建材冶金行业 -行业分类→建材治金业-冶金质量分析.ppt

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1、建材冶金行业建材冶金行业-行业分行业分类类建材治金业建材治金业-冶金冶金质量分析质量分析第一章第一章 绪论绪论u冶金的基本概念 冶金是一门研究如何经济的从矿石或其他原料中提取金属或金属化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学u 冶金的分类 1.按方法：火法冶金、湿法冶金 2.按元素：钢铁冶金、有色冶金二、冶金质量分析及评价冶金质量实际上是冶金质量和性能质量的综合反应。钢材质量的分析往往是通过采用常规的及现代的手段、方法，测定各种性能(力学性能、理化性能、工艺性能和使用性能)来反映钢的质量。而任何金属材料的性能都是其成分工因此，掌握冶炼质量评价指标乃是正确选择冶炼工艺路线、判定合

2、理的工艺过径以及保证钢材性能的必要条件。而冶炼质量可以用成分控制范围、纯洁度及铸态组织作为评价指标。一种质量合格的冶金产品，成分应控制在最佳范围，纯洁度要高，铸态组织要求均匀、致密。持别是成分要控制准确、稳定和均匀。不但要缩小成分波动范围，还要控制微量元素含量，即在成分合格范围内，通过微调来控制质量。三、冶金质量分析的意义为改进操作工艺提供依据 提高成材率和节约金属材料提高钢材使用的安全可靠性降低产品成本，提高经济效益第二章第二章 冶金质量综合分析冶金质量综合分析2.1 钢的质量标准及评价指标 一、钢的质量标准体系 技术标准是具有一定权威的组织对重复事物和概念所做的统一规定。它以科学、技术和实

3、验经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，出主管机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的技术准则和依据。对于钢材质量标准，各国都有本国的国家标准、部门或协会标准。如日本的“JIS”标准，前苏联的“TOCT”标准，美国的“ASTM”标准，英国的“BS”标准，以及我国的GB标准(国家标准)，YB标准(冶金部颁标准)等。随着生产、贸易和技术交流的发展，要求在国际上广泛统一标准体系，为此，国际标准化组织在1987年发布了IS09000系列标准，该系列标准由IS09000(质量管理和质量保证标准选用指南)、ISO9001(质量体系一设计、研制、安装和服务的质量保证模式)、ISO9002(质量体系制造和

4、安装的质量保证模式)、ISO9003(质量体系最终检验和试验质量保证模式)和ISO9004(质量管理和质量变素指南)等构成了质量管理和质量保证的国际标准系列，很快得到一些国家的响应。根据我国标准文献的最新分类方法冶金类标准包括：冶金综合、化学分析方法、理化性能试验方法、原料与辅助材料、钢铁产品、有色金属产品、粉末冶金、半导体材料及冶金设备等九个方面的内容。其中钢材质量标准为冶金类标准的重要组成部分。归纳起来，钢质量标准体系内的标准主要有以下三个方面：1.综合基础标准；2.钢铁产品标准；3.测试方法标准二、钢的质量指标内容 (一)性能质量指标 钢材性能质量指标的主要内容是指对钢材的力学性能、工艺

5、性能和物理化学性能的要求。其中最通常的是力学性能，如强度、塑性和韧性、硬度等，有时还要求疲劳等特殊性能。这些性能可以由拉伸试验、冲击试验、硬度试验以及相应的特殊性能试验测定出来。(二)冶炼质量指标 钢材的性能主要取决于其化学成分及组织结构，因此，在钢的质量标准中都规定了化学成分范围，有时还提出了对组织结构方面的要求。例如品粒度、夹杂物形态及分布、钢材内部缺陷等。2.2 钢质量检验 检验的目的：一方面是为了俭验成品钢材的质量是否符合有关标准。另一方面是通过观察和鉴定各种缺陷的分布和性质，以便分析研究产生缺陷的原因和各种工艺因素对钢质量的影响，从而为改进工艺质量和各种试验研究提供数据。一、表面质量

