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1、会计学1东北大学钢铁冶金学炼钢学东北大学钢铁冶金学炼钢学内内 容容 提提 要要n n炼钢学概述炼钢学概述n n炼钢的基础理论炼钢的基础理论n n炼钢原料炼钢原料n n顶吹氧气转炉炼钢法顶吹氧气转炉炼钢法n n底吹氧气转炉炼钢法底吹氧气转炉炼钢法n n顶底复吹转炉炼钢法顶底复吹转炉炼钢法n n钢的连续浇铸钢的连续浇铸第1页/共394页第一章第一章 绪绪 论论n n 炼钢的发展历程炼钢的发展历程 n n 我国钢铁工业的状况我国钢铁工业的状况 n n 炼钢的基本任务炼钢的基本任务 n n 钢的分类钢的分类 第2页/共394页1.1 1.1 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：
2、首先是首先是首先是首先是碳的含量碳的含量碳的含量碳的含量，理论上一般把碳含量小于，理论上一般把碳含量小于，理论上一般把碳含量小于，理论上一般把碳含量小于2.11%2.11%称之称之称之称之钢钢钢钢，它的熔点在，它的熔点在，它的熔点在，它的熔点在1450-15001450-1500，而，而，而，而生铁生铁生铁生铁的熔点在的熔点在的熔点在的熔点在1100-12001100-1200。在钢中碳元素和铁元素形成在钢中碳元素和铁元素形成在钢中碳元素和铁元素形成在钢中碳元素和铁元素形成FeFeFeFe3 3 3 3C C C C固熔体固熔体固熔体固熔体，随，随，随，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑
3、性着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低和冲击韧性降低和冲击韧性降低和冲击韧性降低。第3页/共394页钢的应用前景钢的应用前景 钢具有很好的物理化学性钢具有很好的物理化学性能与力学性能，可进行拉、压、能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛；十分广泛；用途不同对钢的性能要求用途不同对钢的性能要求也不同，从而对钢的生产也提也不同，从而对钢的生产也提出了不同的要求。出了不同的要求。第4页/共394页 石油、化工、航天航空、石油、化工、航天航空、交通运输、农
4、业、国防等许多交通运输、农业、国防等许多重要的领域均需要各种类型的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，钢材仍将是总之，钢材仍将是总之，钢材仍将是21212121世纪用途世纪用途世纪用途世纪用途最广的结构材料和最主要功能材料。最广的结构材料和最主要功能材料。最广的结构材料和最主要功能材料。最广的结构材料和最主要功能材料。第5页/共394页炼炼 钢钢 方方 法（法（1）n n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埚法坩埚法，它是将生铁和，它是将生铁和废铁装入由石墨和粘土制成的废铁
5、装入由石墨和粘土制成的坩埚内，用火焰加热熔化炉料，坩埚内，用火焰加热熔化炉料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。之后将熔化的炉料浇成钢锭。此法几乎无杂质元素的氧化反此法几乎无杂质元素的氧化反应应。第6页/共394页炼炼 钢钢 方方 法（法（2）n n18561856年年英国人英国人亨利亨利贝塞麦贝塞麦发发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，明了酸性空气底吹转炉炼钢法，也称为也称为贝塞麦法贝塞麦法，第一次解决，第一次解决了用铁水直接冶炼钢水的难题，了用铁水直接冶炼钢水的难题，从而使炼钢的质量得到提高，从而使炼钢的质量得到提高，但此法但此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%，而且不能脱硫而且
6、不能脱硫。目前已。目前已淘汰。淘汰。第7页/共394页炼炼 钢钢 方方 法（法（3）n n18651865年年德国人马丁利用蓄热室德国人马丁利用蓄热室原理发明了以铁水、废钢为原原理发明了以铁水、废钢为原料的酸性平炉炼钢法，即料的酸性平炉炼钢法，即马丁马丁炉法炉法。18801880年年出现了第一座出现了第一座碱碱性平炉性平炉。由于其成本低、炉容。由于其成本低、炉容大，钢水质量优于转炉，同时大，钢水质量优于转炉，同时原料的适应性强，平炉炼钢法原料的适应性强，平炉炼钢法仍一时成为的主要的炼钢法。仍一时成为的主要的炼钢法。第8页/共394页炼炼 钢钢 方方 法（法（4）n n18781878年年英国人
