1、冶金質(zhì)量分析,楠頂,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,第一章 緒論,冶金的基本概念 冶金是一門研究如何經(jīng)濟(jì)的從礦石或其他原料中提取金屬或金屬化合物，并用各種加工方法制成具有一定性能的金屬材料的科學(xué) 冶金的分類 1.按方法：火法冶金、濕法冶金 2.按元素：鋼鐵冶金、有色冶金,二、冶金質(zhì)量分析及評(píng)價(jià) 冶金質(zhì)量實(shí)際上是冶金質(zhì)量和性能質(zhì)量的綜合反應(yīng)。 鋼材質(zhì)量的分析往往是通過(guò)采用常規(guī)的及現(xiàn)代的手段、方法，測(cè)定各種性能(力學(xué)性能、理化性能、工藝性能和使用性能)來(lái)反映鋼的質(zhì)量。而任何金屬材料的性能都是其成分工 因此，掌握冶煉質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)乃是正確選擇冶煉工藝路線、

2、判定合理的工藝過(guò)徑以及保證鋼材性能的必要條件。而冶煉質(zhì)量可以用成分控制范圍、純潔度及鑄態(tài)組織作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。 一種質(zhì)量合格的冶金產(chǎn)品，成分應(yīng)控制在最佳范圍，純潔度要高，鑄態(tài)組織要求均勻、致密。持別是成分要控制準(zhǔn)確、穩(wěn)定和均勻。不但要縮小成分波動(dòng)范圍，還要控制微量元素含量，即在成分合格范圍內(nèi)，通過(guò)微調(diào)來(lái)控制質(zhì)量。,三、冶金質(zhì)量分析的意義 為改進(jìn)操作工藝提供依據(jù) 提高成材率和節(jié)約金屬材料 提高鋼材使用的安全可靠性 降低產(chǎn)品成本，提高經(jīng)濟(jì)效益,第二章 冶金質(zhì)量綜合分析,2.1 鋼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)指標(biāo) 一、鋼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是具有一定權(quán)威的組織對(duì)重復(fù)事物和概念所做的統(tǒng)一規(guī)定。它以科學(xué)、技術(shù)和實(shí)驗(yàn)

3、經(jīng)驗(yàn)的綜合成果為基礎(chǔ)，經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商一致，出主管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，以特定形式發(fā)布，作為共同遵守的技術(shù)準(zhǔn)則和依據(jù)。對(duì)于鋼材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，各國(guó)都有本國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部門或協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。如日本的“JIS”標(biāo)準(zhǔn)，前蘇聯(lián)的“TOCT”標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)的“ASTM”標(biāo)準(zhǔn)，英國(guó)的“BS”標(biāo)準(zhǔn)，以及我國(guó)的GB標(biāo)準(zhǔn)(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))，YB標(biāo)準(zhǔn)(冶金部頒標(biāo)準(zhǔn))等。,隨著生產(chǎn)、貿(mào)易和技術(shù)交流的發(fā)展，要求在國(guó)際上廣泛統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)體系，為此，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在1987年發(fā)布了IS09000系列標(biāo)準(zhǔn)，該系列標(biāo)準(zhǔn)由IS09000(質(zhì)量管理和質(zhì)量保證標(biāo)準(zhǔn)選用指南)、ISO9001(質(zhì)量體系一設(shè)計(jì)、研制、安裝和服務(wù)的質(zhì)量保證模式)、ISO9002(質(zhì)量體系制造和

4、安裝的質(zhì)量保證模式)、ISO9003(質(zhì)量體系最終檢驗(yàn)和試驗(yàn)質(zhì)量保證模式)和ISO9004(質(zhì)量管理和質(zhì)量變素指南)等構(gòu)成了質(zhì)量管理和質(zhì)量保證的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)系列，很快得到一些國(guó)家的響應(yīng)。,根據(jù)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)的最新分類方法冶金類標(biāo)準(zhǔn)包括：冶金綜合、化學(xué)分析方法、理化性能試驗(yàn)方法、原料與輔助材料、鋼鐵產(chǎn)品、有色金屬產(chǎn)品、粉末冶金、半導(dǎo)體材料及冶金設(shè)備等九個(gè)方面的內(nèi)容。其中鋼材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為冶金類標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分。歸納起來(lái)，鋼質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)主要有以下三個(gè)方面：1.綜合基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)；2.鋼鐵產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；3.測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn),二、鋼的質(zhì)量指標(biāo)內(nèi)容 (一)性能質(zhì)量指標(biāo) 鋼材性能質(zhì)量指標(biāo)的主要內(nèi)容是指對(duì)鋼材的力學(xué)性能、

