LF精炼全解析

LFLF 精炼知识精炼知识 1 1 炉外精炼发展历程炉外精炼发展历程 20 世纪 30 40 年代 合成渣洗 真空模铸 1933 年 法国佩兰 R Perrin 应 用高碱度合成渣 对钢液进行 渣洗脱硫 现代炉外精练技术的萌芽 50 年代 大功率蒸汽喷射泵技术的突破 发明了钢包提升脱气法 DH 及循环脱气 法 RH 1935 年 H Schenck 确定大型钢锻件中的白点缺陷是由氢引起的 氢脆 1950 年 德国 Bochumer Verein 伯施莫尔 威林 真空铸锭 1953 年以来 美国的 10 万千瓦以上的发电厂中 都发现了电机轴或叶片折损的 事故 1954 年 钢包真空脱气 1956 年 真空循环脱气 DH RH 60 70 年代 高质量钢种的要求 产生了各种精炼方法 60 70 年代是炉外精炼多种方法分明的繁荣时期 与 60 年代起纯净钢生产概念的提出 连铸生产工艺稳定和连铸品种扩大的强烈 要求密切相关 此时 炉外精炼正式形成了真空和非真空两大系列不同功能的系统技术 同时铁 水预处理技术也得到迅速发展 它和钢水精炼技术前后呼应 经济分工 形成系 统的炉外处理技术体系 使钢铁生产流程的优化重组基本完成 这个时期 还基本奠定了吹氩技术作为各种炉外精炼技术基础的地位和作用 这一时期发展的技术 VOD VAD ASEA SKF RH OB LF 喷射冶金技术 SL TN KTS KIP 合金包芯线技术 加盖和加浸渍罩的吹氩技术 SAB CAB CAS 80 90 年代 连铸的发展 连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接 RH KTB RH MFP RH OB RH IJ 真空深脱磷 RH PB WPB 真空深脱硫 V KIP SRP 脱磷 21 世纪 更高节奏及超级钢的生产 2 2 炉外精炼作用和地位炉外精炼作用和地位 提高冶金产品质量 扩大钢铁生产品种不可缺少的手段 是优化冶金生产工艺流程 进一步提高生产效率 节能强耗 降低生产成本的有 力手段 保证炼钢 连铸 连铸坯热送热装和直接轧制高温连接优化的必要工艺手段 图 1 取样器示意图 优化重组的钢铁生产工艺流程中独立的 不可替代的生产工序 3 3 LFLF 精炼工艺优点精炼工艺优点 精炼功能强 适宜生产超低硫 超低氧钢 具备电弧加热功能 热效率高 升温幅度大 温度控制精度高 具备搅拌和合金化功能 易于实现窄成分控制 提高产品的稳定性 采用渣钢精炼工艺 精炼成本较低 设备简单 投资较少 4 4 计算合金加入量调整钢液成分计算合金加入量调整钢液成分 4 14 1 技能实施与操作步骤技能实施与操作步骤 根据钢种的特点和工艺要求 首先了解初钢液中合金元素配加情况并预测在加 热前期 中途 后期 结束分别配加合金的种类并作好准备 精炼钢包进入 LF 工位后 按要求取样进行化学元素全分析 根据全分析结果 计算出精炼期应配加的各种合金的补加量 并进行称量 精炼钢水加热到预定温度后 把上述称量好的合金通过料仓或人工分批加入 凡钢水经过造白渣处理后 一般应再取样进行全分析 根据全分析结果及该钢种成分控制要求 计算出需要补加的合金数量 进行称 量 并在进入软吹前 5 分钟加入完毕 取样操作 取样器 见图 1 取样操作过程 A 完好取样器插入取样棒 B 检查头部保护套是否完好 C 打开工作门 D 快速插入钢水深约 300mm 左右 位置靠近吹氩搅拌区 E 保持 3s 5s 左右后迅速提起取样 棒 拉出钢液面 F 拆卸纸管 打破壳取出试样 4 24 2 注意事项注意事项 