冶金炼钢培训手册样本.docx

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冶金炼钢培训手册样本

炼钢培训材料

一、钢与铁区别

钢与铁区别重要体当前碳含量不同上，钢与铁之间没有很明确一致公认界限。

炼钢教科书对钢定义是,以铁为重要元素，碳含量普通在2%如下0.02%以上，并具有其他元素统称。

依照Fe-O相图划分，碳含量在2.11%如下成为钢，在2.11%以上成为铁。

碳含量不不大于1.4%钢很少使用，碳含量不大于0.02%钢称为工业纯铁，它是电器、电讯、电工仪表用磁性材料。

基本知识

1、GB国标代号YB原冶金工业部原则

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、碳含量不大于0.25%是低碳钢，在0.25-0.60%之间为中碳钢，不不大于0.60%是高碳钢

4、合金钢分为低合金钢、中合金钢、高合金钢

　　　合金含量总量不大于3%称低合金钢，在5-10%称中合金钢，不不大于10%称高合金钢。

5、钢微合金化

　　　普通指在原有主加合金元素基本上再添加微量铌（Nb）、钒（V）、钛（Ti）等碳氮物形成元素，使其对钢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，因素是钢中含铬，含铬12.5%，低于此量就不叫不锈钢。

工业上应用不锈钢含铬在12-30%之间。

普通把可以抵抗大气腐蚀含铬在13%钢叫不锈钢，含铬在17%以上钢叫耐酸钢，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表达粗系夹杂物。

每个系列由表达夹杂物含量递增五级图片（1级至5级）构成。

二、炼钢办法分类

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重要炼钢法。

三、转炉炼钢工艺流程

氧气废钢

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、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；调节成分。

碳溶于铁反映：

FeC3=3[Fe]+[C]

脱碳反映：

O2+2C=2CO

O2+[Si]=SiO2

O2+[Mn]=MnO2

脱磷反映：

2[P]+5（FeO）+3（CaO）=（3CaO.P2O5）+5[Fe]

脱硫反映：

[FeS]+（CaO）=（FeO）+CaS2CaS+3O2=2SO2+2CaO

脱硫、脱磷都需高碱度、大渣量，不同是脱硫需要高温，低氧化铁，而脱磷则需要低温，高氧化铁。

脱氧反映：

O2+[Si]=SiO2O2+[Mn]=MnO22AL+O3=AL2O3….

五、炼钢基本任务

炼钢就是通过冶炼减少生铁中碳和去除有害杂质，再依照对钢性能规定加入适量合金元素，使其成为具备高强度、韧性或其他特殊性能钢。

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脱碳并将其含量调节到一定范畴。

v调节钢液成分和温度。

v将钢液浇铸成质量合格钢坯。

1钢中硫

硫在晶界产生低熔点共晶化合物FeO-FeS熔点940℃，低于轧、锻温度1150左右，因而热加工时在钢坯内液体处开裂，称之为热脆。

2钢中磷

磷突出危害是产生冷脆，在低温下，磷越高，冲击性能减少越大。

3钢中氧

普通测定钢中氧是全氧，涉及氧化物中和溶解氧，使用浓差法定氧时测定钢液中溶解氧，在钢坯、材取样分析是全氧。

在原则中普通不规定含量值。

4钢中氮

在低碳钢中，增大氮会减少冲击值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发展,人们对钢纯净度规定越来越高。

由于生产过程环境及工艺自身影响,钢中存在非金属夹杂物是不可避免。

非金属夹杂存在破坏了钢持续性和致密性,对钢性能有着重要影响,甚至是决定性影响。

所谓干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如下;并且要严格控制钢中非金属夹杂物，数量少、尺寸小、形态要控制为点球状不变形夹杂，干净钢高。

