钢铁冶金学-炼钢学.pdf
《钢铁冶金学-炼钢学.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钢铁冶金学-炼钢学.pdf(394页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第一页,共三百九十四页。内衮提要炼钢学概述 炼钢的基础理论炼钢原料顶吹氧气转炉炼钢法底吹氧气转炉炼钢法 顶底复吹转炉炼钢法钢的连续浇铸第二页,共三百九十四页。炼钢的发展历程我国钢铁工业的状况.炼钢的基本任务钢的分类第三页,共三百九十四页。严炼钢的发展历程钢与生铁的区别:首先是碳的含量,理论上一般把碳含量小于 211%称之钢,它的熔点在14501500,而生铁 的熔点在11001200。在钢中碳元素和铁元素形成Fe3c固熔体,随着碳含 量的增加,其强度、硬度增加,而塑性和冲击韧性降低。第四页,共三百九十四页。稠的应用前景钢具有很好的物理化学性能与力学性 能,可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工,其用
2、途十分广泛;用途不同对钢的性能要求也不同,从 而对钢的生产也提出了不同的要求。第五页,共三百九十四页。石油、化工、航天航空、交通运输、农业、国防等许多重要的领域均需要各种类型的大量钢材,我们的日常生活更 离不开钢。总之,稠材仍将是21世纪用途景广 的结构材料和索主要功能材料。第六页,共三百九十四页。珠钢方法(1)最早出现的炼钢方法是1740年出现的可竭法,它是将生铁和废铁装入由石墨和粘土制成的生堪内,用火焰加热熔化炉 料,之后将熔化的炉料浇成钢锭。此法几乎无杂质元素的氧化反应。第七页,共三百九十四页。珠钢方法(2)1856年英国人亨利贝塞麦发明了酸性 空气底吹转炉炼钢法,也称为贝塞麦法,第一次
3、解决了用铁水直接冶炼钢水的难 题,从而使炼钢的质量得到提高,但此 法要求铁水的硅含量大于0.8%,而且不能脱硫。目前已淘汰。第八页,共三百九十四页。珠府方法(3)1865年德国人马丁利用蓄热室原理发明了以铁水、废钢为原料的酸性平炉炼钢法,即马丁炉法。1880年出现了第一座 碱性平炉。由于其成本低、炉容大,钢 水质量优于转炉,同时原料的适应性强,平炉炼钢法仍一时成为的主要的炼钢法。第九页,共三百九十四页。珠钢方法(4J1878年英国人托马斯发明了碱性炉衬的 底吹转炉炼钢法,即托马斯法。他是在 吹炼过程中加石灰造碱性渣,从而解决 了高磷铁水的脱磷问题。当时,对西欧 的一些国家特别适用,因为西欧的矿
4、石 普遍磷含量高。但托马斯法的缺点是炉 子寿命底,钢水中氮的含量高。第十页,共三百九十四页。珠府方法(5)1899年出现了完全依靠废钢为原料的电 弧炉炼钢法(E A F),解决了充分利用废钢 炼钢的问题,此炼钢法自问世以来,一 直在不断发展,是当前主要的炼钢法之 一,由电炉冶炼的钢目前占世界总的钢 的产量的30-40%。第十一页,共三百九十四页。珠钢方法(6)瑞典人罗伯特杜勒首先进行了氧气顶吹转炉炼钢的试验,并获得了成功。1952年奥地利的林茨城(L inz)和多纳维 兹城(Donawitz)先后建成了 30吨的氧气顶吹转炉车间并投入生产,所以此法也称为L D法。美国称为B 0F法(B asi
5、cOxyge n F urnace)或B OP法。第十二页,共三百九十四页。LD/BOF/BOP第十三页,共三百九十四页。J炼钢方法(7)_,965年加拿大液化气公司研制成双层管氧气喷嘴,1967年西德马克西米利安钢铁公司引 进此技术并成功开发了底吹氧转炉炼钢法,即OB M法(Oxyge n B ottom Maxhue tte)。1971年美国钢铁公司引进OB M法,1972年建设了 3座200吨底吹转炉,命名为Q-B OP(Quie tB 0P)o第十四页,共三百九十四页。OBM/Q-BOP第十五页,共三百九十四页。珠桐方法(S)在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时,1978-1979年成功开发了