6、检验 表面质量检验包括对表面缺陷和外观形状、尺寸缺陷的检验。钢在挠注、锻轧、加热等过程中，由于处理不当，可能产生各种表面缺陷。最常见的钢材表面缺陷有：结疤、划痕、折迭、表面裂纹、氧化铁皮和外观形状、尺寸公差缺陷等。(1)结疤 结疤是钢材表面呈舌头状、指甲状或鱼鳞状的薄片。钢板上的结疤又叫重皮。有些结疤的一端是翘起的，翘起的结疤又叫翻皮。(2)划痕 划痕是由于轧制设备的某些零件与所轧工作摩擦而产生的表面缺陷一般里连续状分布或断续状分布。(3)折迭 折迭通常是指材料在前一道银、轧中所产生的突出尖角或耳子，在随后的锻、轧时压入金属本体面形成的缺陷。(4)表面裂纹 是指材料表面的开裂，其类型和名称很多

7、，最常见的是裂缝和发纹等。裂缝一般为与加工方向一致的直线，形成Y形的尖底开裂；发纹为分散或成簇分布的头发状细裂纹。裂缝和发纹的主要区别是长短、粗细和深浅不同。(5)氧化铁皮 是钢材在加热、轧制和冷却过程中其表面生成的金同氧化物。(6)表面形状、尺寸缺陷 王要包括椭圆度、弯曲度、波浪度、瓢曲皮等方面的检验。二、成分分析 成分分析是对提供的试样(包括炉中取样相成品钢)进行指定化学元素的分析。现行成分分析方法有化学分析和仪器分析两大类，钢的成分分析是质量检验中的一项重要内容。(一)化学分析法 适用于钢材、原材料成分的化学分析的主要方法有重量分析法、容量分析法、吸光光度法、气化法和电量分析法等。各种分

8、析方法有其自身的特点，如果选择得当，可取得事半功倍的效果。例如，对碳、硫等元素分析可采用气化法进行分析，对低含量元素进行分析，采 用吸光光度法比采用其他方法可靠性更高。一般对钢材进行化学分析，均需从被测钢料或制件上钻取一定数量的试验样品分析。(二)仪器分析 所谓仪器分析，是利用物理方法依据试样被测成分的原子、离子或其化合物的物理性质，进行分离测定，并将所得之值与用同样方法对巳知含量的标准物质(印标准试样)测得之值进行比较，求其在试样中的含量。仪器分析可按物理信息及其分离测定法的不同进行分类。现适用于钢铁、炉渣及其原材料的常规分析方法有看谱分析、光电直读光谱、发射光谱及原子吸收光谱分析法等。此外

9、，近年来用于冶金成分分析的仪器及方法有：红外光谱、色谱、x射线荧光光谱、电子探针、离子探针及等离子光谱(ICP)等分析方法，它们现主要是进行标准、试验研究及成品等分析。这些仪器可与电子计算机结合使用，其分析精度大幅度提高，分析时间大幅度缩短，并能作微区分析。三、组织检验 钢材的组织和缺陷可以通过组织检验方法来观察识别和评定。钢材的组织检验可分为宏观组织检验和微观组织检验两种，后者又称显微组织检验。(一)宏观组织检验 宏观组织检验是用肉眼或低倍放大镜及实体显微镜检查纵、横断面及断口，以评定钢材宏观组织和缺陷。常用的方法有低倍(酸浸)试验、断口试验、塔形试验和硫印试验等。（二)显微组织检验 显微组

10、织检验亦称高倍检验，是用金相显微镜来观察、分析钢的微观组织状态和缺陷的检验方法。检验前，需经过取样、预磨、抛光和腐蚀等过程制成试样，然后在502000倍的金相显微镜上观察。按一般检验采用100500倍的放大倍数进行评定。显微组织检验项目很多，主要有晶粒度、非金属夹杂物、脱碳层深度和显微组织及缺陷等内容。1.奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒大小对钢的性能有显著影响。细小的奥氏体晶粒由于有较长的晶界，促进了奥氏体向珠光体的转变从而降低了钢的淬透性。奥氏体晶粒大小对钢材冲击韧性影响也很大因此要求优良可焊性的造船钢板、在高温高压下使用的锅炉钢管、经热处理后使用的机械结构钢、需进行大变形拉拔加工的中碳钢构件等，