5、工藝性能和物理化學(xué)性能的要求。其中最通常的是力學(xué)性能，如強(qiáng)度、塑性和韌性、硬度等，有時(shí)還要求疲勞等特殊性能。這些性能可以由拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)以及相應(yīng)的特殊性能試驗(yàn)測(cè)定出來(lái)。,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,(二)冶煉質(zhì)量指標(biāo) 鋼材的性能主要取決于其化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)，因此，在鋼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定了化學(xué)成分范圍，有時(shí)還提出了對(duì)組織結(jié)構(gòu)方面的要求。例如品粒度、夾雜物形態(tài)及分布、鋼材內(nèi)部缺陷等。,2.2 鋼質(zhì)量檢驗(yàn) 檢驗(yàn)的目的： 一方面是為了儉驗(yàn)成品鋼材的質(zhì)量是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 另一方面是通過(guò)觀察和鑒定各種缺陷的分布和性質(zhì)，以便分析研究產(chǎn)生缺陷

6、的原因和各種工藝因素對(duì)鋼質(zhì)量的影響，從而為改進(jìn)工藝質(zhì)量和各種試驗(yàn)研究提供數(shù)據(jù)。,一、表面質(zhì)量檢驗(yàn) 表面質(zhì)量檢驗(yàn)包括對(duì)表面缺陷和外觀形狀、尺寸缺陷的檢驗(yàn)。鋼在撓注、鍛軋、加熱等過(guò)程中，由于處理不當(dāng)，可能產(chǎn)生各種表面缺陷。最常見(jiàn)的鋼材表面缺陷有：結(jié)疤、劃痕、折迭、表面裂紋、氧化鐵皮和外觀形狀、尺寸公差缺陷等。 (1)結(jié)疤 結(jié)疤是鋼材表面呈舌頭狀、指甲狀或魚鱗狀的薄片。鋼板上的結(jié)疤又叫重皮。有些結(jié)疤的一端是翹起的，翹起的結(jié)疤又叫翻皮。 (2)劃痕 劃痕是由于軋制設(shè)備的某些零件與所軋工作摩擦而產(chǎn)生的表面缺陷一般里連續(xù)狀分布或斷續(xù)狀分布。 (3)折迭 折迭通常是指材料在前一道銀、軋中所產(chǎn)生的突出尖角或耳

7、子，在隨后的鍛、軋時(shí)壓入金屬本體面形成的缺陷。 (4)表面裂紋 是指材料表面的開(kāi)裂，其類型和名稱很多，最常見(jiàn)的是裂縫和發(fā)紋等。裂縫一般為與加工方向一致的直線，形成Y形的尖底開(kāi)裂；發(fā)紋為分散或成簇分布的頭發(fā)狀細(xì)裂紋。裂縫和發(fā)紋的主要區(qū)別是長(zhǎng)短、粗細(xì)和深淺不同。 (5)氧化鐵皮 是鋼材在加熱、軋制和冷卻過(guò)程中其表面生成的金同氧化物。 ( 6)表面形狀、尺寸缺陷 王要包括橢圓度、彎曲度、波浪度、瓢曲皮等方面的檢驗(yàn)。,二、成分分析 成分分析是對(duì)提供的試樣(包括爐中取樣相成品鋼)進(jìn)行指定化學(xué)元素的分析?，F(xiàn)行成分分析方法有化學(xué)分析和儀器分析兩大類，鋼的成分分析是質(zhì)量檢驗(yàn)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。 (一)化學(xué)分析法

8、 適用于鋼材、原材料成分的化學(xué)分析的主要方法有重量分析法、容量分析法、吸光光度法、氣化法和電量分析法等。各種分析方法有其自身的特點(diǎn)，如果選擇得當(dāng)，可取得事半功倍的效果。例如，對(duì)碳、硫等元素分析可采用氣化法進(jìn)行分析，對(duì)低含量元素進(jìn)行分析，采 用吸光光度法比采用其他方法可靠性更高。 一般對(duì)鋼材進(jìn)行化學(xué)分析，均需從被測(cè)鋼料或制件上鉆取一定數(shù)量的試驗(yàn)樣品分析。,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,(二) 儀器分析 所謂儀器分析，是利用物理方法依據(jù)試樣被測(cè)成分的原子、離子或其化合物的物理性質(zhì)，進(jìn)行分離測(cè)定，并將所得之值與用同樣方法對(duì)巳知含量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(印標(biāo)準(zhǔn)試樣