6、转炉顶底复合吹炼工艺,即从转炉上方供给氧气(顶吹氧),从转 炉底部供给惰性气体或氧气,它不仅提高 钢的质量,降低了消耗和吨钢成本,更适 合供给连铸优质钢水。第十六页,共三百九十四页。LDQ-BOP第十七页,共三百九十四页。珠钢方法(9)我国首先在19721973 年在 沈阳第一炼钢厂 成功开发了全氧 侧吹转炉炼钢工 艺。并在唐钢等 企业推广应用。第十八页,共三百九十四页。总之,炼钢技术经过200多 年的发展,技术水平、自动化程 度得到了很大的提高,21世纪炼 钢技术会面临更大的挑战,相信 会有不断的新技术涌现。第十九页,共三百九十四页。L2我国稠铁工业的状况我国很早就掌握了炼铁的冶炼技术,东汉
7、时就出现了冶炼和锻造技术,南北朝时期就掌握了灌钢法,曾在世界范围内处于领先地位。但旧中国钢铁工业非常落后,产量很低,从1890年建设的汉阳钢铁厂至1948 年的半个世纪中,钢产量累计到200万吨,1949年只有15.8万吨。第二十页,共三百九十四页。新中国成立后,特别是改革开放以来,我国的钢 铁事业得到迅速发展,1980年钢产量达到3712万吨,1990年达到6500万吨,1996年首次突破1亿吨大关,成为世界第一产钢大国,2005年产量达到3.4亿吨,占 世界产量的1/3。可以这样讲,我国的钢铁工业对世界产 生了重要影响,我国不仅是产钢大国,而且 已经开始迈入钢铁强国的行列。第二十一页,共三
8、百九十四页。25020015010050019501955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005年份/a我国也稠产量的变化情况第二十二页,共三百九十四页。L3炼布的基本任务炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧,去除 有害气体和非金属夹杂物,提高温度和调整成分。归纳为:“四脱”(碳、氧、磷和硫),二去(去气和去夹杂),“二调整”(成分和温度)。采 用的主要技术手段为:供氧,造渣,21温,加脱氧剂和 合金化操作。第二十三页,共三百九十四页。131桐中的碑对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的含量 高会引起钢的“冷脆”,即从高温降到
9、0以下,钢 的塑性和冲击韧性降低,并使钢的焊接性能与冷弯性能 变差。磷是降低钢的表面张力的元素,随着磷含量的增加,钢液的表面张力降低显著,从而降低了钢的抗裂性能。第二十四页,共三百九十四页。磷是仅次于硫在钢的连铸坯中偏析度高的 元素,而且在铁固熔体中扩散速率很小,因而磷的偏析很难消除,从而严重影响钢 的性能,所以脱磷是炼钢过程的重要任务 之一。第二十五页,共三百九十四页。磷在钢中是以F e3P或F e2P形式存在,但通常 是以P来表达。炼钢过程的脱磷反应是在金属液 与将遣界圆迸仃的。不同用途的钢对磷的含量有严格要求:非合金钢中普通质量级钢PW O.045%;优质级钢 P0.035%;特殊质量级
10、钢 P 0.025%;有的甚至要求 P0.010%o有些钢种:炮弹钢,耐腐蚀钢需加P元素。第二十六页,共三百九十四页。132钢中的硫硫对钢的性能会造成不良影响,钢中硫含量高,会使钢的 热加工性能变坏,即造成钢的“热脆”性。硫在钢中以F e S的形式存在,F e S的熔点为1193C,F e与F e S组成的共晶体的熔点只有985。液态F e与F e S虽可 以无限互溶,但在固熔体中的溶解度很小,仅为0.015%-0.020%o第二十七页,共三百九十四页。当钢中的S0.020%时,由于凝固偏析,F e-F e S共晶 体分布于晶界处,在1150-1200C的热加工过程中,晶 界处的共晶体熔化,钢