11、均需对奥氏体晶粒度进行检验。此外，鉴于钢的深冲件、磁性和低温脆性等与铁索体晶粒度有密切关系，故对碳的质量分数在o2以下的薄板、电工钢板和造船用钢等一般要进行铁索体晶粒度的检验，方法与上述奥氏体晶检度的测定方法相同。钢中晶粒度的检验按GB639486或有关技术标准的规定来测定钢中的实际晶粒度和奥氏体本质晶粒度。2非金属夹杂物鉴定 非金属夹杂物的研究，对提高钢质量具有极大的意义及钢制举件的受用有密切的关系。在金属中，即使仅含有少量的非金属夹杂物，对性能也有明显的影响。当大杂物顺着零件方向拖延成链条状小颗粒分布，或沿晶界分布时，对金属力学性能的影响就更为严重，常常因应力集中导致突然断裂。夹杂物的存在

12、将降低金属的塑性和冲击韧性。在钢材冶炼过程中，若不很好地防止夹杂物的产生，往往会导致钢材的报废，给生产带来损失。夹杂物的评级可按YB2577及相应标准的规定进行，该标准分脆性夹杂物分散分布、脆性夹杂物集中分布以及塑性夹杂物集中分布和分散分布四套评级图。有的也采用国际标准评级。弄清夹亲物的本质，可以对冶炼丁艺提出改进意见从而改进和控制冶炼过程中的某此工艺改善钢的质量。因此，钢中夹杂物的鉴定工作。直接关系着钢质量的好坏，在钢铁研充领域中是较为重要的工作之一。举例：电渣重熔锭加工成厚40mm的板材后，经超声探伤发现音分层问题。在分层处沿厚度方向取样进行金相观察，发现分层为沿轧向的一条粗大夹杂物。其夹

13、层的平均厚度约0.06mm；从夹层刮取的粉末进行化学分析，其组成物的质量分数为：Si0211.0、A1203386、FeO2.4、MgO1.5，但这四种夹杂物组成含量只有535，显然还有其他成分。当将此粉末进行X射线衍射分析时，其结果有CaF2。于是再将粉末进行化学分析，得出CaF2 占总量的448。这时五个组成加起来为983接近于全量。出此确定此分层的夹杂物来自重熔中的渣相。3.脱碳层测量 钢加热时，表层碳分比内层降低的现象谓之脱碳.凡降低了碳量的表面层叫脱碳层。在大多数的钢材中、持别是对工具钢、滚珠钢、高速钢及弹簧钢来说，脱碳被视为钢材的一种缺陷。由予钢材表面脱碳层未消除干净使工具钢、滚珠

14、钢表面硬度相耐磨性降低淬火时由干里外层体积变化不同经常使得工件表面形成裂纹。对高速钢而言，脱碳还降低了钢材的红硬度和回火稳定性；对弹簧钢而言，脱碳则降低了钢材的抗疲劳性能，所以必须将脱碳控制在标准范围内。脱碳是金相检验的项目之一，随着钢种以及尺寸的不同，容许脱碳层的深度也有所不同。钢的氧化与脱碳决定于钢的化学成分、加热温度、加热时间及加热炉的气氛等。4 其他缺陷组织的检验 钢中的缺陷组织除上述以外还有网状碳化物、碳化物液析、碳化物带状、碳化物球化不良、带状组织、奥氏体中。相及魏氏体组织、游离渗碳休等。2.3 钢的质量分析方法 一般步骤：1.问题的提出 2.实验和分析方法 3.实验结果和分析讨论

15、 4.结论及控制方法第三章第三章 常规炼钢法及质量控制常规炼钢法及质量控制 3.1 3.1 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小于，理论上一般把碳含量小于2.11%称称之之钢钢，它的熔点在，它的熔点在1450-1500，而，而生铁生铁的熔点在的熔点在1100-1200。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，随着碳含量，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的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。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

16、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；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。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。炼

17、钢 方 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。炼 钢 方 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发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，也称为空气底吹转炉炼钢法，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

18、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。炼 钢 方 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

19、钢法。炼 钢 方 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。炼 钢 方 法（5）18991899年年出出现现了了完完全全依依靠靠废废钢钢为为原原料料的的电电弧弧炉炉

