1、炼钢学炼钢学朱苗勇朱苗勇 教授教授东北大学钢铁冶金研究所东北大学钢铁冶金研究所1PPT课件内内 容容 提提 要要炼钢学概述炼钢学概述炼钢的基础理论炼钢的基础理论炼钢原料炼钢原料顶吹氧气转炉炼钢法顶吹氧气转炉炼钢法底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顶底复吹转炉炼钢法钢的连续浇铸钢的连续浇铸2PPT课件第一章第一章 绪绪 论论 炼钢的发展历程炼钢的发展历程 我国钢铁工业的状况我国钢铁工业的状况 炼钢的基本任务炼钢的基本任务 钢的分类钢的分类 3PPT课件1.1 1.1 炼钢的发展历程炼钢的发展历程 钢与生铁钢与生铁的区别的区别： 首先是首先是碳的含量碳的含量，理论上一般把碳含量
2、小于，理论上一般把碳含量小于2.11%2.11%称之称之钢钢，它的熔点在，它的熔点在1450-15001450-1500，而，而生铁生铁的熔点在的熔点在1100-12001100-1200。 在钢中碳元素和铁元素形成在钢中碳元素和铁元素形成FeFe3 3C C固熔体固熔体，随，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低冲击韧性降低。 4PPT课件钢的应用前景钢的应用前景 钢具有很好的物理化学性能与力学性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，能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛；其用途十分广泛
3、； 用途不同对钢的性能要求也不同，从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。而对钢的生产也提出了不同的要求。 5PPT课件 石油、化工、航天航空、交通运输、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，我们的日常生活更种类型的大量钢材，我们的日常生活更离不开钢。离不开钢。 总之，钢材仍将是总之，钢材仍将是2121世纪用途最世纪用途最广的结构材料和最主要功能材料。广的结构材料和最主要功能材料。6PPT课件炼炼 钢钢 方方 法（法（1）最早出现的炼钢方法是最早出现的炼钢方法是17401740年年出现的出
4、现的坩坩埚法埚法，它是将生铁和废铁装入由石墨和，它是将生铁和废铁装入由石墨和粘土制成的坩埚内，用火焰加热熔化炉粘土制成的坩埚内，用火焰加热熔化炉料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。此法此法几乎无杂质元素的氧化反应几乎无杂质元素的氧化反应。 7PPT课件炼炼 钢钢 方方 法（法（2）18561856年年英国人英国人亨利亨利贝塞麦贝塞麦发明了酸性空发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，也称为气底吹转炉炼钢法，也称为贝塞麦法贝塞麦法，第一次解决了用铁水直接冶炼钢水的难第一次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，但此题，从而使炼钢的质量得到提高，但此法法要求铁水的硅
5、含量大于要求铁水的硅含量大于0.8%0.8%，而且不而且不能脱硫能脱硫。目前已淘汰。目前已淘汰。 8PPT课件炼炼 钢钢 方方 法（法（3）18651865年年德国人马丁利用蓄热室原理发明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了以铁水、废钢为原料的酸性平炉炼钢法，即法，即马丁炉法马丁炉法。18801880年年出现了第一座出现了第一座碱性平炉碱性平炉。由于其成本低、炉容大，钢。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，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。平炉炼钢法仍一时成为的主要的炼钢法。 9PPT课件炼炼 钢钢 方方
6、 法（法（4）18781878年年英国人英国人托马斯托马斯发明了碱性炉衬的发明了碱性炉衬的底吹转炉炼钢法，即底吹转炉炼钢法，即托马斯法托马斯法。他是在。他是在吹炼过程中加石灰造碱性渣，从而吹炼过程中加石灰造碱性渣，从而解决解决了高磷铁水的脱磷问题了高磷铁水的脱磷问题。当时，对西欧。当时，对西欧的一些国家特别适用，因为西欧的矿石的一些国家特别适用，因为西欧的矿石普遍磷含量高。但普遍磷含量高。但托马斯法的缺点是炉托马斯法的缺点是炉子寿命底，钢水中氮的含量高子寿命底，钢水中氮的含量高。10PPT课件炼炼 钢钢 方方 法（法（5）18991899年年出现了完全依靠废钢为原料的出现了完全依靠废钢为原料的