在进行合金补加前 必须掌握准确的钢水量及各种合金的成分液中已经配加的合金 量 合金加入量的计算必须要经过复核 以保证准确无误 要能准确识别各类常用合金 防止误用 称量合金要准确 并经过复核才能加入钢包内 合金加入钢包内时 注意勿碰击电极 必要时应停止加热 精炼钢包内合金熔化的条件较差 因此不宜加入块状较大的合金 一般控制在 10mm 30mm 为了确保合金元素有较稳定的回收率 加合金前钢包中的渣应脱氧良好 渣应呈白 色为好 加合金毕要继续保持炉渣良好的还原性 在渣面要适量补加粉状脱氧剂 全部合金加毕到开始软吹必须有足够的时间使合金充分熔化 加入较多数量的合金必须考虑合金熔化吸热造成的钢液温度下降 及足够的温度弥 补 在加入合金时要考虑合金中除主元素外的其它元素对钢液成分的影响 如加入高碳 铬 高碳锰要计算增碳量 喂 Ca Si 丝时考虑增硅量 喂 Fe Ti 丝时要考虑 A1 Si 增量喂 A1 丝时注意有增硅的可能性 4 34 3 知识点知识点 各种合金加入量的计算计算公式各种合金加入量的计算计算公式 铁合金 合金加入量 公斤 铁合金中元素含量 回收率 钢水量 公斤 分析成分 控制成分 喂丝 喂丝长度 喂丝总量 单位重量 Si 含量 各种合金元素的回收率各种合金元素的回收率 在精炼炉内脱氧条件较好的情况下加入合金的回收率比较高 在钢包内顶渣氧化铁 小于 0 5 的条件下各元素的回收率分别为 1 100 回收率的元素有 Ni Mo Mn Cr Si C V Nb 2 S A1 Ti 直接加包中回收率 30 50 3 喂丝法加入的回收率 S A1 Ti 为 70 80 B 为 40 50 5 5 成分异常的处理成分异常的处理 5 15 1 技能实施与操作步骤技能实施与操作步骤 在精炼过程中通过取样发现钢水成分同预测成分 合金配加成分 比较有较大差异 重新取样进行验证 对照工艺卡检查执行情况 及时发现问题 寻找原因 可按以下几个方面检查 以 下 14 项原因是易造成成分异常的主要原因 1 钢水量是否有误 2 前期合金加入是否有误 3 搅拌系统工作是否正常 4 是否有设备漏水情况 电极是否有增碳现象 5 取样是否有代表性 6 炉渣是否还原良好 上工序氧化渣是否带入过多 7 温度是否过低 8 已加入合金是否熔化均匀 9 发送样是否有误 10 分析试样是否符合要求 11 是否采用全新未烘烤良好的钢包 12 合金元素成分是否正确无误 13 合金配加量计算是否正确 14 料仓及输送系统是否工作正常 根据重取样分析结果与工艺执行情况的分析 采取相应措施 如合金元素 C Si Mn Cr Ni 等 低于下限要求 补加合金至成分中下限 如合金元素 C Si Mn Cr P Ni 等 确认高于上限 则回炉重氧化或改钢号 改 相应标准 如有害元素 S 不符合进入下一工序要求必须进一步采取脱硫操作 1 增加渣量 2 加强钢液搅拌 3 加强渣脱氧 5 25 2 注意事项注意事项 取样符合操作规范 具有代表性 要做到 1 添加合金 还原剂后不能马上取样 2 渣况不好出现灰色 褐色 棕黄色 要等渣转白再取样 不然会引起取样无代表性 3 温度过低会引起取样无代表性 不宜取样 发现钢水成分异常应尽早处理 补加合金量应考虑炉渣还原性 钢水量必须正确 合金成分必须确认无误 要杜绝合金元素配加过量 5 35 3 知识点知识点 成分异常产生的原因分析成分异常产生的原因分析 1 取样无代表性 A 取样位置 方式不符合要求 如靠近渣面的试样易受炉渣影响造成成分波动 B 合金未全部熔化造成成分偏析 C 搅拌效果差 