11、受压时造成晶界破裂,即发生“热脆”现象。如果钢中的氧含量较高,F e S与F e O形成的共晶体熔 点更低(940),更加剧了钢的“热脆”现象的 发生。第二十八页,共三百九十四页。镒可在钢凝固范围内生成MnS和少量的F e S,纯MnS的熔点为1610,共晶体F e S-MnS(占93.5%)的熔点为1164,它们能有 效的防止钢热加工过程的“热脆”。第二十九页,共三百九十四页。冶炼一般钢种时要求将Mn控制在0.4%-0.8%o在 实际生产中还将Mn/S比作为一个指标进行控制,Mn/S对钢的热塑性影响很大。从低碳钢高温下的拉伸实验发现提高比 可以提高钢的热延展性。一般Mn/S,7时不产生 热脆
12、。第三十页,共三百九十四页。700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400温度.r图2 Mn/S比对低碳钢热延展性的影响第三十一页,共三百九十四页。硫还会明显降低钢的焊接性能,引起高温龟裂,并在焊缝中产生气孔和疏松,从而降低焊缝的强度。硫含量超过0.06%时,会显著恶化钢的耐蚀性。硫还是连铸坯中偏析最为严重的元素o第三十二页,共三百九十四页。不同钢种对硫含量有严格的规定:非合金钢中普通质量级钢s W 0.045%优质级钢 S W 0.035%,特殊质量级钢 S W 0.025%有的钢种要求如管线钢S W 0.005%,甚至更低。有些钢种,如易切削钢硫则作为合金元素加入
13、,要求S=0.08%-0.20%o第三十三页,共三百九十四页。133稠中的氧在吹炼过程中,向熔池供入了大量的氧气,到吹炼终点时,钢水中含有过量的氧,即钢中实际氧含量高于平均值。如不脱氧,在出钢、浇铸中,温度降低,氧溶解度降低,促使碳氧反应,钢液剧烈沸腾,使浇铸困难,得不到 正确凝固组织结构的连铸坯。第三十四页,共三百九十四页。中氧含量高,还会产生皮下气泡,疏松等缺陷,并加剧硫的热脆作用。在钢的凝固过程中,氧将会以氧化物的形式大量析出,会降低钢的塑性,冲击韧性等加工性能。一般测定的是钢中的全氧,即氧化物中的氧和溶解的氧之和,在使用浓差法定氧时才是测定钢液中溶解的 氧,在铸坯或钢材中取样时是全氧样
14、。第三十五页,共三百九十四页。脱氧的任务根据具体的钢种,将钢中的氧含量降低到所需的水平,以保证钢水在凝固时得到合理的凝固组织结构;使成品钢中非金属夹杂物含量最少,分布合适,形态 适宜,以保证钢的各项性能指标;得到细晶结构组织。常用的脱氧剂有F e-Mn,F e-Si,Mn-Si,Ca-Si等合 金。第三十六页,共三百九十四页。134钢中的毛体钢液中的气体会显著降低钢的性能,而且容易造成钢的许多缺陷。钢中气体主要是指氢与氮,它们可 以溶解于液态和固态纯铁和钢中。氢在固态钢中溶解度很小,在钢水凝固和冷却过程中,氢会和co、等气体一起析出,形成皮下气泡 中心缩孔、疏松、造成白点和发纹。第三十七页,共
15、三百九十四页。钢热加工过程中,钢中含有氢气的气孔会沿加工方向 被拉长形成发裂,进而引起钢材的强度、塑性、冲击韧性的降愉即发生“氢脆”现象。在钢材的纵向断面上,呈现出圆形或椭形的银园白色斑点称之为“白点”,实为交错的细小裂纹。主要原因是钢中的氢在小孔隙中析出的压力和钢相变时产生的组织应力的综合力超过了钢的强度,产 生了“白点”。一般白点产生的温度低于200昭。第三十八页,共三百九十四页。钢中的氮是以氮化物的形式存在,它对钢质量的影响体现出双 重性。氮含量高的钢种长时间放置,将会变脆,这一现象称为“老化”或“时效”。原因是钢中氮化物的析出速度很慢,逐渐 改变着钢的性能。低碳钢产生的脆性比磷还严重。