9、)測(cè)得之值進(jìn)行比較，求其在試樣中的含量。儀器分析可按物理信息及其分離測(cè)定法的不同進(jìn)行分類?，F(xiàn)適用于鋼鐵、爐渣及其原材料的常規(guī)分析方法有看譜分析、光電直讀光譜、發(fā)射光譜及原子吸收光譜分析法等。此外，近年來(lái)用于冶金成分分析的儀器及方法有：紅外光譜、色譜、x射線熒光光譜、電子探針、離子探針及等離子光譜(ICP)等分析方法，它們現(xiàn)主要是進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)研究及成品等分析。這些儀器可與電子計(jì)算機(jī)結(jié)合使用，其分析精度大幅度提高，分析時(shí)間大幅度縮短，并能作微區(qū)分析。,三、組織檢驗(yàn) 鋼材的組織和缺陷可以通過(guò)組織檢驗(yàn)方法來(lái)觀察識(shí)別和評(píng)定。鋼材的組織檢驗(yàn)可分為宏觀組織檢驗(yàn)和微觀組織檢驗(yàn)兩種，后者又稱顯微組織檢驗(yàn)。 (

10、一)宏觀組織檢驗(yàn) 宏觀組織檢驗(yàn)是用肉眼或低倍放大鏡及實(shí)體顯微鏡檢查縱、橫斷面及斷口，以評(píng)定鋼材宏觀組織和缺陷。常用的方法有低倍(酸浸)試驗(yàn)、斷口試驗(yàn)、塔形試驗(yàn)和硫印試驗(yàn)等。,（二)顯微組織檢驗(yàn) 顯微組織檢驗(yàn)亦稱高倍檢驗(yàn)，是用金相顯微鏡來(lái)觀察、分析鋼的微觀組織狀態(tài)和缺陷的檢驗(yàn)方法。檢驗(yàn)前，需經(jīng)過(guò)取樣、預(yù)磨、拋光和腐蝕等過(guò)程制成試樣，然后在502000倍的金相顯微鏡上觀察。按一般檢驗(yàn)采用100500倍的放大倍數(shù)進(jìn)行評(píng)定。顯微組織檢驗(yàn)項(xiàng)目很多，主要有晶粒度、非金屬夾雜物、脫碳層深度和顯微組織及缺陷等內(nèi)容。,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,1.奧氏體晶粒度

11、 奧氏體晶粒大小對(duì)鋼的性能有顯著影響。細(xì)小的奧氏體晶粒由于有較長(zhǎng)的晶界，促進(jìn)了奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變從而降低了鋼的淬透性。奧氏體晶粒大小對(duì)鋼材沖擊韌性影響也很大因此要求優(yōu)良可焊性的造船鋼板、在高溫高壓下使用的鍋爐鋼管、經(jīng)熱處理后使用的機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼、需進(jìn)行大變形拉拔加工的中碳鋼構(gòu)件等，均需對(duì)奧氏體晶粒度進(jìn)行檢驗(yàn)。 此外，鑒于鋼的深沖件、磁性和低溫脆性等與鐵索體晶粒度有密切關(guān)系，故對(duì)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在o2以下的薄板、電工鋼板和造船用鋼等一般要進(jìn)行鐵索體晶粒度的檢驗(yàn)，方法與上述奧氏體晶檢度的測(cè)定方法相同。鋼中晶粒度的檢驗(yàn)按GB639486或有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來(lái)測(cè)定鋼中的實(shí)際晶粒度和奧氏體本質(zhì)晶粒度。,2非金

12、屬夾雜物鑒定 非金屬夾雜物的研究，對(duì)提高鋼質(zhì)量具有極大的意義及鋼制舉件的受用有密切的關(guān)系。在金屬中，即使僅含有少量的非金屬夾雜物，對(duì)性能也有明顯的影響。當(dāng)大雜物順著零件方向拖延成鏈條狀小顆粒分布，或沿晶界分布時(shí)，對(duì)金屬力學(xué)性能的影響就更為嚴(yán)重，常常因應(yīng)力集中導(dǎo)致突然斷裂。夾雜物的存在將降低金屬的塑性和沖擊韌性。在鋼材冶煉過(guò)程中，若不很好地防止夾雜物的產(chǎn)生，往往會(huì)導(dǎo)致鋼材的報(bào)廢，給生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。 夾雜物的評(píng)級(jí)可按YB2577及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行，該標(biāo)準(zhǔn)分脆性?shī)A雜物分散分布、脆性?shī)A雜物集中分布以及塑性?shī)A雜物集中分布和分散分布四套評(píng)級(jí)圖。有的也采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)。 弄清夾親物的本質(zhì)，可以對(duì)冶煉丁藝提出

