纯净钢简介及使用PPT课件

,纯净钢简介及使用,密级：,1,.,2,1、纯净钢的概念2、夹杂物3、纯净钢的生产4、行业对纯净钢的要求4.1弹簧钢4.2轴承钢4.3齿轮钢,主要内容,2,.,1纯净钢的概念,洁净钢(cleansteel)：指对钢中非金属夹杂物(主要是氧化物、硫化物)进行严格控制的钢种，这主要包括:钢中总氧含量低，非金属夹杂物数量少、尺寸小、分布均匀、脆性夹杂物少以及合适的夹杂物形状。纯净钢(puritysteel)：是指除对钢中非金属夹杂物进行严格控制以外，钢中其它杂质元素含量也少的钢种。,3,.,1纯净钢的概念,纯净钢是指含杂质很少的钢钢中总氧含量和夹杂物水平很低钢中氧、硫、磷、氮、氢，甚至包括碳含量都很低国外一些先进钢厂，钢中氧、硫、磷、氮、氢五大元素的总含量已达到80ppm以下，目前尚有继续降低的趋势。钢中微量元素(Pb、As、Sb、Bi、Cu、Sn)的含量也很低1962年，Kiessling,4,.,1纯净钢的概念,减少钢中的杂质含量，可以显著地改善钢材的延展性、韧性、加工、焊接、抗腐蚀等性能。对于钢性能要求不同，纯净度所要求的控制因素也不同。如：用于高层建筑、重载桥梁、海洋设施等重要用途钢板目前硫控制在80ppm以下，将来会降到50ppm以下对于新一代汽车用超深冲IF钢冷轧钢板，氮要求低于25ppm轴承钢中总氧量每低1ppm，其寿命可提高10倍，目前轴承钢中总氧量最好水平为平均46ppm，国内59ppm用于易拉罐的镀锡板要求总氧含量小于10ppm，钢中Al2O3夹杂物小于10m生产汽车外板（O5板）要求钢中总氧含量小于20ppm，且Al2O3杂物尺寸小于20m,5,.,2夹杂物的控制,早年瑞典将尺寸为1100m夹杂划为“显微夹杂物”。近年较多著作将120m定为显微夹杂。要求显微级夹杂的几种典型超纯净钢深冲汽车板及易拉罐薄板IF钢要求：T.O20ppm，夹杂物尺寸20m;DI钢要求：T.O30ppm。子午线轮胎冷拉钢丝：要求钢液中酸溶铝Alsol=(2-5ppm，T.O20ppm、夹杂物尺寸20m，夹杂物成分中Al2O3尽量少，呈典型塑性夹杂物。阀门弹簧钢：夹杂物尺寸20m，夹杂物为硅酸盐(CaOAl2O3SiO2)，夹杂物成分中(Al2O3)20%。轴承钢：超低氧，日本山阳特钢、瑞典SKF轴承钢T.O5ppm。,6,.,2夹杂物的控制,目前国内外大规模生产的IF洁净钢中C、S、P、N、H、T.O之和不大于100ppm，不少冶金学家将超洁净钢界定为C、S、P、N、H、T.O质量分数之和不大于40ppm，针对不同钢种及要求，采用不同精炼手段，各个突破，可以达到上述洁净要求。Kiedssling提出夹杂物“临界尺寸”的概念，根据断裂韧性KIC的要求，夹杂物“临界尺寸”为58m。当夹杂物小于5m时，钢材在负荷条件下，不再发生裂纹扩展，可将此界定为超洁净钢标准之一。近年来，加拿大Mitchell教授和新日铁Fukumoto博士提出“零氧化物夹杂钢”的概念。,7,.,2夹杂物的控制,加拿大Mitchell教授和新日铁Fukumoto提出了“零夹杂”钢的概念。所谓“零夹杂”并不是钢中没有夹杂物存在，而是指钢液在凝固以前不析出任何非金属夹杂物，钢液在固相状态下析出的非金属夹杂物是高度弥散分布的，其尺寸小于1m，这些夹杂物在光学显微镜下作常规检验时已观察不到。