7、英国人托马斯托马斯发明了碱发明了碱性炉衬的底吹转炉炼钢法，即性炉衬的底吹转炉炼钢法，即托马斯法托马斯法。他是在吹炼过程中。他是在吹炼过程中加石灰造碱性渣，从而加石灰造碱性渣，从而解决了解决了高磷铁水的脱磷问题高磷铁水的脱磷问题。当时，。当时，对西欧的一些国家特别适用，对西欧的一些国家特别适用，因为西欧的矿石普遍磷含量高。因为西欧的矿石普遍磷含量高。但但托马斯法的缺点是炉子寿命托马斯法的缺点是炉子寿命底，钢水中氮的含量高底，钢水中氮的含量高。第9页/共394页炼炼 钢钢 方方 法（法（5）n n18991899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炼炼钢钢法法(EA
8、F)(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的产产量量的的30-40%30-40%。第10页/共394页炼炼 钢钢 方方 法（法（6）n n瑞典人罗伯特瑞典人罗伯特杜勒首先进行杜勒首先进行了氧气顶吹转炉炼钢的试验，了氧气顶吹转炉炼钢的试验，并获得了成功。并获得了成功。19521952年年奥地利奥地利的林茨城的林茨城(Linz)(Linz)和多纳维兹城和多纳维兹城(Donawitz)(Dona
9、witz)先后建成了先后建成了3030吨的吨的氧气顶吹转炉车间并投入生产，氧气顶吹转炉车间并投入生产，所以此法也称为所以此法也称为LDLD法法。美国称。美国称为为BOFBOF法法（Basic Oxygen Basic Oxygen FurnaceFurnace）或）或BOPBOP法法。第11页/共394页LD/BOF/BOP第12页/共394页炼炼 钢钢 方方 法（法（7）n n19651965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喷嘴双层管氧气喷嘴，19671967年西德马年西德马克西米利安钢铁公司引进此技术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，并成功
10、开发了底吹氧转炉炼钢法，即即OBMOBM法法(Oxygen Bottom Oxygen Bottom MaxhuetteMaxhuette)。19711971年美国钢铁公年美国钢铁公司引进司引进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 BOP)(Quiet BOP)。第13页/共394页OBM/Q-BOP第14页/共394页炼炼 钢钢 方方 法（法（8）n n在顶吹氧气转炉炼钢发展的同在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，时，1978-19791978-1979年年成功开发了成功开发了转炉顶底复合吹
11、炼工艺转炉顶底复合吹炼工艺，即从，即从转炉上方供给氧气（顶吹氧），转炉上方供给氧气（顶吹氧），从转炉底部供给惰性气体或氧从转炉底部供给惰性气体或氧气，它不仅提高钢的质量，降气，它不仅提高钢的质量，降低了消耗和吨钢成本，更适合低了消耗和吨钢成本，更适合供给连铸优质钢水。供给连铸优质钢水。第15页/共394页LD-Q-BOP第16页/共394页炼炼 钢钢 方方 法（法（9）n n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 企企 业业
12、 推推广应用。广应用。第17页/共394页 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、自动化年的发展，技术水平、自动化程度得到了很大的提高，程度得到了很大的提高，2121世世纪炼钢技术会面临更大的挑战，纪炼钢技术会面临更大的挑战，相信会有不断的新技术涌现。相信会有不断的新技术涌现。第18页/共394页1.2 1.2 我国钢铁工业的状况我国钢铁工业的状况 我国很早就掌握了炼铁的我国很早就掌握了炼铁的冶炼技术，冶炼技术，东汉东汉时就出现了冶时就出现了冶炼和锻造技术，炼和锻造技术，南北朝南北朝时期就时期就掌握了灌钢法，曾在世界范围掌握了灌钢法，曾在世界范围内处于领先地位