13、改進(jìn)意見(jiàn)從而改進(jìn)和控制冶煉過(guò)程中的某此工藝改善鋼的質(zhì)量。因此，鋼中夾雜物的鑒定工作。直接關(guān)系著鋼質(zhì)量的好壞，在鋼鐵研充領(lǐng)域中是較為重要的工作之一。,舉例：電渣重熔錠加工成厚40mm的板材后，經(jīng)超聲探傷發(fā)現(xiàn)音分層問(wèn)題。在分層處沿厚度方向取樣進(jìn)行金相觀察，發(fā)現(xiàn)分層為沿軋向的一條粗大夾雜物。其夾層的平均厚度約0.06mm；從夾層刮取的粉末進(jìn)行化學(xué)分析，其組成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：Si0211.0、A1203386、FeO2.4、MgO1. 5，但這四種夾雜物組成含量只有535，顯然還有其他成分。當(dāng)將此粉末進(jìn)行X射線衍射分析時(shí)，其結(jié)果有CaF2。于是再將粉末進(jìn)行化學(xué)分析，得出CaF2 占總量的448。這時(shí)五

14、個(gè)組成加起來(lái)為983接近于全量。出此確定此分層的夾雜物來(lái)自重熔中的渣相。,3.脫碳層測(cè)量 鋼加熱時(shí)，表層碳分比內(nèi)層降低的現(xiàn)象謂之脫碳.凡降低了碳量的表面層叫脫碳層。 在大多數(shù)的鋼材中、持別是對(duì)工具鋼、滾珠鋼、高速鋼及彈簧鋼來(lái)說(shuō)，脫碳被視為鋼材的一種缺陷。由予鋼材表面脫碳層未消除干凈使工具鋼、滾珠鋼表面硬度相耐磨性降低淬火時(shí)由干里外層體積變化不同經(jīng)常使得工件表面形成裂紋。對(duì)高速鋼而言，脫碳還降低了鋼材的紅硬度和回火穩(wěn)定性；對(duì)彈簧鋼而言，脫碳則降低了鋼材的抗疲勞性能，所以必須將脫碳控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。脫碳是金相檢驗(yàn)的項(xiàng)目之一，隨著鋼種以及尺寸的不同，容許脫碳層的深度也有所不同。鋼的氧化與脫碳決定于鋼

15、的化學(xué)成分、加熱溫度、加熱時(shí)間及加熱爐的氣氛等。,4 其他缺陷組織的檢驗(yàn) 鋼中的缺陷組織除上述以外還有網(wǎng)狀碳化物、碳化物液析、碳化物帶狀、碳化物球化不良、帶狀組織、奧氏體中。相及魏氏體組織、游離滲碳休等。,2.3 鋼的質(zhì)量分析方法 一般步驟： 1.問(wèn)題的提出 2.實(shí)驗(yàn)和分析方法 3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析討論 4.結(jié)論及控制方法,第三章 常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制,3.1 煉鋼的發(fā)展歷程 鋼與生鐵的區(qū)別： 首先是碳的含量，理論上一般把碳含量小于2.11%稱之鋼，它的熔點(diǎn)在1450-1500，而生鐵的熔點(diǎn)在1100-1200。 在鋼中碳元素和鐵元素形成Fe3C固熔體，隨著碳含量的增加，其強(qiáng)度、硬度增加，而塑性

16、和沖擊韌性降低。,鋼的應(yīng)用前景,鋼具有很好的物理化學(xué)性能與力學(xué)性能，可進(jìn)行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，其用途十分廣泛； 用途不同對(duì)鋼的性能要求也不同，從而對(duì)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、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等許多重要的領(lǐng)域均需要各種類型的大量鋼材，我們的日常生活更離不開(kāi)鋼。 總之，鋼材仍將是21世紀(jì)用途最廣的結(jié)構(gòu)材料和最主要功能材料。,煉 鋼 方 法（1）,最早出現(xiàn)的煉鋼方法是1740年出現(xiàn)的坩堝法，它是將生鐵和廢鐵裝入由石墨和粘土制成的坩堝內(nèi)，用火焰加熱熔化爐料，之后將熔化的爐料澆成鋼錠。此法幾乎無(wú)雜質(zhì)元素的氧化反應(yīng)。,煉 鋼 方 法（2）,1856年英國(guó)人亨利貝塞麥發(fā)

17、明了酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，也稱為貝塞麥法，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，但此法要求鐵水的硅含量大于0.8%，而且不能脫硫。目前已淘汰。,煉 鋼 方 法（3）,1865年德國(guó)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法，即馬丁爐法。1880年出現(xiàn)了第一座堿性平爐。由于其成本低、爐容大，鋼水質(zhì)量?jī)?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。,煉 鋼 方 法（4）,1878年英國(guó)人托馬斯發(fā)明了堿性爐襯的底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即托馬斯法。他是在吹煉過(guò)程中加石灰造堿性渣，從而解決了高磷鐵水的脫磷問(wèn)題。當(dāng)時(shí)，對(duì)西歐的一些國(guó)家特別適用，因?yàn)槲?/p>