造成钢水成分不均匀 同时钢渣反应差影响脱硫的正常 2 合金料未加入 由于合金加料系统故障 应加入合金料部分留在料仓内或撒落在钢包外 也有人为 因素造成漏加 计算错误等 3 操作工艺执行不规范 A 还原精炼渣未达到脱氧良好的要求 渣量不足 在上工序氧化渣带人过多时尤其 要注意 B 加热过程电极插入钢液增碳 C 钢水量不准 秤量系统故障以及对造成损失的钢水估计不足 D 钢液温度不符合要求 尤其是温度低造成化学成分均匀性差 防止措施防止措施 1 取样操作熟练工具完好 2 保证加料系统正常 3 严格执行操作工艺 处理方法处理方法 1 成分高于上限要求 不能改钢号作回炉或原料钢处理 应尽量避免出现这类事 故 2 成分低于下限要求 补加合金至成分要求范围 6 6 常见典型成分异常情况常见典型成分异常情况 炼钢生产过程中 钢液中 C 的异常情况最常见 以此作为典型分析 1 1 造成造成 C C 的异常的原因的异常的原因 A 初钢液出钢过程增碳 因电极粒密度较钢液 炉渣轻 如果操作不当部分电极粒 将浮在渣面 而未进入钢液 同时吹氩搅拌不充分 造成 C 偏低 在增碳量较大的钢 种中易发生 B 电极粒中固定碳含量不稳定 引起增碳量误差 C 加热电极熔损 引起增碳 特别是当炉渣较稀薄时 加热操作中电极容易与钢液 接触造成增碳 炉渣结块不导电 电极下降插入钢液造成增碳 D 炉渣脱氧不良 含碳脱氧剂 电石 使用过量造成增碳 E 取样无代表性 F 含碳质耐火材料的钢包内衬烘烤不符合要求 造成在精炼过程中剥落进入钢液增 碳 2 2 防止措施防止措施 A 电极粒加入时要直接与钢液接触 尽量避免通过炉渣再进入钢液 必要时可用喂 丝机喂碳粉包芯线增碳 B 电极粒中固定碳含量要定期检验 并在实际操作中进行验证 C 加热操作时做到电极严禁与钢液接触 D 造好还原精炼渣 保证碳的吸收率 E 增碳操作结束要经充分搅拌后取样 3 C 3 C 成分异常处理方法成分异常处理方法 A C 成分高于上限要求时 可考虑改钢号 如 45 钢改 50 钢 B C 成分低于上限要求时 可用电极粒或喂碳粉包芯线增碳至要求成分中下限 7 7 钢包精炼炉脱硫操作钢包精炼炉脱硫操作 7 17 1 技能实施技能实施 准备好符合工艺要求数量的造渣材料 石灰 萤石 脱氧剂 Si Fe 粉 铝粒 及 发泡剂等渣料 造渣的二种形式 1 在出钢过程加入预制或配比好的造渣材料 2 氧化渣出钢在排除氧化渣后加入渣料 渣量控制 渣量按钢包容量确定 一般控制钢渣比为 1 5 2 5 大容量钢包取下限 小容量 钢包取中下限 结合脱硫要求 渣成分控制 1 碱度一般控制 2 4 碱度过高造成熔点过高易结壳影响钢渣反应 碱度过低造 成对包衬侵蚀 一般可适当提高渣中 A12O3含量 2 精炼过程包中渣的氧化铁控制 1 0 通过渣面加入 C Fe Si 粉 铝粒等脱 氧剂控制 3 为防止包衬侵蚀可加入发泡剂 发泡剂一般可含碳质或 CaCO3质的材料 钢渣搅拌方式 运用钢渣的接触 实现脱硫反应 钢渣搅拌方式共有二种 1 钢包底吹氩搅拌 较普遍 2 钢包外有电磁搅拌装置 国内较少 脱硫量和脱硫率工艺要求 1 了解该钢种初炼钢液的含硫量和精炼过程进入下一工序的含硫量要求 2 掌握常规精炼过程的脱硫率 7 27 2 操作步骤操作步骤 加入造渣材料 按工艺要求加入准备好配比正确的造渣材料或按工艺要求对精炼钢包中已经加入的 渣料作适当补充和调整 吹氩搅拌 要求可见渣面有翻滚现象 钢包进入加热工位三相电极通电加热 分批散加适量 0 2 0 3kg t 脱氧剂 种类一般为铝粒 Fe Si 粉 碳化硅 