7、电电弧炉炼钢法弧炉炼钢法(EAF)(EAF)，解决了充分利用废钢，解决了充分利用废钢炼钢的问题，此炼钢法自问世以来，一炼钢的问题，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一，由电炉冶炼的钢目前占世界总的钢的产量的的产量的30-40%30-40%。11PPT课件炼炼 钢钢 方方 法（法（6）瑞典人罗伯特瑞典人罗伯特杜勒首先进行了氧气顶吹杜勒首先进行了氧气顶吹转炉炼钢的试验，并获得了成功。转炉炼钢的试验，并获得了成功。19521952年年奥地利的林茨城奥地利的林茨城(Linz)(Linz)和多纳维兹城和多纳维兹城(
8、Donawitz(Donawitz) )先后建成了先后建成了3030吨的氧气顶吹吨的氧气顶吹转炉车间并投入生产，所以此法也称为转炉车间并投入生产，所以此法也称为LDLD法法。美国称为。美国称为BOFBOF法法（Basic Oxygen Basic Oxygen FurnaceFurnace）或）或BOPBOP法法。 12PPT课件LD/ BOF/ BOP13PPT课件炼炼 钢钢 方方 法（法（7）19651965年加拿大液化气公司研制成年加拿大液化气公司研制成双层管氧气双层管氧气喷嘴喷嘴，19671967年西德马克西米利安钢铁公司引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
9、法，进此技术并成功开发了底吹氧转炉炼钢法，即即OBMOBM法法(Oxygen Bottom MaxhuetteOxygen Bottom Maxhuette) 。19711971年美国钢铁公司引进年美国钢铁公司引进OBMOBM法，法，19721972年建设了年建设了3 3座座200200吨底吹转炉，命名为吨底吹转炉，命名为Q-BOPQ-BOP (Quiet (Quiet BOP)BOP)。14PPT课件OBM/ Q-BOP15PPT课件炼炼 钢钢 方方 法（法（8）在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，1978-1978-19791979年年成功开发了成功开发了转炉顶底复
10、合吹炼工艺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。合供给连铸优质钢水。 16PPT课件LD- Q- BOP17PPT课件炼炼 钢钢 方方 法（法（9）我 国 首 先 在我 国 首 先 在1972-19731972-1973年在年在沈阳第一炼钢厂沈阳第一炼钢厂成功开发了全氧成功开发了全氧侧吹转炉炼钢工侧吹转炉炼钢工艺。并在唐钢等艺。并在唐钢等企业推广应用。企业推广应用。 18PPT
11、课件 总之，炼钢技术经过总之，炼钢技术经过200200多多年的发展，技术水平、自动化程年的发展，技术水平、自动化程度得到了很大的提高，度得到了很大的提高，2121世纪炼世纪炼钢技术会面临更大的挑战，相信钢技术会面临更大的挑战，相信会有不断的新技术涌现。会有不断的新技术涌现。19PPT课件1.2 1.2 我国钢铁工业的状况我国钢铁工业的状况 我国很早就掌握了炼铁的冶炼技术，我国很早就掌握了炼铁的冶炼技术，东汉东汉时就出现了冶炼和锻造技术，时就出现了冶炼和锻造技术，南北朝南北朝时期就掌握了灌钢法，曾在世界范围内处时期就掌握了灌钢法，曾在世界范围内处于领先地位。于领先地位。 但旧中国钢铁工业非常落后
12、，产量但旧中国钢铁工业非常落后，产量很低，从很低，从18901890年建设的汉阳钢铁厂至年建设的汉阳钢铁厂至19481948年的年的半个世纪中，钢产量累计到半个世纪中，钢产量累计到200200万吨万吨，19491949年只有年只有15.815.8万吨万吨。 20PPT课件 新中国成立后，特别是改革开放以来，我国的新中国成立后，特别是改革开放以来，我国的钢铁事业得到迅速发展，钢铁事业得到迅速发展，19801980年钢产量达到年钢产量达到37123712万万吨，吨，19901990年达到年达到65006500万吨，万吨，19961996年首次突破年首次突破1 1亿吨大亿吨大关，成为世界第一产钢大国
13、，关，成为世界第一产钢大国，20052005年产量达到年产量达到3.43.4亿亿吨，占世界产量的吨，占世界产量的1/31/3。 可以这样讲，我国的钢铁工业对世界产可以这样讲，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。已经开始迈入钢铁强国的行列。 21PPT课件 我国我国粗粗钢钢产量的变化情况产量的变化情况22PPT课件1.31.3炼钢的基本任务炼钢的基本任务 炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，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，提高温度和调整去除有害气体和非金属夹杂物，提高