18、歐的礦石普遍磷含量高。但托馬斯法的缺點(diǎn)是爐子壽命底，鋼水中氮的含量高。,煉 鋼 方 法（5）,1899年出現(xiàn)了完全依靠廢鋼為原料的電弧爐煉鋼法(EAF)，解決了充分利用廢鋼煉鋼的問(wèn)題，此煉鋼法自問(wèn)世以來(lái)，一直在不斷發(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的產(chǎn)量的30-40%。,煉 鋼 方 法（6）,瑞典人羅伯特杜勒首先進(jìn)行了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的試驗(yàn)，并獲得了成功。1952年奧地利的林茨城(Linz)和多納維茲城(Donawitz)先后建成了30噸的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐車間并投入生產(chǎn)，所以此法也稱為L(zhǎng)D法。美國(guó)稱為BOF法（Basic Oxygen Furnace）或BOP法。,LD/

19、 BOF/ BOP,煉 鋼 方 法（7）,1965年加拿大液化氣公司研制成雙層管氧氣噴嘴，1967年西德馬克西米利安鋼鐵公司引進(jìn)此技術(shù)并成功開(kāi)發(fā)了底吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即OBM法(Oxygen Bottom Maxhuette) 。1971年美國(guó)鋼鐵公司引進(jìn)OBM法，1972年建設(shè)了3座200噸底吹轉(zhuǎn)爐，命名為Q-BOP (Quiet BOP)。,OBM/ Q-BOP,煉 鋼 方 法（8）,在頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展的同時(shí)，1978-1979年成功開(kāi)發(fā)了轉(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)爐底部供給惰性氣體或氧氣，它不僅提高鋼的質(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。

20、,LD- Q- BOP,煉 鋼 方 法（9）,我國(guó)首先在1972-1973年在沈陽(yáng)第一煉鋼廠成功開(kāi)發(fā)了全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。并在唐鋼等企業(yè)推廣應(yīng)用。,總之，煉鋼技術(shù)經(jīng)過(guò)200多年的發(fā)展，技術(shù)水平、自動(dòng)化程度得到了很大的提高，21世紀(jì)煉鋼技術(shù)會(huì)面臨更大的挑戰(zhàn)，相信會(huì)有不斷的新技術(shù)涌現(xiàn)。,1.2 我國(guó)鋼鐵工業(yè)的狀況,我國(guó)很早就掌握了煉鐵的冶煉技術(shù)，東漢時(shí)就出現(xiàn)了冶煉和鍛造技術(shù)，南北朝時(shí)期就掌握了灌鋼法，曾在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。 但舊中國(guó)鋼鐵工業(yè)非常落后，產(chǎn)量很低，從1890年建設(shè)的漢陽(yáng)鋼鐵廠至1948年的半個(gè)世紀(jì)中，鋼產(chǎn)量累計(jì)到200萬(wàn)噸，1949年只有15.8萬(wàn)噸。,新中國(guó)成立后，特別是改革

21、開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的鋼鐵事業(yè)得到迅速發(fā)展，1980年鋼產(chǎn)量達(dá)到3712萬(wàn)噸，1990年達(dá)到6500萬(wàn)噸，1996年首次突破1億噸大關(guān)，成為世界第一產(chǎn)鋼大國(guó)，2005年產(chǎn)量達(dá)到3.4億噸，占世界產(chǎn)量的1/3。 可以這樣講，我國(guó)的鋼鐵工業(yè)對(duì)世界產(chǎn)生了重要影響，我國(guó)不僅是產(chǎn)鋼大國(guó)，而且已經(jīng)開(kāi)始邁入鋼鐵強(qiáng)國(guó)的行列。,我國(guó)粗鋼產(chǎn)量的變化情況,3.2 煉鋼的基本任務(wù)及原料 一、煉鋼的基本任務(wù) 1)降低C到規(guī)定的范圍。 2)除去雜質(zhì)(Si、Mn、S、P等) 3)添加合金元素進(jìn)行合金化。,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)整成分。 歸納為：“四脫”（碳、氧、磷和硫），