造白渣后每次打开工作门 间隔 5 8min 用铁杆粘渣观察渣况一次 粘渣均匀且厚度 3mm 4mm 说明化渣均匀流动性良好 冷却后炉渣颜色呈乳白色说 明渣中 FeO 在 0 5 左右 炉渣脱氧良好 发现下述情况将影响脱硫效果应作处理 粘渣厚度5mm 说明渣稠应补加萤石或 Fe Si 粉 炉渣呈玻璃状说明碱度偏低应补加石灰 炉渣黑灰说明脱氧剂过少 根据加热过程的成分分析的硫含量决定下一步的操作 1 已符合成品的要求 工艺规程 保持氩气均匀搅拌 补加少量脱氧剂保持渣况 至钢包离开加热工位 2 接近成品的要求 工艺规程 补加少量石灰和脱氧剂 如吹氩强度过小可适当 提高 增加钢渣反应面 3 距成品要求有效大差距 例超过 0 005 应分析脱硫效果差的原因 并采取对 应措施 7 37 3 注意事项注意事项 各种渣料应合理堆放 标识清楚 各种渣料保持干燥 避免粉化 受潮 影响脱硫效果 加料时应对准加料窗口 切勿将渣料撒落于钢包外 加入量大的渣料如石灰可通过上位料仓加入 要注意渣料结块堵塞 影响正常加料 操作 人工加料时应尽量避开从加料孔飞溅出的炉渣 在造渣脱硫过程中 应随时取渣样观察渣况 并不断调整以获得最佳脱硫效果 注意观察吹氩搅拌情况 不得断流 7 47 4 知识点知识点 钢包精炼炉脱硫的几个过程钢包精炼炉脱硫的几个过程 1 初炼钢液出钢过程钢渣混冲脱硫 2 精炼加热过程钢渣反应脱硫 钢中硫的危害钢中硫的危害 硫 一般认为它是残存在钢中的有害元素之一 在绝大多数钢中都加以严格控制 普通碳素钢硫含量不得大于 0 045 优质钢硫含量不得大于 0 035 高级优质钢硫 含量不得大于 0 025 特级优质钢硫含量不得大于 0 015 钢中硫的危害主要表现 在以下几个方面 1 对力学性能的影响 硫对钢的强度影响不大 但由于硫化物夹杂的存在 使其延伸性及韧性降低 特别 是冲击韧性 2 对热加工的影响 由于硫化铁的熔点较低 在热加工过程中容易沿晶界析出 轧制时产生表面裂纹 造成废品 俗称 热脆 现象 3 对焊接性能的影响 硫易导致焊缝的热裂 同时在焊接过程中 硫易于氧化生成 SO2气体而逸出 导致 在焊接金属中产生很多气孔和疏松 因此硫对钢的焊接性不利 但是钢中的硫也有利用之处 如易切削钢中 就是提高其硫和锰的含量 形成较 多的硫化锰 MnS 微粒 以改善钢的切削加工性 炉渣状况 1 氧化渣与还原渣 判别依据主要是渣中 FeO 量 FeO 低为还原渣 FeO 高为氧化渣 渣中 FeO 低 渣子呈白色 渣中 FeO 高渣子发黑 2 碱性渣与酸性渣 判别依据主要是渣中的碱度 R R 高为碱性渣 R 低为酸性渣 碱性渣渣子发粘 酸 性渣渣子透明 钢包精炼炉通常应用的是碱性还原渣 呈白色俗称 白渣 其主要成分控制碱度 CaC SiO2 为 2 4 FeO 1 0 A12O3为 15 20 8 8 吹氩吹氩 8 18 1 知识点知识点 吹氩精炼钢水工艺 即通过向钢包内的钢液吹入氩气的方法 达到类似真空处理的 作用 它包括脱氧 脱气 脱碳 搅拌钢液及去夹杂物等 尤其在真空条件下吹氩脱气 效果大幅度提高 被广泛地运用到钢包精炼炉中 8 28 2 钢包吹氩脱气的原理钢包吹氩脱气的原理 氩气是惰性气体 通常在制氧时作为副产品分离出来被利用 氩气吹入钢液既不参 与化学反应 也不溶解在钢液内 所以氩气刚进入钢液时 可以认为氩气泡对钢液中溶 解的气体来说像一个小的 真空室 这一小的 真空室 内其它气体的分压几乎等于 零 根据西瓦特定律 钢液中氢 氮不断向氩气泡扩散 在氮气泡内形成一定的分压 氢和氮在氩气泡中的分压会随着气泡的上浮时受热体积膨胀 