14、温度和调整成分。成分。 归纳为：归纳为：“四脱四脱”（碳、氧、磷和硫），（碳、氧、磷和硫），“二去二去”（去气和去夹杂），（去气和去夹杂），“二调整二调整”（成分（成分和温度）。采用的和温度）。采用的主要技术手段主要技术手段为：为：供氧供氧，造渣造渣，升温升温，加脱氧剂加脱氧剂和和合金化操作合金化操作。23PPT课件1.3.1 1.3.1 钢中的磷钢中的磷 对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的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含量高会引起钢的 “冷脆冷脆”，即从高温降到，即从高温降到00以下，以下，钢的塑性和冲击韧性降低钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接，并使钢
15、的焊接性能与冷弯性能变差。性能与冷弯性能变差。磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷含量的增磷含量的增加，钢液的表面张力降低显著加，钢液的表面张力降低显著，从而，从而降低了钢的降低了钢的抗裂性能抗裂性能。24PPT课件磷是仅次于硫在钢的连铸坯中磷是仅次于硫在钢的连铸坯中偏析度高的偏析度高的元素元素，而且在铁固熔体中扩散速率很小，而且在铁固熔体中扩散速率很小，因而磷的偏析很难消除，从而严重影响钢因而磷的偏析很难消除，从而严重影响钢的性能，的性能，所以脱磷是炼钢过程的重要任务所以脱磷是炼钢过程的重要任务之一之一。 25PPT课件 磷在钢中是以磷在钢中是以FeFe3 3P
16、P或或FeFe2 2PP形式存在，但形式存在，但通常是以通常是以PP来表达。炼钢过程的脱磷反应是在金来表达。炼钢过程的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行的。属液与熔渣界面进行的。 不同用途的钢对磷的含量有严格要求：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非合金钢中普通质量级钢P0.045%P0.045%； 优质级钢优质级钢 P0.035%P0.035%； 特殊质量级钢特殊质量级钢 P0.025%P0.025%； 有的甚至要求有的甚至要求 P0.010%P0.010%。 有些钢种有些钢种: :炮弹钢，耐腐蚀钢需加炮弹钢，耐腐蚀钢需加P P元素。元素。26PPT课件1.3.2 1.
17、3.2 钢中的硫钢中的硫 硫硫对钢的性能会造成不良影响，钢中硫含量高，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，即造成钢的会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的“热脆热脆”性性。 硫在钢中以硫在钢中以FeSFeS的形式存在，的形式存在， FeSFeS的熔点为的熔点为11931193， FeFe与与FeSFeS组成的共晶体的熔点只有组成的共晶体的熔点只有985985。液态。液态FeFe与与FeSFeS虽可以无限互溶，但在固熔体中的溶解度很小，虽可以无限互溶，但在固熔体中的溶解度很小，仅为仅为0.015%-0.020%0.015%-0.020%。 27PPT课件当钢中的当钢中的S
18、S0.020%0.020%时，由于凝固偏析，时，由于凝固偏析，Fe-Fe-FeSFeS共晶体分布于晶界共晶体分布于晶界处，在处，在1150-12001150-1200的的热加热加工工过程中，晶界处的过程中，晶界处的共晶体熔化共晶体熔化，钢受压时造成，钢受压时造成晶界破裂，即晶界破裂，即发生发生“热脆热脆”现象现象。如果钢中的氧含量较高，如果钢中的氧含量较高，FeSFeS与与FeOFeO形成的共晶体形成的共晶体熔点更低（熔点更低（940940），更加剧了钢的），更加剧了钢的“热脆热脆”现现象的发生。象的发生。28PPT课件锰可在钢凝固范围内生成锰可在钢凝固范围内生成MnSMnS和少量的和少量的F
19、eSFeS，纯纯MnSMnS的熔点为的熔点为16101610，共晶体共晶体FeS-MnSFeS-MnS（占（占93.5%93.5%）的熔点为）的熔点为11641164，它们能有，它们能有效的防止钢热加工过程的效的防止钢热加工过程的“热脆热脆”。 29PPT课件 冶炼一般钢种时要求将冶炼一般钢种时要求将MnMn 控制在控制在0.4%-0.4%-0.8%0.8%。在实际生产中还将。在实际生产中还将MnMn/S/S比作为一个指比作为一个指标进行控制，标进行控制，MnMn/S/S对钢的热塑性影响很大。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从低碳钢高温下的拉伸实验发现提高MnMn/S/
