈服强度值。
HRB335: H、R、B分别为热轧、带肋、钢筋英文首位字母,HRB:热轧带肋钢筋 335:屈服强度值
3、%是低碳钢,-%之间为中碳钢,%是高碳钢
4、合金钢分为低合金钢、中合金钢、高合金钢
合金含量总量小于3%称低合金钢,在5-10%称中合金钢,大于10%称高合金钢。
5、钢的微合金化
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通常指在原有主加合金元素的基础上再添加微量的铌(Nb)、钒(V)、钛(Ti)等碳氮物形成元素,使其对钢的力学性能有影响或耐蚀性、耐热性起有力作用。
6、不锈钢
不锈钢不生锈,缘由是钢中含铬,%,低于此量就不叫不锈钢。工业上应用的不锈钢含铬在12-30%之间。通常把能够抵制大气腐蚀的含铬在13%的钢叫不锈钢,含铬在17%以上的钢叫耐酸钢,统称不锈耐酸钢。
7、夹杂物评级中A、B、C、D类夹杂物分别属硫化物类、氧化铝类、硅酸盐类、球状氧化物类。每类夹杂物按厚度或直径分为细系、粗系两系列,用字母e表示粗系夹杂物。每个系列由表示夹杂物含量递增的五级图片(1级至5级)组成。
二、炼钢方法分类
平炉炼钢法、电炉炼钢法、转炉炼钢法,转炉炼钢法是当前国内外最主要的炼钢法。
三、转炉炼钢工艺流程
高
炉
混铁
炉
氧气废钢
轧
钢
厂
钢铁产品
连铸
转炉
铁水
石灰、白云石、莹石等
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转炉产品代表品种
低碳拉丝用钢:Q215A、Q195、H08A、LS、棉打钢
低合金低合金高强度:Q345A、LZ等
普碳:HPB235、Q235A、Q175、挡板专用钢等
低合金类建筑用钢:HRB335、HRB400等
四、炼钢基本原理
1、矿石→铁
Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2,
FeO+C=Fe+CO
2、铁→钢:脱碳、磷、硫、氧,去除有害气体和夹杂;提高温度;调整成分。
碳溶于铁的反应:FeC3=3[Fe]+[C]
脱碳反应:O2+2C=2CO
O2+[Si]=SiO2
O2+[Mn]=MnO2
脱磷反应:2O5)+5[Fe]
脱硫反应:[FeS]+(CaO)=(FeO)+CaS2CaS+3O2=2SO2+2CaO
脱硫、脱磷都需高碱度、大渣量,不同的是脱硫需要高温,低氧化铁,而脱磷则需要低温,高氧化铁。
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脱氧反应:O2+[Si]=SiO2O2+[Mn]=MnO22AL+O3=AL2O3….
五、炼钢基本任务
炼钢就是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质,再依据对钢性能的要求加入适量的合金元素,使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。
去除杂质:脱磷、脱硫、去除气体(脱氧、氢、氮)和非金属夹杂物。
脱碳并将其含量调整到肯定范围。
调整钢液成份和温度。
将钢液浇铸成质量合格的钢坯。
1钢中硫
硫在晶界产生低熔点的共晶化合物FeO-FeS熔点940℃,低于轧、锻温度1150左右,因此热加工时在钢坯内液体处开裂,称之为热脆。
2钢中磷
磷的突出危害是产生冷脆,在低温下,磷越高,冲击性能降低越大。
3钢中氧
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一般测定的钢中的氧是全氧,包括氧化物中的和溶解的氧,使用浓差法定氧时测定钢液中溶解的氧,在钢坯、材取样分析的是全氧。在标准中一般不规定含量值。
4钢中氮
在低碳钢中,增大氮会降低冲击值ak,产生老化现象。
5钢中氢
钢中氢可使钢产生白点(发裂)、疏松、气泡,使钢变脆。
6夹杂物
随着科学技术和经济的进展,人们对钢的纯洁度要求越来越高。由于生产过程环境及工艺自身的影响,钢中存在非金属夹杂物是不行避开的。非金属夹杂的存在破坏了钢的连续性和致密性,对钢的性能有着重要的影响,甚至是打算性的影响。
所谓洁净钢或纯洁钢是指钢中纯洁度把握严格,杂质元素[S]、[P]、[H]、[N]、[O]含量低,总量在100ppm以下;而且要严格把握钢中非金属夹杂物,数量少、尺寸小、形态要把握为点球状不变形夹杂,洁净钢高。
夹杂物分内生夹杂物、外来夹杂物
钢中内在夹杂的主要来源是:冶炼过程元素被氧化及脱氧形成氧化物。内生夹杂物的特征是:分布相对来说较均匀、颗粒相对而言较细小、较晚形成的夹杂物多沿初生晶粒的晶界分布