因而氢 氮的分压仍能保 持较低的水平 故继续吸收氢和氮 最后随氩气泡溢出钢液而被去除 此外钢液中吹氩时 氩气上浮推动钢液运动 从而起到搅拌钢液的作用 促进钢液 成分均匀和温度均匀 由于钢液的搅拌运动有利于夹杂物的去除 同时对钢液进一步脱 气更为有利 9 9 钙处理钙处理 意义 用铝脱氧后在钢中形成大量的 AL2O3 且很难从钢中去除干净 在浇铸时很容 易粘附在水口壁上引起水口堵塞 为此采用对钢水进行 Ca 处理 通过对钢中加入适 量的钙 使高熔点的 AL2O3与氧化钙结合形成低熔点的铝酸钙 从而提高钢液的浇 铸性能 对于钙处理钢 造成水口堵塞的因素有两个 钙加入量不够 在向钢水中加钙的 过程中 随着钢水中钙含量的不断增加 夹杂物中钙的含量也在增加 形成的复合 夹杂物依次为 CA6 CA2 CA C12A7 C3A C 与 A 分别代表 CaO 和 Al2O3 其中前两 个的熔点均在 1700 以上 在实际大生产中必须加以避免 钢中钙含量达 15 10 6 左右时 相应夹杂物中钙的含量在 15 左右 此时形成的主要是高熔点的 CaO 2Al2O3夹杂物 因此钙处理必须确保向钢中加入足够量的钙 才不会导致钢水 浇铸性能的恶化 钙的加入量过多 从而形成高熔点的 CaS 熔点为 2450 此 时同样会恶化钢水的浇铸性能 随着钢中铝含量的增加 氧的活度降低 有利于硫 化物的形成 随着钢中硫含量的增加 有利于形成高熔点的 CaS 钢水温度降低时 氧的活度降低 也有利于 CaS 的形成 显然在 1550 的中间包浇铸温度条件下 当 钢中铝含量为 0 030 时 为了防止生成 CaS 夹杂物 钢中硫含量不得超过 0 015 为了改善连铸钢水的浇铸性能 并不是任何钢种都可以采用钙处理的方法 对于成 形性要求较高的钢种如汽车板就不适宜采用钙处理的工艺来改善浇铸性能 因为经 钙处理后形成的铝酸钙夹杂较硬 对于这类钢种一般采用提高钢水纯净度的方法来 改善浇铸性能 通过控制转炉下渣 钢包渣的变性处理 中间包冶金 保护浇注等 措施来确保钢的纯净度 降低钢中的全氧含量 10 10 非金属夹杂物来源分类非金属夹杂物来源分类 根据非金属夹杂物的不同来源 通常可分为内生夹杂物和外来夹杂物两大类 这 种分类方法有很大的局限性 因为实际形成的非金属夹杂物很少为单纯的内生夹 杂或外来夹杂 通常钢水与卷入的炉渣 包括保护渣 或耐火材料接触时 总会或 多或少地起反应 所以这种分类方法就有不严谨之嫌 但这种分类方法指出了非 金属夹杂物的可能来源 纯粹的内生夹杂与外来夹杂有明显的差别 内生夹杂的典型特征是尺寸小 数目 多 与外来夹杂相比 均匀地分布在钢中 非镇静钢除外 非金属夹杂物的成分 与钢水成分有很强的依存关系 而外来夹杂则不同 往往尺寸较大 形状不规则 位置不确定 成分和结构复杂 与钢水成分没有直接关系 11 11 按非金属夹杂物尺寸分类按非金属夹杂物尺寸分类 其实在很早以前就提出了按尺寸的大小将非金属夹杂物分为微观夹杂和宏观夹杂 然而至今对非金属夹杂物尺寸大小的划分 不同的学者们都各自采用自己认为合 理的分法 有一种方法是 把非金属夹杂物大致分成三类 第一类是亚显微夹杂 它的尺寸为直径小于 1 m 第二类是显微夹杂 它的尺寸为直径为 1 100 m 第三类是大型非金属夹杂物 它的尺寸为直径 100 m 以上 根据研究的结果可以知道 亚显微 显微夹杂主要是脱氧产物 而大型夹杂则多 为外来夹杂 但是这种分法不能把显微夹杂和宏观夹杂与内生夹杂和外来夹杂混 为一谈 因为也有一些大型夹杂通过检验证实是来自于脱氧产物 