20、炼炼钢钢法法(EAF)(EAF)，解解决决了了充充分分利利用用废废钢钢炼炼钢钢的的问问题题，此此炼炼钢钢法法自自问问世世以以来来，一一直直在在不不断断发发展展，是是当当前前主主要要的的炼炼钢钢法法之之一一，由由电电炉炉冶冶炼炼的的钢钢目目前前占占世世界界总总的的钢钢的产量的的产量的30-40%30-40%。炼 钢 方 法（6）瑞典人罗伯特瑞典人罗伯特杜勒首先进行了氧气顶杜勒首先进行了氧气顶吹转炉炼钢的试验，并获得了成功。吹转炉炼钢的试验，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)和多纳维和多纳维兹城兹城(Donawitz)(Donawitz)先后建成

21、了先后建成了3030吨的氧气吨的氧气顶吹转炉车间并投入生产，所以此法也顶吹转炉车间并投入生产，所以此法也称为称为LDLD法法。美国称为。美国称为BOFBOF法法（Basic Basic Oxygen FurnaceOxygen Furnace）或）或BOPBOP法法。LD/BOF/BOP炼 钢 方 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

22、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)。OBM/Q-BOP炼 钢 方 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

23、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。LD-Q-BOP炼 钢 方 法（9）我我 国国 首首 先先 在在1972-19731972-1973年年 在在沈沈阳阳第第一一炼炼钢钢厂厂成成功功开开发发了了全全氧氧侧侧吹吹转转炉炉炼炼钢钢工工艺艺。并并在在唐唐钢钢等等企业推广应用。企业推广应用。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

24、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。1.2 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，产量很但旧中国钢铁工业非常落后，产量很低，从低，从18901890年建设的汉阳钢铁厂至年建设的汉阳钢铁厂至19481948年年的的半个世纪中，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

25、吨万吨。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，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，

26、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。我国粗钢产量的变化情况我国粗钢产量的变化情况3.2 炼钢的基本任务及原料一、炼钢的基本任务1)降低C到规定的范围。2)除去杂质(Si、Mn、S、P等)3)添加合金元素进行合金化。炼炼钢钢的的基基本本任任务务是是脱脱碳碳、脱脱磷磷、脱脱硫硫、脱脱氧氧，去去除除有有害害气气体体和和非非金金属属夹夹杂杂物物，提提高温度和调整成分。高温度和调整成分。归归纳纳为为：“四四脱脱”（碳碳、氧氧、磷磷和和硫硫），“二二去去”（去去气气和和去去夹夹杂杂），“二二调调整整”（成成分分和和温温度度）。采采用用的的主主要要技技术术手手段段为为：供供氧氧，造造

27、渣渣，升升温温，加加脱脱氧氧剂剂和和合合金金化操作化操作。二、炼钢原料及质量要求 炼钢原料有金属原料和非金属原料两大类。金属原料包括生铁、废钢、合金材料；非金属原料包括氧化剂和造渣材料等。1生铁 炼钢生铁的化学成分是否稳定，对于炼钢操作和产品质量有较大影响。一殷除要求炼钢生铁中碳的质量分数在4.0左右外，对于生铁中其他元素的质量分数也作了规定，不同炼钢法亦有不同的要求。如平炉对Mn不作规定，但要求Si0.85，S(1级)0.03，P(1级)0.15；而氧气顶吹转炉法要求Mn(1级)0.6，S 0.8，其s、P与平炉法相同。2废钢 废钢的物理状态和化学成分是报复杂的，为了保证炼钢的技术、经济指标

28、和钢的质量，对炼钢所用的废钢必须严格分类和合理使用。废钢的来源有两个方面，一种是炼钢厂本厂的废钢，其中包括炼钢车间的废钢锭、绕道、中注管、注余和包底等以及轧钢车间的废品、切头、切尾、切边等。这类废钢易于分类，质量好，成分清楚。另一种是外来废钢，包括金属加工的切屑、边角余斜、残次品及使用后报废的钢铁制品等，这类废钢来源广泛，成分复杂，质量不易掌握。3合金材科 目前世界上对上述合金材料尚无统一标准，但对炼钢所使用的台金材料的基本要求是一致的，即要求合金材料含量高，熔炼低碳钢时希望碳的质量分数低；含有害杂质少，不应有夹渣和其他非金属夹杂物；具有一定块度。(二)非金属原料及质量要求 为了造渣，炼钢过程