22、“二去”（去氣和去夾雜），“二調(diào)整”（成分和溫度）。采用的主要技術(shù)手段為：供氧，造渣，升溫，加脫氧劑和合金化操作。,二、煉鋼原料及質(zhì)量要求 煉鋼原料有金屬原料和非金屬原料兩大類。金屬原料包括生鐵、廢鋼、合金材料；非金屬原料包括氧化劑和造渣材料等。 1生鐵 煉鋼生鐵的化學(xué)成分是否穩(wěn)定，對(duì)于煉鋼操作和產(chǎn)品質(zhì)量有較大影響。一殷除要求煉鋼生鐵中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4.0左右外，對(duì)于生鐵中其他元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也作了規(guī)定，不同煉鋼法亦有不同的要求。如平爐對(duì)Mn不作規(guī)定，但要求Si0.85，S(1級(jí)) 0.03，P(1級(jí))0.15；而氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐法要求Mn(1級(jí)) 0.6，S 0.8，其s、P與平爐法相同。,2廢鋼

23、 廢鋼的物理狀態(tài)和化學(xué)成分是報(bào)復(fù)雜的，為了保證煉鋼的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和鋼的質(zhì)量，對(duì)煉鋼所用的廢鋼必須嚴(yán)格分類和合理使用。 廢鋼的來(lái)源有兩個(gè)方面，一種是煉鋼廠本廠的廢鋼，其中包括煉鋼車間的廢鋼錠、繞道、中注管、注余和包底等以及軋鋼車間的廢品、切頭、切尾、切邊等。這類廢鋼易于分類，質(zhì)量好，成分清楚。另一種是外來(lái)廢鋼，包括金屬加工的切屑、邊角余斜、殘次品及使用后報(bào)廢的鋼鐵制品等，這類廢鋼來(lái)源廣泛，成分復(fù)雜，質(zhì)量不易掌握。,3合金材科 目前世界上對(duì)上述合金材料尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)煉鋼所使用的臺(tái)金材料的基本要求是一致的，即要求合金材料含量高，熔煉低碳鋼時(shí)希望碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低；含有害雜質(zhì)少，不應(yīng)有夾渣和其他非金

24、屬夾雜物；具有一定塊度。,(二)非金屬原料及質(zhì)量要求 為了造渣，煉鋼過(guò)程中使用非金屬原料，并根據(jù)爐內(nèi)熔池中的情況隨時(shí)調(diào)整爐渣成分，以便有效地去除金屬原料中的雜質(zhì)元素。煉鋼常用的非金屬原料主要有以下幾種。 1石灰 石灰是由石灰石經(jīng)8001000 焙煉而成，它是堿性煉鋼爐渣中Ca0的主要來(lái)源。一般要求石灰有如下成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：Cao8085，Si024.5%，Mg04.5，S0.20，其中末燒透的石灰數(shù)量應(yīng)小于10。,2螢石 3鐵釩土 4粘土塊 5氧化劑 煉鋼主要表現(xiàn)為氧化過(guò)程。為了完成并加速煉鋼過(guò)程中的氧化精煉任務(wù)，煉鋼操作中必須使用各種氧化劑，經(jīng)常使用的氧化劑主要有以下幾種。 (1)鐵礦石;

25、 (2)氧化鐵皮氧; (3)錳礦; (4)氧氣,3.3 常規(guī)煉鋼法的分類及特點(diǎn) 一、煉鋼法分類,1. 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法的特點(diǎn) 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要外加熱源利燃料 精煉時(shí)間短 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法最大優(yōu)點(diǎn)之一是生產(chǎn)效率高 吹煉時(shí)煙塵大,2. 平爐煉鋼法的特點(diǎn) 對(duì)金屬原料的配比無(wú)限制 冶煉過(guò)程中爐氣始終具有氧化特性 熱效率低 爐膛容量大，一次可產(chǎn)鋼數(shù)百噸,3. 電爐爍鋼法的特點(diǎn) （1）電弧爐煉鋼法的特點(diǎn) 利用電能為熱源，其本身清潔，無(wú)污染，而且能量易于調(diào)節(jié)，便于控制熔池溫度 同平爐、氧氣轉(zhuǎn)爐相比，電爐爐體密封性好，所以熱效率高，約為65以上。而且電弧區(qū)溫度大于3000，能熔化高熔點(diǎn)合金元素，可冶煉各種特

26、殊用途的鋼種。,電弧爐冶煉的獨(dú)持之處是有還原期，其爐內(nèi)氣氛可以根據(jù)冶煉需要來(lái)控制，不僅能形成氧化性氣氛，也能形成還原性氣氛，這是平爐和氧氣轉(zhuǎn)爐不能比擬的。因此，電爐具有去除磷、硫等雜質(zhì)的有利條件。在冶煉合金鋼時(shí)，其成分較易控制合金元素?zé)龘p少，脫氧完全，純凈度高。 電爐可以采用合金廢鋼返回冶煉，這對(duì)節(jié)約貴重元素，提高經(jīng)濟(jì)效益十分有利。 與平爐比較，電爐設(shè)備簡(jiǎn)單，基建費(fèi)用低，投產(chǎn)快，生產(chǎn)率高。還可以間歇生產(chǎn)。,(2)感應(yīng)爐煉鋼法的特點(diǎn) 1)由于電磁攪拌鋼液，改善了反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，促使鋼液化學(xué)成分和溫度均勻比 2)感應(yīng)爐冶煉沒(méi)有其他設(shè)備中所存在的污染源，可獲得較純凈的鋼及合金。 3)冶煉過(guò)程中對(duì)功

