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炼钢基础知识之影响铸钢性能的一些因素

2012年03月31日

一、钢中常见杂质元素的影响
钢中常见的杂质元素有P、S、H、N、O等。这些元素在一般情况下对钢的性能起有害作用,但其中有的元素在特定的条件下,也能起有益的作用,成为特意加入的合金元素。这几种杂质元素的来源及其在钢中的作用见表1—2。
                                              表1—2   钢中常见杂质元素及其作用

 

元素
来    源
作            用
P
炼钢过程中
从炉料引入
磷微溶于钢中,当钢中含磷量,形成Fe 2P在晶粒周界析出,降低钢的塑性和韧性,增加冷、热裂倾向。
S
 
炼钢过程中
从炉料引入
1、硫在钢中以FeS-Fe共晶体存在于钢的晶粒周界,降低钢的力学性能,优制钢含硫量一般应限制在0.04%以下。
2、在机械制造中,有时为了改善某些钢的切削加工性能,人为将含硫量提高,以形成硫化物,起中断基体连续性的作用。
3、硫含量的提高,增加铸件热裂倾向。
H
炼钢过程中钢液从炉气中吸收氢
钢液中氢的溶解度随温度升高而提高,在缓慢凝固条件下,氢以针孔形态析出。快速凝固时,析出氢在铁的晶格内造成高应力状态,导致脆性。
N
炼钢过程中钢液从炉气中吸收氮
1、钢液中溶解的氮在凝固过程中因溶解度降低而析出,并与钢中的Si、Al、Zr等元素化合,生成SiN、AlN 、ZrN等氮化物。少量氮化物能细化钢的晶粒。氮休物多时,会使钢的塑性和韧性降低。
2、氮属于扩大奥氏体区元素,在钢中可部分代替镍的作用,是铬锰氮不锈钢中的合金元素,,在超低碳不锈钢中,可代替碳的作用,提高钢的强度。
O
炼钢过程中
钢液被氧化
1、钢液中溶解的FeO 在凝固前温度降低过程中与钢液中的碳起反应,生成一氧化碳气泡,在铸件中造成气孔。
2、钢液凝固过程中,FeO因溶解度下降而析出在钢的晶粒周界处,降低钢的性能。

 

二、钢中非金属夹杂物的影响
钢中的非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、硫氧化合物、硅酸盐化合物及氮化物等。这些夹杂物的来源有外来的和自生的两类。外来的夹杂物包括在炼钢过程中从炉料夹带的不洁物,炉衬因经常受侵蚀而脱落的耐火材料等。自生的夹杂物是在炼钢过程中及钢液浇注过程中,由于钢液中元素氧化或发生其它化学反应而生成的。夹杂物对钢的力学性能有害,特别是对韧性的削弱作用较大。为减轻夹杂物的有害作用,可采取两种途径:
(1)清除夹杂物
如在炼钢氧化期中,使钢液良好地沸腾,藉以有效地清除夹杂物,并在出钢后浇注前使用钢液在钢包中镇静一段时间(5~10min),使夹杂物自钢液中上浮。采用炉外吹氩精炼,或将钢液过滤,都能有效地清除钢液中的夹杂物。
(2)改善夹杂物形态
夹杂物对钢削弱作用的程度依其形状及分布状况而定:带尖角的多角形夹杂物在钢中造成大的应力集中,在外力作用下易形成裂纹源,而颗粒状和球状夹杂则危害较小;条状夹杂物沿晶粒周界以网状或断续网状分布时,对钢的割裂作用较大,而呈岛状弧立分布的夹杂物的割裂作用较小。

如采用稀土合金对钢液进行处理,以使多角形氧化物和条状硫化物为球状的稀土硫氧化合物,就能降低夹杂物对钢的削弱作用。
          三、夹杂物含量在电炉钢生产过程中的变化
1、炉料全熔化,夹杂物的含量较高。
2、氧化期,夹杂物的含量总趋势下降。
3、还原期,加入预脱氧剂和合金,杂质含量升高,后慢慢降低。
4、镇静:夹杂物上浮。
5、吹氩:氧化物、硫化物杂质含量降低,但氮化物几乎不变。
6、浇注:由于二次氧化,钢水对浇注系统的冲刷,氧的析出并与其它元素发生反应,夹杂物含量上升。
       7、凝固:温度下降,显微偏析,枝晶的液体富集的溶质元素易发生一系列反应,形成氧化物、硫化物。

 

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