20、S比可以提高钢的热延展性。一般比可以提高钢的热延展性。一般Mn/S7Mn/S7时不时不产生热脆产生热脆。30PPT课件图图1-2 Mn1-2 Mn/S/S比对低碳钢热延展性的影响比对低碳钢热延展性的影响 31PPT课件 硫还会明显硫还会明显降低钢的焊接性能降低钢的焊接性能，引起高温龟，引起高温龟裂，并在焊缝中产生气孔和疏松，从而降低焊缝裂，并在焊缝中产生气孔和疏松，从而降低焊缝的强度。的强度。硫含量超过硫含量超过0.06%0.06%时，会显著时，会显著恶化钢的耐恶化钢的耐蚀性蚀性。硫还是连铸坯中。硫还是连铸坯中偏析最为严重的元素偏析最为严重的元素。32PPT课件不同钢种对硫含量有严格的规定：不
21、同钢种对硫含量有严格的规定： 非合金钢中非合金钢中普通质量级钢普通质量级钢S0.045%S0.045% 优质级钢优质级钢 S0.035%S0.035%， 特殊质量级钢特殊质量级钢 S0.025%S0.025% 有的钢种要求如有的钢种要求如管线钢管线钢 S0.005%,S0.005%,甚至更低。甚至更低。 有些钢种，如有些钢种，如易切削钢易切削钢硫则作为合金元素加入，要求硫则作为合金元素加入，要求S=0.08%-0.20%S=0.08%-0.20%。33PPT课件1.3.3 1.3.3 钢中的氧钢中的氧在吹炼过程中，向熔池供入了大量的氧气，到在吹炼过程中，向熔池供入了大量的氧气，到吹炼吹炼终点终
22、点时，钢水中时，钢水中含有过量的氧含有过量的氧，即钢中实际氧含量，即钢中实际氧含量高于平均值。高于平均值。如如不脱氧不脱氧，在出钢、浇铸中，温度降低，氧溶解度，在出钢、浇铸中，温度降低，氧溶解度降低，降低，促使碳氧反应，钢液剧烈沸腾促使碳氧反应，钢液剧烈沸腾，使，使浇铸困难浇铸困难，得不到正确凝固组织结构的连铸坯得不到正确凝固组织结构的连铸坯。 34PPT课件钢中钢中氧含量高氧含量高，还会产生，还会产生皮下气泡，疏松皮下气泡，疏松等缺陷，等缺陷，并并加剧硫的热脆加剧硫的热脆作用。在钢的凝固过程中，氧将作用。在钢的凝固过程中，氧将会以氧化物的形式大量析出，会会以氧化物的形式大量析出，会降低钢的塑
23、性，降低钢的塑性，冲击韧性冲击韧性等加工性能。等加工性能。一般测定的是一般测定的是钢中的全氧钢中的全氧，即，即氧化物中的氧和溶氧化物中的氧和溶解的氧之和解的氧之和，在使用浓差法定氧时才是测定钢液，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。中溶解的氧，在铸坯或钢材中取样时是全氧样。 35PPT课件脱氧的任务脱氧的任务根据具体的钢种，根据具体的钢种，将钢中的氧含量降低到所需的将钢中的氧含量降低到所需的水平水平，以保证钢水在凝固时得到合理的凝固组织，以保证钢水在凝固时得到合理的凝固组织结构；结构；使成品使成品钢中非金属夹杂物含量最少钢中非金属夹杂物含量最少，分布合适，分
24、布合适，形态适宜，以保证钢的各项性能指标；形态适宜，以保证钢的各项性能指标；得到得到细晶结构组织细晶结构组织。 常用的脱氧剂有常用的脱氧剂有Fe-MnFe-Mn，Fe-SiFe-Si，Mn-SiMn-Si，Ca-SiCa-Si等合金。等合金。 36PPT课件 1.3.4 1.3.4 钢中的气体钢中的气体 钢液中的气体会显著降低钢的性能，而且容易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。钢中气体主要是指造成钢的许多缺陷。钢中气体主要是指氢与氮氢与氮，它们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。它们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。氢氢在固态钢中溶解度很小，在钢水凝固和冷却在固态钢中溶解度很
25、小，在钢水凝固和冷却过程中，氢会和过程中，氢会和COCO、N N2 2等气体一起析出，等气体一起析出，形成形成皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹。 37PPT课件钢热加工过程中，钢中含有氢气的气孔会沿加钢热加工过程中，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、工方向被拉长形成发裂，进而引起钢材的强度、塑性、冲击韧性的降低，即发生塑性、冲击韧性的降低，即发生“氢脆氢脆”现象。现象。在钢材的纵向断面上，呈现出圆形或椭圆形的在钢材的纵向断面上，呈现出圆形或椭圆形的银白色斑点银白色斑点称之为称之为“白点白点”，实为，实为交错的细小交错的