夹杂物分内生夹杂物、外来夹杂物

钢中内在夹杂重要来源是：

冶炼过程元素被氧化及脱氧形成氧化物。

内生夹杂物特性是：

分布相对来说较均匀、颗粒相对而言较细小、较晚形成夹杂物多沿初生晶粒晶界分布

广义上讲，把浇注过程中钢水与空气、耐火材料、炉渣之间互相化学反映生成氧化产物.使钢水重新被污染过程叫二次氧化。

留在钢中二次氧化产物普通称为外来夹杂。

冶炼干净钢应依照品种和用途规定，在铁水预解决-炼钢-精炼-连铸操作都应处在严格控制之下，炼钢环节重要控制技术如下：

（1）铁水预解决，入炉铁水硫含量应不大于0.005%甚至不大于0.002%。

（2）转炉复合吹炼和炼钢终点控制，改进脱磷条件，提高终点成分和温度一次命中率，减少钢中溶解氧含量，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并调节钢包渣成分。

在实际生产中,由于钢中非金属夹杂存在,还会产生某些现场废品和质量降级判断,导致公司经济损失,因而,对于连铸坯中非金属夹杂研究必要予以高度注重。

碳（C）：

是对钢性能影响最大基本元素。

若多炉浇注时，各炉之间钢水中碳含量差别规定不大于0.02％。

钢中C=012～0.17％，连铸坯易产生纵裂、角裂，甚至导致漏钢事故。

为了减少此类钢对裂纹敏感性，普通在保证机械性能前提下，把钢含碳量控制在0.16～0.22％范畴内，而把锰（Mn）含量提高到0.7～0.8％。

有害元素（硫S、磷P）含量：

S、P是由原料中带入。

S对钢热裂纹敏感性有突出影响，S不不大于0.025％时，钢延展性有明显下降，铸坯裂纹加重；P会使钢晶界脆性增长，裂纹敏感性增强。

因而，对于连铸钢水规定S不大于0.03％，最佳S不大于0.025％，或S+P不大于0.05％才干防止铸坯产生热裂纹。

硅（Si）、锰（Mn）含量控制：

硅、锰含量既影响钢机械性能，又影响钢水可浇性。

一方面规定把钢中硅、锰含量控制在较窄范畴内（波动值Si±0.05％、Mn±0.10％），以保证连浇炉次铸坯中硅、锰含量稳定。

另一方面规定恰当提高Mn／Si比。

Mn／Si不不大于3.0，可得到完全液态脱氧产物，以改进钢崐水流动性。

因而，在成分规格范畴内，调节Si、Mn含量，保持Mn／Si不不大于3.0，以改进钢水可浇性，这是连铸硅镇定钢一种特点。

钢中锰能抑制硫有害影响，消除[S]热脆倾向，增大Mn/S可有效减少裂纹敏感性。

MnS熔点是1610℃。

残存元素含量：

钢中残存元素如铜、锡、铅、锑等，普通是由废钢带入，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氧化，这些元素在晶界富集，导致铸坯表面裂纹。

因而应精选废钢或废钢搭配使用，控制钢中铜不大于0.2％，锡、砷、锑含量不大于0.10％。

微量元素：

为了改进钢使用性能，出钢合金化时，故意加入微合金元素，使其在钢水中保持其一定含量，如钢中具有微合金元素铌Nb、钒V，可提高钢韧性，增长抗硫化氢腐蚀能力。

7钢中残存元素及其对钢性能影响

1）残存元素在钢中偏析

许多残存元素在钢中是以偏析形式存在并发挥作用。

除周期表中与铁接近几种过渡金属镍、钴、钨、钼、锰、铬外，多数残存元素在钢中均有较强偏析能力；这种元素偏析过程，既可以发生于钢液凝固过程，也可以发生于随后固态相变，后者需要较长扩散时间。

不同残存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存元素在固相和液相两相之间分派因数，普通先结晶固相中具有残存元素较少，而后结晶某些所含残存元素较多，最后形成典型铸锭偏析宏观构造。