广义上讲,把浇注过程中钢水与空气、耐火材料、。留在钢中的二次氧化产物一般称为外来夹杂。
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冶炼洁净钢应依据品种和用途要求,在铁水预处理-炼钢-精炼-连铸的操作都应处于严格的把握之下,炼钢环节主要把握技术如下:
(1)铁水预处理,%%。
(2)转炉复合吹炼和炼钢终点把握,改善脱磷条件,提高终点成分和温度一次命中率,降低钢中溶解氧含量,削减钢中非金属夹杂物数量。
(3)挡渣出钢,防止出钢下渣可避开回磷和提高合金吸取率。
(4)钢包渣改质,出钢过程向钢流加入炉渣改质剂,还原FeO并调整钢包渣成分。
在实际生产中,由于钢中非金属夹杂的存在,还会产生一些现场废品和质量降级的推断,造成企业的经济损失,因此,对于连铸坯中的非金属夹杂争辩必需赐予高度重视。
碳(C):是对钢的性能影响最大的基本元素。若多炉浇注时,%。钢中C=012~%,连铸坯易产生纵裂、角裂,甚至造成漏钢事故。为了削减这类钢对裂纹的敏感性,通常在保证机械性能的前提下,~%范围内,而把锰(Mn)~%。
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有害元素(硫S、磷P)含量:S、P是由原料中带入的。S对钢的热裂纹敏感性有突出的影响,%时,钢的延展性有明显的下降,铸坯裂纹加重;P会使钢的晶界脆性增加,裂纹敏感性增加。因此,%,%,或S+%才能防止铸坯产生热裂纹。
硅(Si)、锰(Mn)含量把握:硅、锰含量既影响钢的机械性能,又影响钢水的可浇性。首先要求把钢中硅、锰含量把握在较窄的范围内(波动值Si±%、Mn±%),以保证连浇炉次铸坯中硅、锰含量的稳定。其次要求适当提高Mn/Si比。Mn/,可得到完全液态的脱氧产物,以改善钢崐水的流淌性。因此,在成份规格范围内,调整Si、Mn含量,保持Mn/,以改善钢水的可浇性,这是连铸硅冷静钢的一个特点。
钢中锰能抑制硫的有害影响,消退[S]的热脆倾向,增大Mn/S可有效降低裂纹敏感性。MnS的熔点是1610℃。
残余元素含量:钢中残余元素如铜、锡、铅、锑等,通常是由废钢带入的,而在冶炼中不能去除而残留在钢中。连铸坯在冷却过程中由于铁的氧化,这些元素在晶界富集,造成铸坯表面裂纹。因此应精选废钢或废钢搭配使用,%,锡、***、%。
微量元素:为了改善钢的使用性能,出钢合金化时,有意加入微合金元素,使其在钢水中保持其肯定含量,如钢中含有微合金元素铌Nb、钒V,可提高钢的韧性,增加抗硫化氢腐蚀力量。
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7钢中残余元素及其对钢性能的影响
1)残余元素在钢中的偏析
很多残余元素在钢中是以偏析的形式存在并发挥作用的。除周期表中与铁靠近的几个过渡金属镍、钴、钨、钼、锰、铬外,多数残余元素在钢中均有较强的偏析力量;这种元素的偏析过程,既可以发生于钢液的凝固过程,也可以发生于随后的固态相变,后者需要较长的集中时间。
不同的残余元素其偏析力量可以用偏析系数定量比较,凝固偏析系数取决于残余元素在固相和液相两相之间的安排因数,一般先结晶的固相中含有残余元素较少,而后结晶的部分所含残余元素较多,最终形成典型的铸锭偏析宏观结构。不同残余元素在钢中的凝固偏析因数见表1,它是一个无量纲量,等于Δc/c,即不偏析时,偏析因数为零。
在正常凝固条件下,,因此在铸锭的冒口部分主要偏析元素是硫、磷、碳,其次有锑、氮、***、氢、锡,相应这一部分材料的硬度也将高于铸锭的其它部份。
相应于凝固偏析,残余元素在固态相变或加热中,也可能产生晶界偏析,钢的其次类回火脆性主要就是磷、锡、***、锑在晶界上偏析脆化引起的。与凝固偏析相比,由于残余元素只能做近程集中,所以这种偏析一般需要特定的温度和时间,偏析的位置一般在原始奥氏体晶界等晶体缺陷位置。几种残余元素在晶界上的晶界富集因数亦列于表3,它是一个无量纲量,定义为晶界浓度与晶内浓度之比。依据Seah-Hondros模型,晶界富集因数与残余元素在钢中溶解度成反比。利用阅历关系lg
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β=algcm+b,假如知道一种残余元素在钢中的固溶度,就可以大致估量它的晶界富集因数。式中β为晶界富集因数,cm为残余元素的溶解度,a和b均为常数,其中a=-,b=。
表1 残余元素在钢中凝固偏析的倾向和晶界富集因数
元素名称
凝固偏析因数
晶界富集因数
硫
25000
磷
200~750
碳
10000
锑
1000
氮
—
***
250
氢
—
锡
250~750
铜
100~200
镍、钼
—