26、细小裂纹裂纹。主要原因是钢中的氢在小孔隙中。主要原因是钢中的氢在小孔隙中析出的析出的压力压力和钢相变时产生的和钢相变时产生的组织应力组织应力的综合力超过的综合力超过了钢的强度，产生了了钢的强度，产生了“白点白点”。一般。一般白点产生白点产生的温度低于的温度低于2002000 0C C。 38PPT课件钢中的氮是以钢中的氮是以氮化物氮化物的形式存在，它对钢质量的影响的形式存在，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，将会体现出双重性。氮含量高的钢种长时间放置，将会变变脆脆，这一现象称为，这一现象称为“老化老化”或或“时效时效”。原因是钢中。原因是钢中氮化物的析出速度很慢，逐渐改变
27、着钢的性能。低碳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。钢产生的脆性比磷还严重。钢中钢中氮含量高氮含量高时，在时，在250-450250-4500 0C C温度范围，其温度范围，其表面发蓝表面发蓝，钢的强度升高，冲击韧性降低，称之为钢的强度升高，冲击韧性降低，称之为“蓝脆蓝脆”。氮氮含量增加，钢的焊接性能变坏含量增加，钢的焊接性能变坏。39PPT课件钢中加入适量的铝，可生成稳定的钢中加入适量的铝，可生成稳定的AlNAlN，能够，能够压抑压抑FeFe4 4N N生成和析出生成和析出，不仅，不仅改善钢的时效性改善钢的时效性，还可以还可以阻止奥氏体晶粒的长大阻止奥氏体晶
28、粒的长大。氮可以作为合。氮可以作为合金元素起到金元素起到细化晶粒细化晶粒的作用的作用. .在冶炼铬钢，镍在冶炼铬钢，镍铬系钢或铬锰系等铬系钢或铬锰系等高合金钢高合金钢时，加入适量的氮，时，加入适量的氮，能够能够改善塑性和高温加工性能改善塑性和高温加工性能。40PPT课件 1.3.5 1.3.5 钢中的夹杂钢中的夹杂 钢中非金属夹杂按来源分可以分成钢中非金属夹杂按来源分可以分成外来夹外来夹杂和内生夹杂杂和内生夹杂。外来夹杂外来夹杂是指冶炼和浇铸过程中，带入钢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液中的炉渣和耐火材料以及钢液被大气氧化所形成的氧化物。化所形成的氧化物。41
29、PPT课件内生夹杂内生夹杂包括：包括：脱氧时的脱氧时的脱氧产物脱氧产物；钢液温度下降钢液温度下降时，硫、氧、氮等杂质元素溶解度下降时，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而以非金属夹杂形式出现的生成物生成物；凝固过程凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物；中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物；固态钢相变固态钢相变溶解度变化生成的产物。溶解度变化生成的产物。 钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产生的。生的。42PPT课件根据成分不同，夹杂物可分为根据成分不同，夹杂物可分为氧化物夹杂氧化物夹杂，即，即 FeOFeO、MnOMnO、
30、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3 、CrCr2 2O O3 3等简单的等简单的氧化物；氧化物；FeO-FeFeO-Fe2 2O O3 3 、FeO-AlFeO-Al2 2O O3 3、MgO-AlMgO-Al2 2O O3 3等等尖晶石类尖晶石类和各种和各种钙铝钙铝的复杂氧化物的复杂氧化物；2FeO-SiO2FeO-SiO2 2，、2MnO-SiO2MnO-SiO2 2、 3MnO-Al3MnO-Al2 2O O3 3-2SiO-2SiO2 2等等硅酸盐硅酸盐；硫化物夹杂硫化物夹杂，如，如FeSFeS、MnSMnS、CaSCaS等；等；氮化物夹杂氮化物夹杂，如，如AlNAlN、T
31、iNTiN、ZrNZrN、VNVN、BNBN等。等。 43PPT课件按加工性能，夹杂物可分为：按加工性能，夹杂物可分为：塑性夹杂塑性夹杂，它是在热加工时，它是在热加工时，沿加工方向延伸成条带状；沿加工方向延伸成条带状；脆性夹杂脆性夹杂，它是完全不具有塑，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；性的夹杂物，如尖晶石类型夹杂物，熔点高的氮化物；点点状不变性夹杂状不变性夹杂，如，如SiOSiO2 2超过超过70%70%的硅酸盐，的硅酸盐，CaSCaS、钙的铝硅、钙的铝硅酸盐等。酸盐等。 由于非金属夹杂对钢的性能产生严重的影响，由于非金属夹杂对钢的性能产生严重的影响，因此在炼钢