29、中使用非金属原料，并根据炉内熔池中的情况随时调整炉渣成分，以便有效地去除金属原料中的杂质元素。炼钢常用的非金属原料主要有以下几种。1石灰 石灰是由石灰石经8001000 焙炼而成，它是碱性炼钢炉渣中Ca0的主要来源。一般要求石灰有如下成分(质量分数)：Cao8085，Si024.5%，Mg04.5，S0.20，其中末烧透的石灰数量应小于10。2萤石3铁钒土4粘土块5氧化剂 炼钢主要表现为氧化过程。为了完成并加速炼钢过程中的氧化精炼任务，炼钢操作中必须使用各种氧化剂，经常使用的氧化剂主要有以下几种。(1)铁矿石;(2)氧化铁皮氧;(3)锰矿;(4)氧气3.3 常规炼钢法的分类及特点一、炼钢法分类

30、 1.氧气转炉炼钢法的特点u氧气顶吹转炉炼钢不需要外加热源利燃料u精炼时间短 u氧气转炉炼钢法最大优点之一是生产效率高u吹炼时烟尘大2.平炉炼钢法的特点u对金属原料的配比无限制u冶炼过程中炉气始终具有氧化特性u热效率低 u炉膛容量大，一次可产钢数百吨3.电炉烁钢法的特点（1）电弧炉炼钢法的特点u 利用电能为热源，其本身清洁，无污染，而且能量易于调节，便于控制熔池温度u同平炉、氧气转炉相比，电炉炉体密封性好，所以热效率高，约为65以上。而且电弧区温度大于3000，能熔化高熔点合金元素，可冶炼各种特殊用途的钢种。电弧炉冶炼的独持之处是有还原期，其炉内气氛可以根据冶炼需要来控制，不仅能形成氧化性气氛

31、，也能形成还原性气氛，这是平炉和氧气转炉不能比拟的。因此，电炉具有去除磷、硫等杂质的有利条件。在冶炼合金钢时，其成分较易控制合金元素烧损少，脱氧完全，纯净度高。电炉可以采用合金废钢返回冶炼，这对节约贵重元素，提高经济效益十分有利。与平炉比较，电炉设备简单，基建费用低，投产快，生产率高。还可以间歇生产。(2)感应炉炼钢法的特点1)由于电磁搅拌钢液，改善了反应的动力学条件，促使钢液化学成分和温度均匀比2)感应炉冶炼没有其他设备中所存在的污染源，可获得较纯净的钢及合金。3)冶炼过程中对功率和温度的调节简单方便，即可快速升温，又能准确控温。4)冶炼过程钢液增碳少，合金化过程易于控制，使合金元素回收率高

32、且稳定。5)感应炉电、热效率相生产率较高，设备占地面积小，劳动条件较好等。第四章第四章 炼钢过程中气体和夹杂物的炼钢过程中气体和夹杂物的冶金控制冶金控制4.1 钢中气体对钢质量的影响一、氢、氮在钢中的溶解规律氢、氯在钢液中的溶解反应为吸热过程随着温度升高，溶解度也增大钢液中其他洛质元素对气体的溶解度也有影响二、钢中氢的行为及去除钢中的氢主要来源于炼钢原料、耐火材料和炉气中的水分。此外，钢中含氢量与钢的冶炼方法、钢种成分也有关系。氢对钢质量的影响：1降低钢的塑性。2使钢产生氢脆。3使钢产生白点钢中的白点(1)白点的特征(2)白点的形成机理 目前对于白点的形成机理比较一致的观点是：钢小的白点是由钢

