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1、炼钢培训材料一、钢与铁的区别钢与铁区别主要体现在碳含量的不同上，钢与铁之间没有很明确的一致公认的界限。 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%以下0.02%以上，并含有其它元素的统称。 根据Fe-O相图的划分， 碳含量在2.11%以下的成为钢，在2.11%以上的成为铁。 碳含量大于1.4%的钢很少使用，碳含量小于0.02%的钢称为工业纯铁，它是电器、电讯、电工仪表用的磁性材料。基本知识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 。 HRB 335：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
2、服强度值3、碳含量小于0.25%是低碳钢，在0.25-0.60%之间为中碳钢，大于0.60%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，原因是钢中含铬，含铬12.5%，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。通常把能够抵抗大气腐蚀的含铬在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
3、。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、HRB4
4、00等 四、炼钢基本原理1、矿石 铁 Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2, FeO +C=Fe+CO2、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=3Fe+C脱碳反应：O2 +2C=2CO O2 +Si=Si O2 O2 +Mn=Mn O2 脱磷反应：2P+ 5(FeO)+3(CaO)=(3CaO.P2O5)+5Fe脱硫反应：FeS+ (CaO)= (FeO)+ CaS 2CaS+ 3O2 =2S O2+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。脱氧反应：O2 +Si=Si O2 O2
5、+Mn=Mn O2 2AL+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，再根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。v 去除杂质：脱磷、脱硫、去除气体（脱氧、氢、氮）和非金属夹杂物。v 脱碳并将其含量调整到一定范围。v 调整钢液成份和温度。v 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 一般测定的钢中的氧是全氧，包括
6、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发展,人们对钢的纯净度要求越来越高。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可避免的。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,甚至是决定性的影响。所谓洁净钢或纯净钢是指钢中纯净度控制严格，杂质元素S、P、H、N、O含量低，总量在100ppm以下;而且要严格控制钢中非金属夹杂物，数量少、尺寸小、
7、形态要控制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、炉渣之间的相互化学反应生成的氧化产物.使钢水重新被污染的过程叫二次氧化。留在钢中的二次氧化产物一般称为外来夹杂。冶炼洁净钢应根据品种和用途要求，在铁水预处理-炼钢-精炼-连铸的操作都应处于严格的控制之下，炼钢环节主要控制技术如下：(1)铁水预处理，入炉铁水硫含量应小于0.005%甚至小于0.002%。(2)转炉复合吹炼和
8、炼钢终点控制，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，减少钢中非金属夹杂物数量。 (3)挡渣出钢，防止出钢下渣可避免回磷和提高合金吸收率。(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判断,造成企业的经济损失,因此,对于连铸坯中的非金属夹杂研究必须给予高度重视。碳（C）：是对钢的性能影响最大的基本元素。若多炉浇注时，各炉之间钢水中碳含量差别要求小于0.02。钢中C=0120.17，连铸坯易产生纵裂、角裂，甚至造成漏钢事故。为了减少这类钢对裂纹的敏感性，通常在保证机械性能
9、的前提下，把钢的含碳量控制在0.160.22范围内，而把锰（Mn）含量提高到0.70.8。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，S大于0.025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，裂纹敏感性增强。因此，对于连铸钢水要求S小于0.03，最好S小于0.025，或S+P小于0.05才能防止铸坯产生热裂纹。硅（Si）、锰（Mn）含量控制：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、锰含量控制在较窄的范围内（波动值Si0.05、Mn0.10），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MnS
10、i比。MnSi大于3.0，可得到完全液态的脱氧产物，以改善钢崐水的流动性。因此，在成份规格范围内，调整Si、Mn含量，保持MnSi大于3.0，以改善钢水的可浇性，这是连铸硅镇静钢的一个特点。钢中锰能抑制硫的有害影响，消除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，控制钢中铜小于0.2，锡、砷、锑含量小于0.10。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
11、元素，使其在钢水中保持其一定含量，如钢中含有微合金元素铌Nb、钒V，可提高钢的韧性，增加抗硫化氢腐蚀能力。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许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能力；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，后者需要较长的扩散时间。不同的残余元素其偏析能力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分配因数，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，最后形成典型的铸锭
12、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c/c，即不偏析时，偏析因数为零。在正常凝固条件下，凝固偏析因数小于0.5一般不会产生严重的宏观偏析，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、砷、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，钢的第二类回火脆性主要就是磷、锡、砷、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扩散，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
13、是一个无量纲量，定义为晶界浓度与晶内浓度之比。根据Seah-Hondros模型，晶界富集因数与残余元素在钢中溶解度成反比。利用经验关系lgalgcm+b，如果知道一种残余元素在钢中的固溶度，就可以大致估计它的晶界富集因数。式中为晶界富集因数，cm为残余元素的溶解度，a和b均为常数，其中a-0.868，b0.898。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0.9825000磷0.87200750碳0.8710000锑0.801000氮0.72砷0.70250氢0.68锡0.50250750铜0.44100200镍、钼0.20锰0.16钨0.10钴0.10铬
14、0.05钢中第三组元对残余元素在晶界偏析的影响很大，根据Guttmann的工作，镍、锰、铬、钒、钨、钼、钛、锆对磷偏析的影响依序增强。而镍、铬对锑在钢中的偏析程度亦有相当加强。由于硅、锰对残余元素在晶界偏析的影响很大，在现代超纯净钢概念中，已将硅、锰列入应控的杂质元素，含量可控制在0.05 %以下。2）残余元素对钢材高温塑性的影响在生产实践中，人们早已发现钢材的热加工性能与钢中的残余元素硫及铜含量有重要关系，钢中这些残余元素含量一旦升高，钢的锻造性能或热轧性能将严重恶化，即所谓热脆现象。由热力学数据可知，所有全保留残余元素在合适的氧化性气氛下加热，由于选择性氧化的结果，均会富集于钢的表面。这由
15、于伴随铁的氧化及氧的扩散过程，未发生氧化的残余元素将逐渐沉积于金属基体与氧化皮的界面，钢材加热时间越长，氧化皮亦越厚，相应在表面富集的残余元素也将越多。除了铜以外，大部分富集的残余元素会逐渐溶入钢材的表面形成富集层而不是形成低熔点液相。然而，由于铜在钢中的溶解度低，生产中经常可以发现钢表面有时可以形成一层沉积铜。如果钢的热加工(锻造或热轧)温度在铜的熔点(1083 )以上则表面沉积的这层铜将形成液膜，将润湿钢的表面并沿晶界向钢内部浸润，最后导致严重的铜裂，这是目前已发现的最严重的加工热脆性机制之一。铜在钢表面富集的程度，取决于钢中的残铜量和钢坯加热时的氧化程度，对传统的铸锭工艺，钢材从开坯到最后成型一般至少要经二次高温加热时