32、、精炼和连铸过程应最大限度地降低钢因此在炼钢、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、尺寸液中夹杂物的含量，控制其形状、尺寸。 44PPT课件1.3.6 1.3.6 钢中的成分钢中的成分( (碳碳) )炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化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。从钢的性质可看出碳脱除至所炼钢钟的要求。从钢的性质可看出碳也是重要的合金元素，它可以也是重要的合金元素，它可以增加钢的强度和增加钢的强度和硬度硬度，但，但对韧性产生不利影响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钢中的碳决定了冶炼、轧制和热处理的温度制度
33、。度。45PPT课件碳能碳能显著改变钢的液态和凝固性质显著改变钢的液态和凝固性质，在，在160016000 0C C，C0.8%C0.8%时，时，每增每增0.1%0.1%的碳的碳 钢的钢的熔点降低熔点降低6.56.50 0C C 密度减少密度减少4kg/m4kg/m3 3 黏度降低黏度降低0.7%0.7% NN的溶解度降低的溶解度降低0.001%0.001% HH的溶解度降低的溶解度降低0.4 cm0.4 cm3 3/100g/100g 增大增大凝固区间凝固区间17.7917.790 0C C 。46PPT课件锰锰(Mn(Mn) ) 锰的作用是锰的作用是消除钢中硫的热脆倾向消除钢中硫的热脆倾向
34、，改变硫化，改变硫化物的形态和分布以提高钢质；物的形态和分布以提高钢质； 锰是锰是一种非常弱的脱氧剂一种非常弱的脱氧剂，在碳含量非常低、，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，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；提高他们的脱氧能力； 锰还可以锰还可以略微提高钢的强度略微提高钢的强度，并可提高钢的淬，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。成奥氏体不锈钢、耐热钢等。47PPT课件硅硅 (Si)(Si) 硅是钢中硅是钢中最基本的脱氧剂最基本的脱氧剂。普通钢中含硅
35、在。普通钢中含硅在0.17%-0.37%0.17%-0.37%，145014500 0C C钢凝固时，能保证钢中与其平钢凝固时，能保证钢中与其平衡的氧小于与碳平衡的量，抑制凝固过程中衡的氧小于与碳平衡的量，抑制凝固过程中COCO气泡气泡的产生。的产生。 生产沸腾钢时，生产沸腾钢时，SiSi为为0.03%-0.07%0.03%-0.07%，MnMn 为为0.25%-0.70%0.25%-0.70%，它只能微弱控制，它只能微弱控制C-OC-O反应。反应。 硅能硅能提高钢的机械性能，增加了钢的电阻和导磁提高钢的机械性能，增加了钢的电阻和导磁性性。48PPT课件 硅硅对钢液的性质影响较大对钢液的性质影
36、响较大，160016000 0C C纯铁中每增加纯铁中每增加1%1%的硅：的硅： 碳的饱和碳的饱和溶解度溶解度降低了降低了0.294%0.294% 铁的铁的熔点熔点降低降低8 80 0C C 密度密度降低降低80kg/m80kg/m3 3 NN的饱和溶解度降低的饱和溶解度降低0.003%0.003% HH降低降低1.4cm1.4cm3 3/100g/100g 钢的钢的凝固区间凝固区间增加增加10100 0C C，钢液的收缩率提，钢液的收缩率提 高高2.05%2.05%。49PPT课件铝铝(Al)(Al) 铝是终脱氧剂铝是终脱氧剂，生产，生产镇静钢镇静钢时，时，AlAl多在多在0.005%-0.
37、05%0.005%-0.05%，通常为通常为0.01%-0.03%0.01%-0.03%。钢中铝的加入量因氧量而异，对高碳钢。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，加入量一般为应少加些，而低碳钢则应多加，加入量一般为: :0.3-1.0kg/t0.3-1.0kg/t钢钢。 铝加到钢中将与氧发生反应生成铝加到钢中将与氧发生反应生成AlAl2 2O O3 3，在出钢、镇静和浇，在出钢、镇静和浇铸时生成的铸时生成的AlAl2 2O O3 3大部分上浮排除，在凝固过程中大量细小分散大部分上浮排除，在凝固过程中大量细小分散的的AlAl2 2O O3 3还还能促进形成细晶粒钢能促进
38、形成细晶粒钢。铝是。铝是调整钢的晶粒度的有效元调整钢的晶粒度的有效元素素，它能使钢的晶粒开始长大并保持到较高的温度。，它能使钢的晶粒开始长大并保持到较高的温度。 50PPT课件1.4 1.4 钢的分类钢的分类 按化学成分分类按化学成分分类 按是否加入合金元素可钢分为把按是否加入合金元素可钢分为把碳素钢碳素钢和和合金钢合金钢两大类。两大类。 碳素钢碳素钢是指钢中除含有一定量为了脱氧而加入硅（一是指钢中除含有一定量为了脱氧而加入硅（一般般0.40%0.40%）和锰（一般）和锰（一般0.80%0.80%）等合金元素外，不含其）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他合金元素的钢