因此，“零夹杂”钢实际上是含亚微米夹杂物的钢。日本神户制钢的Nishi和Ogawa等用真空感应炉(VIF)熔炼出航空工业用的250马氏体时效钢时，将T.O、S和N分别降低到(2-5）ppm、(2-3）ppm和(6-9）ppm，钢中的夹杂物尺寸最大为68m，主要分布在24m之间。Fukumoto和Mitchell用电子束冷坩埚熔炼法(EBCHM)熔炼适用于电子元件的奥氏体不锈钢时，将钢的T.O降低到(2-3）ppm，钢中的氧化物夹杂主要来自原始合金中的CaO夹杂。因此，可能存在的亚微米夹杂物来自两部分，一部分是由原始合金或初炼炉带来的含Al2O3、SiO2、CaO的夹杂物，另一部分是钢液凝固过程中析出的氧化物、硫化物和氮化物夹杂。,8,.,3纯净钢的生产,钢液中析出硫化物和氮化物的溶积度远比析出氧化物的溶积度高,在一般情况下液相中不可能析出硫化物和氮化物。因此,所谓的“零夹杂”钢实质上是指“零氧化物夹杂”钢。要获得真正的“零夹杂”钢,除了控制钢中的氧含量以及脱氧元素含量及偏析,使它们的溶度积低于固相线温度时的平衡溶度积,以防止在固相线温度以前析出氧化物夹杂以外,还在于如何使原始合金带来的氧化物夹杂从钢中气化去除,即:,9,.,4行业对纯净钢的要求,4.1弹簧钢气门弹簧工作条件1）、高强度：为提高抗疲劳和抗松弛能力，要一定的屈服强度和有弹性极限，尤其要求有高的屈强比2）、优良的表面状态和疲劳性能：弹簧工作时表面承受的应力最大，疲劳破坏往往从表面开始；3）、好的均匀性4）、优良的冶金性能：低夹杂物、良好的力度和分布超纯钢：消除高熔点、高硬度或脆性夹杂物。氧化物、硫化物0级同一盘强度差不超过140Mpa,10,.,4行业对纯净钢的要求,铃木加普腾OTEVA70SC:在中等高温环境下具有高的抗扑来性能和抗松弛性能,11,.,4行业对纯净钢的要求,4.2轴承钢轴承钢质量的优劣主要从三个方面来衡量：一是纯净度，即钢中夹杂物的含量，主要是氧化物的含量;二是轴承钢的均匀性，一般指夹杂物的形态和分布;三是钢材的表面质量，包括尺寸精度和表面裂纹等。材料的纯净度是指材料中的夹杂物含量。目前国内外轴承钢生产企业都严格控制钢中的含氧量，因为钢中的氧基本上是以夹杂物的形式存在的。瑞典SKF公司和日本山阳特殊钢公司在轴承钢氧含量与疲劳寿命关系方面的大量试验研究明确表明：当氧含量从非精炼钢的40ppm降到精炼钢的10ppm时，轴承的疲劳寿命可延长10倍，降到5ppm时可延长30倍，与真空自耗和电渣重熔钢的疲劳寿命相当。轴承钢的均匀性是指材料的化学成分、内部组织等的均匀程度。,12,.,4行业对纯净钢的要求,日本山阳特钢降氧工艺“延寿”显著以降氧为特点的超纯净轴承钢生产工艺。日本山阳特殊钢公司对轴承钢的生产工艺和质量要求精益求精，为获得更高质量的轴承钢，近几年来他们开发出SNRP(SanyoNewRefiningProcess)超纯净轴承钢的生产工艺，使钢中的氧含量达到5ppm以下，钢中氧化物夹杂的尺寸达到11m以下轴承钢疲劳寿命大大延长。