27、率和溫度的調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單方便，即可快速升溫，又能準(zhǔn)確控溫。 4)冶煉過(guò)程鋼液增碳少，合金化過(guò)程易于控制，使合金元素回收率高且穩(wěn)定。 5)感應(yīng)爐電、熱效率相生產(chǎn)率較高，設(shè)備占地面積小，勞動(dòng)條件較好等。,第四章 煉鋼過(guò)程中氣體和夾雜物的冶金控制,4.1 鋼中氣體對(duì)鋼質(zhì)量的影響 一、氫、氮在鋼中的溶解規(guī)律 氫、氯在鋼液中的溶解反應(yīng)為吸熱過(guò)程隨著溫度升高，溶解度也增大 鋼液中其他洛質(zhì)元素對(duì)氣體的溶解度也有影響,二、鋼中氫的行為及去除 鋼中的氫主要來(lái)源于煉鋼原料、耐火材料和爐氣中的水分。 此外，鋼中含氫量與鋼的冶煉方法、鋼種成分也有關(guān)系。 氫對(duì)鋼質(zhì)量的影響：1降低鋼的塑性。2使鋼產(chǎn)生氫脆。3使鋼產(chǎn)生白點(diǎn),鋼中

28、的白點(diǎn) (1) 白點(diǎn)的特征,(2)白點(diǎn)的形成機(jī)理 目前對(duì)于白點(diǎn)的形成機(jī)理比較一致的觀點(diǎn)是：鋼小的白點(diǎn)是由鋼中氫和應(yīng)力共同作用而形成的一種裂紋。 (3)鋼中白點(diǎn)產(chǎn)生的條件 鋼個(gè)的氫含量是產(chǎn)生白點(diǎn)的重要條件，但并不是唯一的條件。對(duì)白點(diǎn)具有敏感性的鋼，氫含量增加，對(duì)白點(diǎn)的敏感性也增大。而對(duì)白點(diǎn)不敏感的鋼則氫含量再大也不產(chǎn)生白點(diǎn)。白點(diǎn)主要見(jiàn)于大中型鍛件或鋼件。這些鋼件的尺寸愈大，對(duì)白點(diǎn)的敏感性也愈大。,(4) 防止白點(diǎn)的措施 防止白點(diǎn)的根本方法是設(shè)法減少鋼中的氫含量，即在煉鋼過(guò)程中盡可能使用干燥原料和促進(jìn)熔池沸騰以減少鋼液中氫含量，對(duì)冶煉后的鋼液進(jìn)行真空處理也有明顯降低氫含量的效果。此外，對(duì)干鍛軋后的

29、鋼件也可利用氫在高溫區(qū)擴(kuò)散能力強(qiáng)這個(gè)特點(diǎn)來(lái)減少固態(tài)鋼中的氫含量。通常使用的方法有擴(kuò)散退火和鍛軋后的等溫退火等。,(三) 冶煉過(guò)程中的鋼液氫含量的變化及去除 根據(jù)冶煉不同階段鋼液的吸氫原因不同，采用的措施也不同。 1.降低熔化期鋼液氫含量的主要措施是：1)裝料前在坩鍋底部加入適量的渣料，這樣當(dāng)坩鍋底部形成熔池的初期，鋼液就在渣層的覆蓋下與大氣隔離，從而減輕了鋼液自大氣中吸收的氫量。 2)選用氫含量較低的爐料，如爐料中有大量含氫較高的合金時(shí)，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行去氫退火處理，以減少其中的氫含量。 3)盡可能不在大氣濕度高的天氣冶煉對(duì)氫敏感的鋼種。,2.根據(jù)精煉與合金化過(guò)程鋼液氫含量的變化特點(diǎn)，為降低鋼液氫的