33、中氢和应力共同作用而形成的一种裂纹。(3)钢中白点产生的条件 钢个的氢含量是产生白点的重要条件，但并不是唯一的条件。对白点具有敏感性的钢，氢含量增加，对白点的敏感性也增大。而对白点不敏感的钢则氢含量再大也不产生白点。白点主要见于大中型锻件或钢件。这些钢件的尺寸愈大，对白点的敏感性也愈大。(4)防止白点的措施 防止白点的根本方法是设法减少钢中的氢含量，即在炼钢过程中尽可能使用干燥原料和促进熔池沸腾以减少钢液中氢含量，对冶炼后的钢液进行真空处理也有明显降低氢含量的效果。此外，对干锻轧后的钢件也可利用氢在高温区扩散能力强这个特点来减少固态钢中的氢含量。通常使用的方法有扩散退火和锻轧后的等温退火等。(

34、三)冶炼过程中的钢液氢含量的变化及去除 根据冶炼不同阶段钢液的吸氢原因不同，采用的措施也不同。1.降低熔化期钢液氢含量的主要措施是：1)装料前在坩锅底部加入适量的渣料，这样当坩锅底部形成熔池的初期，钢液就在渣层的覆盖下与大气隔离，从而减轻了钢液自大气中吸收的氢量。2)选用氢含量较低的炉料，如炉料中有大量含氢较高的合金时，应预先进行去氢退火处理，以减少其中的氢含量。3)尽可能不在大气湿度高的天气冶炼对氢敏感的钢种。2.根据精炼与合金化过程钢液氢含量的变化特点，为降低钢液氢的质量分数可采取以下措施（1）选择合适的护渣。在冶炼低氢钢时，应选用低碱度渣进行精炼。（2）对氢含量高的炉料、精炼使用的脱氧剂

35、与渣料，应充分烘烤，以减少由其带入的水分。3)合理选择精炼期时间和温度。避免钢液过热和时间过长。3.减少出钢浇注过程钢液氢含量的主要措施有以下几点：1)使用干燥的耐火材料，新的出钢槽与盛钢筒应进行充分地烘烤。2)采用钢包吹氮脱氢工艺对钢液进行处理。三、钢中氮的行为及去除(一)钢中氮的来源(二)氮对钢质量的影响 氮对钢材性能的不利影响主要是使低碳钢的塑性降低，脆性增大，淬火时效、应变时效倾向增大。(三)冶炼过程钢中氮含量的变化及去除 低碳钢的冶炼中，应尽量采用氧气转炉生产，另外，适当添加Al、v、Ti、Zr、Nb等与氮亲合力强的强氮化物形成元素，形成高熔点的氮化物，减少钢中原子态氮的存在，则可消

36、除由氮引起的低碳钢的各类时效脆化现象。在冶炼合格较高的钢与合金时，应采用氮的质量分数低的炉料，尽量减少熔化期炉料吸收的氮量和减少精炼期钢液的吸氮量。4.2 钢中的非金属夹杂物及控制一、钢中非金属夹杂物的来源 1.外来非金属夹杂物。2.内生非金属夹杂物 内生非金属夹杂物形成的时间可以分为四个阶段：钢液冶炼时形成的脱氧反应产物称为为一次夹杂；在出钢和浇注过程中由于钢液温度下降，其内部成分平衡移动时生成的称为二次夹杂；在钢液凝固过程中生成的称为三次夹杂，钢凝固后的冷却过程中由于发生相变使溶解度变化而析出的化合物称为四次夹杂。研究证明，钢中的大部分非金属夹杂物是在钢液冶炼和凝固阶段生成的，即主要是一次

37、相三次夹杂物。二、钢中非金属夹杂物的类型（一)按夹杂物成分特点分类 按夹杂物的成分特点可将夹杂物分为氧化物系、硫化物系和氮化物系三大类。(二)夹杂物的形态及特性 1.塑性夹杂物 2脆性夹杂物三、非金属夹杂物对钢性能的影响四、钢中非金属夹杂物的去除和形态控制 (一)夹杂物的去除 1夹杂物浮升去除 2渣洗去除夹杂物 (二)钢中非金属夹杂物的控制 主要的方法是通过向钢液中加入对氧、硫结合力较强的元素，改变原有夹杂物的组成并使其形成为比较理想的夹杂物形态。1氧化物夹杂物形态的调整与控制 2硫化物夹杂的调整与控制4.3 钢中的金属杂质及冶金控制一、钢及合金中的金属杂质的行为 通常，钢与合金中金属杂质元素