16、钢中氮含量高时,在250-450。(:温度范围,其表面发蓝,钢的强 度升高,冲击韧性降低,称之为“蓝脆”。氮含量增加,钢 的焊接性能变坏。第三十九页,共三百九十四页。钢中加入适量的铝,可生成稳定的A 1N,能够压 抑F e 4N生成和析出,不仅改善钢的时效性,还可 以阻止奥氏体晶粒的长大。氮可以作为合金元素起 到细化晶粒的作用.在冶炼铭钢,银铭系钢或辂镒 系等高合金钢时,加入适量的氮,能够改善塑性和 高温加工性能。第四十页,共三百九十四页。135稠中的夹杂钢中非金属夹杂按来源分可以分成外来夹 杂和内生夹杂。外来夹杂是指冶炼和浇铸过程中,带入钢 液中的炉渣和耐火材料以及钢液被大气氧 化所形成的氧
17、化物。第四十一页,共三百九十四页。内生夹杂包括:脱氧时的脱氧产物;钢液温度下降时,硫、氧、氮等杂质元素溶解度下降而以非金属夹杂形式出现的生成物;凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物;固态钢相变溶解度变化生成的产物。桐中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产生的。第四十二页,共三百九十四页。根据成分不同,夹杂物可分为氧化物夹杂,即F e O、MnO、Si02 A l203、-2()3等简单的氧化物;F e O-F e2O3、F e O-A l2O3 MgO-A L Os等尖晶石类和各种钙铝的复杂氧化 物;-2F e O-SiO2,、2MnO-SiO2 B MnO-A L aHSiOz等硅酸
18、盐;硫化物夹杂,如F e S、MnS、CaS等;氮化物夹杂,如A I N、TiN、ZrN、VN、B N等。第四十三页,共三百九十四页。按加工性能,夹杂物可分为:塑性夹杂,它是在热加工时,沿加工 方向延伸成条带状;脆性夹杂,它是完全不具有塑性的夹杂物,如尖晶石类型夹杂物,熔点高的氮化物;点状不变性夹杂,如 Si。2超过70%的硅酸盐,CaS钙的铝硅酸盐等。由于非金属夹杂对钢的性能产生严重的影响,此在炼钢、精炼和连铸过程应最大限度地降低钢液中夹杂物的含量,控制其形状、尺寸。第四十四页,共三百九十四页。136钢中的成分(碳)炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱除 至所炼钢钟的要求。从钢的性质可
19、看出碳也是重要 的合金元素,它可以增加钢的强度和硬度,但对韧 性产生不利影响。钢中的碳决定了冶炼、轧制和热处理的温度制度。第四十五页,共三百九十四页。碳能显著改变钢的液态和凝固性质,在16000C,CW 0.8%时,每增0.1%的碳 钢的熔点降低6.5 密度减少4kg/m3 黏度降低0.7%N的溶解度降低0.001%H的溶解度降低0.4 cm3/100g增大凝固区间17.79霓o第四十六页,共三百九十四页。钱(Mn)镒的作用是消除钢中硫的热脆倾向,改变硫化物的形 态和分布以提高钢质;镒是一种非常弱的脱氧剂,在碳含量非常低、氧含 量很高时,可以显示出脱氧作用,协助脱氧,提高他们的 脱氧能力;镒还
20、可以略微提高钢的强度,并可提高钢的淬透性 能,稳定并扩大奥氏体区,常作为合金元素生成奥 氏体不锈钢、耐热钢等。第四十七页,共三百九十四页。硅(Si)硅是钢中最基本的脱氧剂。普通钢中含硅在0.17%-0.37%,1453C钢凝固时,能保证钢中与其平衡的氧小于与碳平衡的量,抑制凝固过程中C0气泡的产生。生产沸腾钢时,Si为0.03%-0.07%,Mn为0.25%-0.70%,它只能微弱控制C-0反应。硅能提高钢的机械性能,增加了钢的电阻和导磁性。第四十八页,共三百九十四页。硅对钢液的性质影响较大,16000C纯铁中每增加1%的硅:碳的饱和溶解度降低了0.294%铁的熔点降低8笃密度降低8 0kg/
21、m3 N的饱和溶解度降低0.003%H降低 1.4cm3/100g钢的凝固区间增加100C,钢液的收缩率提局2.05%o第四十九页,共三百九十四页。48(Al)铝是终脱氧剂,生产镇静钢时,A 1多在0.005%-0.05%,通常为 0.01%-0.03%o钢中铝的加入量因氧量而异,对高碳钢应少加些,而 低碳钢则应多加,加入量一般为:0.3-1.Okg/t钢。铝加到钢中将与氧发生反应生成A I 2O3,在出钢、镇静和浇铸时生成的 A I 2O3大部分上浮排除,在凝固过程中大量细小分散的A&03还能促进形 成细晶粒钢。铝是调整钢的晶粒度的有效元素,它能使钢的晶粒开始长 大并保持到较高的温度。第五十