30、質(zhì)量分?jǐn)?shù)可采取以下措施（1）選擇合適的護(hù)渣。在冶煉低氫鋼時(shí)，應(yīng)選用低堿度渣進(jìn)行精煉。（2）對(duì)氫含量高的爐料、精煉使用的脫氧劑與渣料，應(yīng)充分烘烤，以減少由其帶入的水分。3)合理選擇精煉期時(shí)間和溫度。避免鋼液過(guò)熱和時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 3.減少出鋼澆注過(guò)程鋼液氫含量的主要措施有以下幾點(diǎn)：1)使用干燥的耐火材料，新的出鋼槽與盛鋼筒應(yīng)進(jìn)行充分地烘烤。2)采用鋼包吹氮脫氫工藝對(duì)鋼液進(jìn)行處理。,三、鋼中氮的行為及去除 (一) 鋼中氮的來(lái)源 (二) 氮對(duì)鋼質(zhì)量的影響 氮對(duì)鋼材性能的不利影響主要是使低碳鋼的塑性降低，脆性增大，淬火時(shí)效、應(yīng)變時(shí)效傾向增大。 (三) 冶煉過(guò)程鋼中氮含量的變化及去除 低碳鋼的冶煉中，應(yīng)盡量采

31、用氧氣轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，另外，適當(dāng)添加Al、v、Ti、Zr、Nb等與氮親合力強(qiáng)的強(qiáng)氮化物形成元素，形成高熔點(diǎn)的氮化物，減少鋼中原子態(tài)氮的存在，則可消除由氮引起的低碳鋼的各類時(shí)效脆化現(xiàn)象。 在冶煉合格較高的鋼與合金時(shí)，應(yīng)采用氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的爐料，盡量減少熔化期爐料吸收的氮量和減少精煉期鋼液的吸氮量。,4.2 鋼中的非金屬夾雜物及控制 一、鋼中非金屬夾雜物的來(lái)源 1.外來(lái)非金屬夾雜物。2.內(nèi)生非金屬夾雜物 內(nèi)生非金屬夾雜物形成的時(shí)間可以分為四個(gè)階段：鋼液冶煉時(shí)形成的脫氧反應(yīng)產(chǎn)物稱為為一次夾雜；在出鋼和澆注過(guò)程中由于鋼液溫度下降，其內(nèi)部成分平衡移動(dòng)時(shí)生成的稱為二次夾雜；在鋼液凝固過(guò)程中生成的稱為三次夾雜，鋼

32、凝固后的冷卻過(guò)程中由于發(fā)生相變使溶解度變化而析出的化合物稱為四次夾雜。研究證明，鋼中的大部分非金屬夾雜物是在鋼液冶煉和凝固階段生成的，即主要是一次相三次夾雜物。,二、鋼中非金屬夾雜物的類型 （一)按夾雜物成分特點(diǎn)分類 按夾雜物的成分特點(diǎn)可將夾雜物分為氧化物系、硫化物系和氮化物系三大類。 (二)夾雜物的形態(tài)及特性 1.塑性?shī)A雜物 2脆性?shī)A雜物 三、非金屬夾雜物對(duì)鋼性能的影響,四、鋼中非金屬夾雜物的去除和形態(tài)控制 (一) 夾雜物的去除 1夾雜物浮升去除 2渣洗去除夾雜物 (二) 鋼中非金屬夾雜物的控制 主要的方法是通過(guò)向鋼液中加入對(duì)氧、硫結(jié)合力較強(qiáng)的元素，改變?cè)袏A雜物的組成并使其形成為比較理想的

33、夾雜物形態(tài)。 1氧化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制 2硫化物夾雜的調(diào)整與控制,4.3 鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制 一、鋼及合金中的金屬雜質(zhì)的行為 通常，鋼與合金中金屬雜質(zhì)元素是指：鉛、錫、鉸、銻、砷等。它們是典型的“內(nèi)吸附”元素。雖然它們?cè)阡摷昂辖鹬械钠骄繕O微，但它們?nèi)菀自诰Ы缣幤?、其濃度為平均含量的幾倍甚至幾十倍，而且具有低熔點(diǎn)和氣體原子的特征，所以，會(huì)使晶界脆化，導(dǎo)致鋼及合金的熱強(qiáng)性、熱塑性以及其他性能下降。,二、微量金屬雜質(zhì)對(duì)鋼與合金性能的影響 (一)微量金屬雜質(zhì)對(duì)熱加工性能的影響 微量有害金屬雜質(zhì)(例如Pb、Sb)對(duì)鋼或臺(tái)金的熱加工性能的危害極大、其影響程度隨鋼與合金的化學(xué)成分的不同而異。,(二)微量有害元素對(duì)高溫力學(xué)性能的影響 微量有害元素對(duì)高溫力學(xué)性能的影響尤為顯著。Pb、sn、sb、Bi等微量有害元素即使在10-4是含量范圍內(nèi)，也會(huì)使鋼和合金的熱強(qiáng)性、蠕變強(qiáng)