39、。根据碳含量的高低又可分成低碳钢低碳钢（C0.25%C0.25%），），中碳钢中碳钢(0.25%C0.60%)(0.25%C0.60%)和和高碳钢高碳钢(C0.60%)(C0.60%)。51PPT课件 合金钢合金钢是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或脱氧元素是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或脱氧元素外，还含有其他合金元素如铬、镍、钼、钛、钒、铜、钨、外，还含有其他合金元素如铬、镍、钼、钛、钒、铜、钨、铝、钴、铌、锆和稀土元素等，有的还含有某些非金属元铝、钴、铌、锆和稀土元素等，有的还含有某些非金属元素如硼、氮等的钢。素如硼、氮等的钢。 根据钢中合金元素含量的多少，又可分为根据钢中合金元素含量的多
40、少，又可分为低合金钢低合金钢，中中合金钢和高合金钢合金钢和高合金钢。一般合金元素总含量。一般合金元素总含量小于小于3%3%的为的为普通普通低合金钢低合金钢，总含量为，总含量为3%3%5%5%的为的为低合金钢低合金钢，大于大于10%10%的叫的叫高高合金钢合金钢，总含量介于，总含量介于5%5%10%10%之间为之间为中合金钢中合金钢。 按钢中所含有的按钢中所含有的主要合金元素不同主要合金元素不同可分为可分为锰钢、硅钢、锰钢、硅钢、硼钢、铬镍钨钢、铬锰硅钢硼钢、铬镍钨钢、铬锰硅钢等。等。 52PPT课件按冶炼方法和质量水平分类按冶炼方法和质量水平分类按炼钢炉按炼钢炉设备不同设备不同可分为可分为转炉
41、钢、电炉钢、平炉钢转炉钢、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。束熔炼及有关的真空熔炼钢等。 按按脱氧程度不同脱氧程度不同可分为可分为沸腾钢沸腾钢（不经脱氧或微弱脱（不经脱氧或微弱脱氧）、氧）、镇静钢镇静钢（脱氧充分）和（脱氧充分）和半镇静钢半镇静钢（脱氧不完全，（脱氧不完全，介于镇静钢和沸腾钢之间）。介于镇静钢和沸腾钢之间）。 按按质量水平质量水平不同可分为不同可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。普通钢、优质钢和高级优质钢。 53PPT课件按用途分类按用途分类 分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能
42、钢。分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢。 结构钢结构钢是目前生产最多、使用最广的钢种，它包括是目前生产最多、使用最广的钢种，它包括碳素碳素结构钢结构钢和和合金结构钢合金结构钢，主要用于制造机器和结构的零件，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。及建筑工程用的金属结构等。碳素结构钢碳素结构钢是指用来制造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，一般优质钢高些，一般S0.055%S0.055%，P0.045%P0.045%，优质碳，优质碳素钢素钢SS和和PP均均0.040%0.040%。碳素结构钢的价
43、格最低，工。碳素结构钢的价格最低，工艺性能良好，产量最大，用途最广。艺性能良好，产量最大，用途最广。 54PPT课件 合金结构钢合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上，适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、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，又可分为含碳量）热处理工艺和用途的不同，又可分为渗碳渗碳钢、调质钢和氮化钢钢、调质钢和氮化钢。 55PPT课件合金结构钢合金结构钢 渗碳钢渗碳钢指用指用低碳结构钢制成零部件低碳结构钢制成零部
44、件，经表面化学处理，经表面化学处理，淬火并低温回火后，使零件淬火并低温回火后，使零件表面硬度高而心部韧性好表面硬度高而心部韧性好，既耐，既耐磨又能承受高的交变负荷或冲击负荷。磨又能承受高的交变负荷或冲击负荷。 调质钢调质钢的的含碳量大于含碳量大于0.25%0.25%，所制成的零件经淬火和高温，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。回火调质处理后，可得到适当的高强度与良好的韧性。 氮化钢氮化钢一般是指以一般是指以中碳合金结构钢制成零件中碳合金结构钢制成零件，先经过调，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，质或表面火焰淬火、高频淬火处理，获