12 12 按非金属夹杂物组成和结构分类按非金属夹杂物组成和结构分类 这种分类方法的优点是比较直观方便 一般分为简单金属氧化物夹杂 各种类型 的硅酸盐夹杂 尖晶石类夹杂物和各种铝酸盐夹杂等 因为这种分类方法应用广 泛 所以有必要详细说明 简单金属氧化物包括铁锰氧化物固溶体 氧化硅和氧化铝等单体非金属夹杂物 一般炼钢中经常遇到的氧化硅夹杂是树枝状的或梅花状的方石英 这种氧化硅夹 杂可能是外来的 也可能是生产高硅钢时的氧化反应产物 而结晶形的氧化铝即 刚玉是炼钢中最常见的非金属夹杂物之一 它可以有很多种形态 有不规则形和 圆球形 并且容易结合成一种比较稳定的微粒群体的聚集物 分类 钢中的硅酸盐类非金属夹杂物 1 铁锰硅酸盐 可观察到 Fe Mn O 和橄榄石固溶体 2 Fe Mn O SiO2 共晶 或板条 状铁橄榄石和锰橄榄石 2MnO SiO2 当硅酸盐中的 SiO2 组分含量很高时 有时可见到 由分层区两个平衡组分决定的玻璃相 随着冷却速度的减慢 它也呈晶体 2 铝硅酸盐 莫来石是唯一的铝硅酸盐 由于钢中总要存在相当量的锰 所以钢中很 少观察到单纯的铝硅酸盐 最有可能碰到的物相是铁锰硅酸盐和钢中溶解铝反应后的产 物或纯粹来自具有莫来石相的耐火材料 3 复杂硅酸盐 钢中往往含有多种氧化物如 SiO2 FeO MnO Al2O3 CaO 和 MgO 等 共存的复杂硅酸盐 随着冷却速率的不同或再加热时间的不同 这些硅酸盐既可以是玻 璃态 也可以是各个相组合起来的晶体 钙铝酸盐是钙处理过程中普遍出现的非金属夹杂物之一 实际上钙铝酸盐化合物 组成是在较宽的范围内变化的 并且各种铝酸钙中的 CaO 还能被 MnO FeO 和 MgO 等部分替代 Al2O3 可被 Fe2O3 Cr2O3 部分替代 所以这些氧化物常溶解在铝酸 钙非金属夹杂物中 此外铝酸钙也可以溶解钛 锆 钒和其他金属氧化物 铝酸 盐有时还和 MgO Al2O3 尖晶石一起伴生 尖晶石类非金属夹杂物是常见的非金属夹杂物之一 它可用通式 MO R2O3 表示 在用少量铝脱氧的硅镇静钢中就可以找到 MnO Al2O3 这种非金属夹杂物在铸态 下往往表现为树枝晶状 在钢材中其外貌与 Al2O3 十分相似 硬度很高 变形性 能差 另一种尖晶石夹杂即 MgO Al2O3 通常来自碱性电炉渣或镁处理铝脱氧钢 中 13 13 按其变形能力的大小分类按其变形能力的大小分类 根据钢在加工变形中 各类非金属夹杂物的变形性不同 按其变形能力的大小可 分为三类 脆性非金属夹杂物 一般指那些不具有塑性变形能力的简单氧化物 如 Al2O3 Cr2O3 ZrO2 等 复合氧化物 如 FeO Al2O3 MgO Al2O3 CaO 6Al2O3 等 氮化物 如 TiN Ti CN AlN VN 等 和不变形的球状 或点状 非金属夹杂物 对于变形率较低的脆性 非金属夹杂物 在钢加工变形的过程中与钢基体相比变形甚小 差异显著 势必 造成非金属夹杂物与钢基体交界面处产生应力集中 导致裂纹产生或非金属夹杂 物本身开裂 塑性非金属夹杂物 这类非金属夹杂物在钢经受加工变形时具有良好的塑性 沿 着钢的流变方向延伸成条带状 属于这类的非金属夹杂物有 含 SiO2 量较低的 铁锰硅酸盐 硫化锰 Fe Mn S 等 当钢加工变形时 这类非金属夹杂物与钢 基体变形相等 从室温一直到很宽的温度范围内均保持良好的变形性 与钢基体 之间的交界面处结合很好 但其条带状分布使钢产生各向异性 半塑性变形的非金属夹杂物 半塑性变形的非金属夹杂物一般指各种复合的铝硅酸 盐非金属夹杂物 