38、是指：铅、锡、铰、锑、砷等。它们是典型的“内吸附”元素。虽然它们在钢及合金中的平均含量极微，但它们容易在晶界处偏聚、其浓度为平均含量的几倍甚至几十倍，而且具有低熔点和气体原子的特征，所以，会使晶界脆化，导致钢及合金的热强性、热塑性以及其他性能下降。二、微量金属杂质对钢与合金性能的影响(一)微量金属杂质对热加工性能的影响 微量有害金属杂质(例如Pb、Sb)对钢或台金的热加工性能的危害极大、其影响程度随钢与合金的化学成分的不同而异。(二)微量有害元素对高温力学性能的影响 微量有害元素对高温力学性能的影响尤为显著。Pb、sn、sb、Bi等微量有害元素即使在10-4是含量范围内，也会使钢和合金的热强性

39、、蠕变强度和持久强度急剧降低。(三)微量有害元素对空温力学性能的影响(四)微量有害元素对其他性能的影响四、降低微量元素有害影响的方法1.微量有害元素的真空挥发去除2.利用微量添加剂来消除杂质的有害影响3.限制由原材料带入的有害元素数量第五章第五章 铸锭及质量控制铸锭及质量控制5.1 铸锭质量控制一、铸锭缺陷分析 铸锭缺陷是指钢中连续性、致密性、纯净性和均匀性遭到破坏的部分。比较常用的铸锭缺陷有裂纹、残余缩孔、疏松、白点、发纹、气泡、结疤、偏析、翻皮、非金属夹杂物等。1.缩孔减少缩孔的办法主要有以下几点：1)采用合适的锭模，要求上大下小、锭型较大为宜，使上面出较多的钢液往下填充。2)浇注时控制注

40、速和注温，一船采用下限操作，即采用顶铸、慢铸及偏低温度铸。3)锭模顶部保温及加热，主要的是使用保温帽及在帽内添加发热剂，这样能更长时间地保证钢液向下流动，以补充下部的收缩，同时使锭从下向上凝固，可保证钢锭的致密性。2.疏松 造成疏松的原因是由于凝固时钢液补充不足而残留下局部的缝隙或是钢水中夹杂物和气体造成的孔洞。可见减少钢水气体含量，提高钢的纯净度可防止疏松；另外。选用较小锭型，降低注温、注速等加快冷却结晶的措施也是减轻琉松的重要途径。钢锭后续的热压力加工过程的较大压延比，能使部分疏松缺陷密合在一定程度上也能减轻疏松这种铸淀缺陷。3.轴心晶间裂纹4.皮下气饱和内部气泡 皮下气泡主要是因钢水去气

41、不良，脱氧不当造成的。为了消除皮下的气泡，应将钢水很好地脱氧，使浇注时钢中碳和氧不再进行反应，从而不能产生一氧化碳、二氧化碳这类气体。在挠注中还应注意降低中注管相锭模内钢液的静压力，使气体容易外逸。5.偏析6.非金属夹杂物 钢锭中非金属夹杂物的来源大致分两类，即由脱氧反应等产生的内在夹杂物，和钢液在空气中被氧化及耐火材料的蚀损及机械混入等引起的外来夹杂物。(1)内在夹杂物：钢锭中内在夹杂物以脱氧产物生成时期的不同，可分一次脱氧产物及二次脱氧产物两类。此外它还包括通过添加台金元素而生成的硫化物、氮化物以及它们的复合化合物。（2）外来夹杂物 钢液在出钢后至浇注前，要与盛钢桶、塞棒、水口及汤道等耐火材树接触因而，耐火材料要受到机械的或化学的蚀损而成为夹杂物的来源。7.钢锭裂纹8.表面缺陷二、铸钢质量控制 1.铸钢的冶炼质量控制 2.铸钢的铸造质量控制 （1）铸钢流动性的改善；(2)铸钢缩孔的改善 （3）铸钢热处理的作用5.2 连续铸钢及其质量分析1.连铸的特点及铸坯质量分析(一)连续铸钢的特点 1)连铸坯的凝固特点 2)连铸坯的结构特点 3)连铸的技术经济特点