45、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。最后再进行氮化处理，以进一步改善钢的表面耐磨性能。56PPT课件工具钢工具钢 包括包括碳素工具钢碳素工具钢和和合金工具钢合金工具钢及及高速钢高速钢。碳 素 工 具 钢碳 素 工 具 钢 的 硬 度 主 要 以 含 碳 量 的 高 低 来 调 整的 硬 度 主 要 以 含 碳 量 的 高 低 来 调 整（0.65%C1.30%0.65%C1.30%），为了提高钢的综合性能，有的钢中），为了提高钢的综合性能，有的钢中加入加入0.35%0.35%0.60%0.60%的锰。的锰。合金工具钢合金工具钢不仅含有不仅含有很高碳很高碳，有的
46、高达，有的高达2.30%2.30%，而且含有，而且含有较高较高的铬的铬，铬的含量可达到，铬的含量可达到13%13%、钨（达、钨（达9%9%）、钼、钒等合金元素，）、钼、钒等合金元素，这类钢主要用于各式模具。这类钢主要用于各式模具。高速工具钢高速工具钢除含有除含有较高的碳（较高的碳（1%1%左右）左右）外，还含有外，还含有很高的钨很高的钨（有的高达（有的高达19%19%）和铬、钒、钼等合金元素，具有较好的赤热）和铬、钒、钼等合金元素，具有较好的赤热硬性。硬性。57PPT课件特殊性能钢特殊性能钢 指的是具有特殊化学性能或力学性能的钢，如指的是具有特殊化学性能或力学性能的钢，如轴轴承钢、不锈钢、弹簧
47、钢、高温合金钢承钢、不锈钢、弹簧钢、高温合金钢等。等。轴承钢轴承钢是指用于制造各种环境中工作的各类轴承是指用于制造各种环境中工作的各类轴承圈和滚动体的钢，这类钢圈和滚动体的钢，这类钢含碳含碳1%1%左右左右，含铬最高含铬最高不超过不超过1.65%1.65%，要求具有高而均匀的硬度和耐磨性，要求具有高而均匀的硬度和耐磨性，内部组织和化学成分均匀，夹杂物和炭化物的数内部组织和化学成分均匀，夹杂物和炭化物的数量及分布要求高。量及分布要求高。58PPT课件不锈钢不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液，或其他腐蚀是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液，或其他腐蚀介质中具有一定化学稳定性的钢的总称。耐大气、蒸汽
48、和介质中具有一定化学稳定性的钢的总称。耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的称为不锈钢，耐酸、碱和盐等强介质腐水等弱介质腐蚀的称为不锈钢，耐酸、碱和盐等强介质腐蚀的钢称为耐腐蚀钢。蚀的钢称为耐腐蚀钢。不锈钢具有不锈性，但不一定耐腐不锈钢具有不锈性，但不一定耐腐蚀，而耐腐蚀钢则一般都具有较好的不锈性蚀，而耐腐蚀钢则一般都具有较好的不锈性。 根据化学成分不同，可分为根据化学成分不同，可分为马氏体不锈钢马氏体不锈钢( (13%Cr13%Cr钢为代钢为代表表) )，铁素体不锈钢铁素体不锈钢( (18%Cr18%Cr钢为代表钢为代表) )，奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢( (18%Cr-8%Ni18%Cr-8%Ni钢
49、代表钢代表) )和双相不锈钢。和双相不锈钢。 59PPT课件弹簧钢弹簧钢主要含有硅、锰、铬合金元素，具有高的弹性极限、主要含有硅、锰、铬合金元素，具有高的弹性极限、高的疲劳强度以及高的冲击韧性和塑性，专门用于制造螺高的疲劳强度以及高的冲击韧性和塑性，专门用于制造螺旋簧及其他形状弹簧，对钢的表面性能及脱碳性能的要求旋簧及其他形状弹簧，对钢的表面性能及脱碳性能的要求比一般钢较为严格。比一般钢较为严格。高温合金高温合金指的是在应力及高温同时作用下，具有指的是在应力及高温同时作用下，具有长时间抗长时间抗蠕变能力与高的持久强度和高的抗蚀性的金属材料蠕变能力与高的持久强度和高的抗蚀性的金属材料，常用，常用
50、的有铁基合金、镍基合金、钴基合金，还有铬基合金、钼的有铁基合金、镍基合金、钴基合金，还有铬基合金、钼基合金及其他合金等。高温合金主要用于制造燃汽轮机、基合金及其他合金等。高温合金主要用于制造燃汽轮机、喷气式发动机等高温下工作零部件。喷气式发动机等高温下工作零部件。 60PPT课件思考题思考题1 1、炼钢的基本任务是什么，通过哪些手段实现？、炼钢的基本任务是什么，通过哪些手段实现？2 2、磷和硫对钢产生哪些危害？、磷和硫对钢产生哪些危害？3 3、实际生产中为什么要将、实际生产中为什么要将MnMn/S/S比作为一个指比作为一个指 标进行控制？标进行控制？4 4、氢和氮对钢产生哪些危害？、氢和氮对钢