其中夹杂物的基体在热加工变形过程中塑性变形 但分布在基体 中的高凝固点夹杂物 如铝酸钙 尖晶石型的夹杂物等 不变形 仍保持原来的形 状 因此阻碍了周围基体的自由延伸 14 14 钢中非金属夹杂物对钢的疲劳性能的影响钢中非金属夹杂物对钢的疲劳性能的影响 非金属夹杂物与钢的性能关系最密切的方面 应该是钢的疲劳性能 非金属夹杂物 的尺寸越大 疲劳裂纹越容易在其周围区域形成 大的非金属夹杂物的存在虽然使形成 疲劳裂纹的几率最大 但它在材料中的个数少 因此从统计学观点来看 出现疲劳区的 仍是大量含有的中等尺寸非金属夹杂物的材料 一个非金属夹杂物可以被看成是一个形 状相当的孔洞 机械切口 硫化物对材料的疲劳寿命危害小是因为其在钢的变形温度下加工时 和钢基体间不产生 裂缝 而且不少研究结果认为硫化物不但对轴承钢的疲劳寿命无害反而有利 其原因有 两点 一是硫化物包围在氧化物的外面 从而降低了氧化物的危害作用 二是硫化物在 转动处起润滑作用 由此使接触部位的应力分布和应力集中发生变化 同时也降低摩擦 非金属夹杂物对材料强度产生危害的临界尺寸决定于它在钢件表面下的深度 位于 钢件表面下的非金属夹杂物临界尺寸为 10 m 在钢件表面下深度为 100 m 处时 则临 界尺寸可增到 30 m 当非金属夹杂物尺寸小于临界值时 未观察到它对疲劳寿命有影响 15 15 钢中非金属夹杂物对钢的塑性的影响钢中非金属夹杂物对钢的塑性的影响 非金属夹杂物破坏了钢基体的连续性 引起应力集中 导致提前产生微裂纹 一般 非金属夹杂物在钢中都能发生变形 变形会引起组织和结构的变化 这种变化必然会反 映到性能上来 其具体的表现形式为加工硬化 各向异性等 尖晶石型非金属夹杂物在 钢的热变形温度范围内不变形 但大于 1250 温度时 稍有变形 这说明在一定范围内 调整非金属夹杂物成分 有可能减少这类夹杂对钢制品危害的程度 硫化锰夹杂在 1000 以下具有很高的塑性 超过 1000 以后 随着温度的上升 塑性逐渐减少 因此 通过高温轧制改变硫化物形态 改善钢材各向异性是有利的 16 16 钢中非金属夹杂物对钢的热脆性的影响钢中非金属夹杂物对钢的热脆性的影响 所谓热脆性 就是指钢在热加工时开裂的可能性 在各种非金属夹杂物当中 最容 易产生热脆的非金属夹杂物就是硫化物夹杂 造成热脆的原因是由于硫的严重偏析 在 看来即使不算很高的平均含硫量下 也会出现 Fe FeS 共晶 钢在凝固时 共晶中的铁 附着在先前的共晶铁晶体上生长 只把 FeS 剩留在晶界呈薄膜状 即所谓的离异共晶 由于该共晶的熔点很低 热加工时该共晶处于熔融状态 从而导致了加工时开裂 在生 产中 通过加入锰来避免 FeS 生成 以防止热脆 因为锰比铁对硫有更大的亲和力 可 以使钢水中的硫与锰优先形成 MnS 17 17 钢中非金属夹杂物对钢的其他的性能的影响钢中非金属夹杂物对钢的其他的性能的影响 一般来说 钢中非金属夹杂物对钢性能的影响都是不好的 但它们其中也有对钢的 性能起好的作用 如钢中的氮化物 当氮与钢中的铝结合形成 AlN 时 可以消除氮的时 效现象 高度弥散的 AlN 可以阻止钢在加热时奥氏体晶粒的长大 从而使铁素体基体强 化并细化晶粒 钢的强度和韧性可以显著提高 在这种情况下 氮化物便从有害变成有 益了 其他的还有硫 对钢的性能也有好的一面 因为它能提高钢材的易切削性 减少 热轧薄板的粘结等功能 18 18 非金属夹杂物的类型和物理性质对钢性能的影响非金属夹杂物的类型和物理性质对钢性能的影响 钢中非金属夹杂物的变形行为比较复杂 不仅取决于非金属夹杂物的类型 而且与 非金属夹杂物的成