22、页,共三百九十四页。1.4钢的分类按化学成分分类按是否加入合金元素可钢分为把碳素钢和合金钢两大类。碳素钢是指钢中除含有一定量为了脱氧而加入硅(一般W 0.40%)和 镒(一般W 0.8 0%)等合金元素外,不含其他合金元素的钢。根据碳含量 的高低又可分成低碳钢(CW 0.25%),中碳钢(0.25%(CW 0.60%)和高碳钢(C0.60%)o第五十一页,共三百九十四页。合金钢是指钢中除含有硅和镒作为合金元素或脱氧元素外,还含 有其他合金元素如铭、银、钥、钛、帆、铜、鸨、铝、钻、锯、错和稀土元素等,有的还含有某些非金属元素如硼、氮等的钢。根据钢中合金元素含量的多少,又可分为低合金钢,中合金钢
23、和高合金钢。一般合金元素总含量小于3%的为普通低合金钢,总含量 为3%5%的为低合金钢,大于10%的叫高合金钢,总含量介于5%10%之间为中合金钢。按钢中所含有的主要合金元素不同可分为镒钢、硅钢、硼钢、铝 镶鸨钢、铭镒硅钢等。第五十二页,共三百九十四页。楼冶炼方法和质量水平分类按炼钢炉设备不同可分为转炉钢、电炉钢、平炉钢。其中电炉钢包括电弧炉钢、感应炉钢、电渣钢、电子束熔炼及有关 的真空熔炼钢等。按脱氧程度不同可分为沸腾钢(不经脱氧或微弱脱氧)、镇静钢(脱氧充分)和半镇静钢(脱氧不完全,介于镇静钢和沸腾钢 之间)。按质量水平不同可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。第五十三页,共三百九十四页。楼用
24、逡分类分为三大类:结构刎,工具刎,特殊性能纲。结构钢是目前生产最多、使用最广的钢种,它包括碳素结构钢和 合金结构钢,主要用于制造机器和结构的零件及建筑工程用的金属结 构等。碳素结构钢是指用来制造工程结构件和机械零件用的钢,其硫、磷等杂质含量比优质钢高些,一般SW 0.055%,P1W 0.045%,优质 碳素钢S和P均(0.040%。碳素结构钢的价格最低,工艺性能良好,产量最大,用途最广。第五十四页,共三百九十四页。合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上,适当 地加入一种或数种合金元素,用来提高钢的强度、韧 性和淬透性。合金结构钢根据化学成分(主要指含碳 量)热处理工艺和用途的不同,又可分为渗碳
25、钢、调 质钢和氮化钢。第五十五页,共三百九十四页。合金结构稠渗碳钢指用低碳结构钢制成零部件,经表面化学处理,淬火并低温回火后,使零件表面硬度高而心部韧性好,既耐磨又能承受高的交变负荷或冲击负荷。调质钢的含碳量大于0.25%,所制成的零件经淬火和高温回火调质 处理后,可得到适当的高强度与良好的韧性。氮化钢一般是指以中碳合金结构钢制成零件,先经过调质或表面火 焰淬火、高频淬火处理,获得所需要的力学性能,最后再进行氮化处理,以 进一步改善钢的表面耐磨性能。第五十六页,共三百九十四页。工具稠包括碳素工具钢和合金工具钢及高速钢。碳素工具钢的硬度主要以含碳量的高低来调整(0.65%w C W 1.30%)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 钢铁 冶金学 炼钢
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【曲****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【曲****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。