不同残存元素在钢中凝固偏析因数见表1，它是一种无量纲量，等于Δc/c，即不偏析时，偏析因数为零。

　　在正常凝固条件下，凝固偏析因数不大于0.5普通不会产生严重宏观偏析，因而在铸锭冒口某些重要偏析元素是硫、磷、碳，另一方面有锑、氮、砷、氢、锡，相应这一某些材料硬度也将高于铸锭其他部份。

相应于凝固偏析，残存元素在固态相变或加热中，也也许产生晶界偏析，钢第二类回火脆性重要就是磷、锡、砷、锑在晶界上偏析脆化引起。

与凝固偏析相比，由于残存元素只能做近程扩散，因此这种偏析普通需要特定温度和时间，偏析位置普通在原始奥氏体晶界等晶体缺陷位置。

几种残存元素在晶界上晶界富集因数亦列于表3，它是一种无量纲量，定义为晶界浓度与晶内浓度之比。

依照Seah-Hondros模型，晶界富集因数与残存元素在钢中溶解度成反比。

运用经验关系lgβ＝algcm+b，如果懂得一种残存元素在钢中固溶度，就可以大体预计它晶界富集因数。

式中β为晶界富集因数，cm为残存元素溶解度，a和b均为常数，其中a＝-0.868，b＝0.898。

表1　残存元素在钢中凝固偏析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

0.98

25000

磷

0.87

200～750

碳

0.87

10000

锑

0.80

1000

氮

0.72

—

砷

0.70

250

氢

0.68

—

锡

0.50

250～750

铜

0.44

100～200

镍、钼

0.20

—

锰

0.16

—

钨

0.10

—

钴

0.10

—

铬

0.05

—

钢中第三组元对残存元素在晶界偏析影响很大，依照Guttmann工作，镍、锰、铬、钒、钨、钼、钛、锆对磷偏析影响依序增强。

而镍、铬对锑在钢中偏析限度亦有相称加强。

由于硅、锰对残存元素在晶界偏析影响很大，在当代超纯净钢概念中，已将硅、锰列入应控杂质元素，含量可控制在0.05%如下。

2）　残存元素对钢材高温塑性影响

在生产实践中，人们早已发现钢材热加工性能与钢中残存元素硫及铜含量有重要关系，钢中这些残存元素含量一旦升高，钢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，所有全保存残存元素在适当氧化性氛围下加热，由于选取性氧化成果，均会富集于钢表面。

这由于随着铁氧化及氧扩散过程，未发生氧化残存元素将逐渐沉积于金属基体与氧化皮界面，钢材加热时间越长，氧化皮亦越厚，相应在表面富集残存元素也将越多。

除了铜以外，大某些富集残存元素会逐渐溶入钢材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。

如果钢热加工（锻造或热轧）温度在铜熔点（1083℃）以上则表面沉积这层铜将形成液膜，将润湿钢表面并沿晶界向钢内部浸润，最后导致严重铜裂，这是当前已发现最严重加工热脆性机制之一。

铜在钢表面富集限度，取决于钢中残铜量和钢坯加热时氧化限度，对老式铸锭工艺，钢材从开坯到最后成型普通至少要经二次高温加热时程，而当代连铸工艺中，连铸坯在步进式持续加热炉中长时间高温氧化条件均有助于产生铜脆现象。

由于钢材正常轧制和锻造温度区间普通在1000～1150℃，正好落在铜熔点范畴。

减轻铜脆一种有效途径是提高铜合金熔点，其中镍和钼最为有效，如果钢中残存元素仅有铜，则只要残量不不大于0.35%，在正常轧制条件下，轧坯表面即会浮现严重铜裂；作为对比，如果钢中含少量镍或钼，其含量为铜含量一半，则含铜0.75%钢也可以顺利地进行热轧。

反之，钢中残存元素锡、砷、锑均会减少铜熔点从而加强铜脆敏