山阳特钢把这种SNRP工艺生产出的轴承钢称为超纯净(Super-CleanSteel)轴承钢，把按传统工艺生产的氧含量为(46)ppm，氧化物夹杂尺寸在20m以下的轴承钢称为高纯净(High-CleanSteel)轴承钢。通过对比发现，SNRP工艺轴承钢的疲劳寿命较传统工艺生产的轴承钢延长了5倍！,13,.,4行业对纯净钢的要求,日本大同特钢减少钛系夹杂减轻“疲劳度”大同特钢生产采用MRAC-SSS工艺生产的高质量轴承钢，其钢中氧含量5ppm，可以低到3.4ppm;钛含量5ppm;氮含量30ppm，并且可以得到极细小的氧化物夹杂和钛系夹杂物。采用MARC工艺后，钢中未发现7.5m的Al2O3氧化物夹杂，并且钢中几乎不存在CaO-Al2O3系夹杂物。钢中钛的夹杂物含量少，尺寸细小。采用MRAC-SSS工艺生产的超纯净轴承钢的接触疲劳寿命得到延长，较传统精炼工艺生产的轴承钢长25%以上！,14,.,4行业对纯净钢的要求,日本神户和JFE铁水预处理“提纯”神户制钢开发出的超纯净钢，其钢中氧含量为4ppm，钛含量为7ppm。超纯净轴承钢的夹杂物个数少，最大夹杂物粒径也小。对非金属夹杂物采用酸溶解法进行评价，超纯净轴承钢的非金属夹杂物最大粒径为23m27m，按传统工艺生产的轴承钢的非金属夹杂物最大粒径为50m52m，两者相差在1倍左右，超纯净轴承钢的非金属夹杂物的晶粒尺寸更为细小。超纯净轴承钢不仅Al2O3夹杂物的粒径更小，而且钛系夹杂物的含量也较少，颗粒也较细小。接触疲劳寿命试验结果表明，超纯净轴承钢的接触疲劳寿命是传统钢的2.6倍！,15,.,4行业对纯净钢的要求,4.3齿轮钢齿轮钢不但要有良好的强韧性、耐磨性，承受冲击，弯曲和接触应力，且还要变形小、精度高、噪音低。通常，高质量水平的齿轮钢主要表现在三个方面，即末端淬透性带窄，离散度小；纯洁度高；晶粒细小均匀。此外，良好的加工性能(包括冷、热加工性和易切削性)也是齿轮行业所关心的重要指标。,16,.,4行业对纯净钢的要求,钢中氧含量及夹杂物的要求氧含量对齿轮疲劳寿命的影响已越来越受到人们的关注。日本对Cr、CrMo、CrNiMo渗碳合金钢的氧含量和疲劳寿命之间的关系曾做过实验，当氧含量从25ppm降到10ppm以下时，其疲劳寿命可以数倍的增加，中国对SCM420H、20MnCr5等引进钢种也进行过脱气和不脱气的对比实验：SCM420H氧含量从45ppm降低到20ppm，接触疲劳强度提高47%；20CrMnTi氧含量从130ppm降至23ppm，弯曲疲劳强度提高119%，接触疲劳强度提高143%。由于工业发达国家拥有先进的技术装备和工艺技术，其齿轮钢的氧含量普遍较低，1986年开始至今我国分别从日本、德国、奥地利等国进口的齿轮钢其氧含量波动在(718)ppm。中国电炉单炼的20CrMnTi氧含量水平约(3040)ppm，电炉+LF炉双炼法生产的齿轮钢氧含量约25ppm，经VD真空处理后可达到20ppm以下。为了适应齿轮钢的新要求，各钢厂经技术改造，生产的齿轮钢纯净度也达到较高水平，大大缩短了与国际水平的差距。,17,.,4行业对纯净钢的要求,目前齿轮行业标准已将汽车用齿轮钢的氧含量规定为20ppm，而很多采用LF+VD或LF+RH精炼处理的特殊钢厂家，已可以将齿轮钢的氧含量控制在15ppm以下（国外一般水平