13、。内处于领先地位。但旧中国钢铁工业非常落但旧中国钢铁工业非常落后，产量很低，从后，产量很低，从18901890年建设年建设的汉阳钢铁厂至的汉阳钢铁厂至19481948年的年的半个半个世纪中，钢产量累计到世纪中，钢产量累计到200200万万吨吨，19491949年只有年只有15.815.8万吨万吨。第19页/共394页 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，钢铁事业得到迅速发展，钢铁事业得到迅速发展，1980198019801980
14、年钢产量达到年钢产量达到年钢产量达到年钢产量达到3712371237123712万万万万吨，吨，吨，吨，1990199019901990年达到年达到年达到年达到6500650065006500万吨，万吨，万吨，万吨，1996199619961996年首次突破年首次突破年首次突破年首次突破1 1 1 1亿吨亿吨亿吨亿吨大关，成为世界第一产钢大国，大关，成为世界第一产钢大国，大关，成为世界第一产钢大国，大关，成为世界第一产钢大国，2005200520052005年产量达到年产量达到年产量达到年产量达到3.43.43.43.4亿亿亿亿吨，占世界产量的吨，占世界产量的吨，占世界产量的吨，占世界产量的1
15、/31/31/31/3。可以这样讲，我国的钢铁工业可以这样讲，我国的钢铁工业对世界产生了重要影响，我国不对世界产生了重要影响，我国不仅是产钢大国，而且已经开始迈仅是产钢大国，而且已经开始迈入钢铁强国的行列。入钢铁强国的行列。第20页/共394页 我国粗钢产量的变化情况我国粗钢产量的变化情况第21页/共394页1.31.3炼钢的基本任务炼钢的基本任务 炼炼炼炼钢钢钢钢的的的的基基基基本本本本任任任任务务务务是是是是脱脱脱脱碳碳碳碳、脱脱脱脱磷磷磷磷、脱脱脱脱硫硫硫硫、脱脱脱脱氧氧氧氧，去去去去除除除除有有有有害害害害气气气气体体体体和和和和非非非非金金金金属属属属夹夹夹夹杂杂杂杂物物物物，提提提
16、提高高高高温温温温度度度度和和和和调整成分。调整成分。调整成分。调整成分。归归归归纳纳纳纳为为为为：“四四四四脱脱脱脱”（碳碳碳碳、氧氧氧氧、磷磷磷磷和和和和硫硫硫硫），“二二二二去去去去”（去去去去气气气气和和和和去去去去夹夹夹夹杂杂杂杂），“二二二二调调调调整整整整”（成成成成分分分分和和和和温温温温度度度度）。采采采采用用用用的的的的主主主主要要要要技技技技术术术术手手手手段段段段为为为为：供供供供氧氧氧氧，造造造造渣渣渣渣，升温升温升温升温，加脱氧剂加脱氧剂加脱氧剂加脱氧剂和和和和合金化操作合金化操作合金化操作合金化操作。第22页/共394页钢中的磷钢中的磷 n n对于绝大多数钢种来说
17、磷是有害元素。钢中磷的对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的含量高会引起钢的含量高会引起钢的含量高会引起钢的含量高会引起钢的 “冷脆冷脆冷脆冷脆”，即从高温降到，即从高温降到，即从高温降到，即从高温降到0000以下，以下，以下，以下，钢的塑性和冲击韧性降低钢的塑性和冲击韧性降低钢的塑性和冲击韧性降低钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接，并使钢的焊接，并使钢的焊接，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。性能与冷弯性能变差。性能与冷弯性能变差。性能与冷弯性能变差。n n磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷是降低钢的表面
18、张力的元素，随着磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷含量的增磷含量的增磷含量的增磷含量的增加，钢液的表面张力降低显著加，钢液的表面张力降低显著加，钢液的表面张力降低显著加，钢液的表面张力降低显著，从而，从而，从而，从而降低了钢的降低了钢的降低了钢的降低了钢的抗裂性能抗裂性能抗裂性能抗裂性能。第23页/共394页n n磷磷是是仅仅次次于于硫硫在在钢钢的的连连铸铸坯坯中中偏偏析析度度高高的的元元素素，而而且且在在铁铁固固熔熔体体中中扩扩散散速速率率很很小小，因因而而磷磷的的偏偏析析很很难难消消除除，从从而而严严重重影影响响钢钢的的性性能能，所所以以脱脱磷磷是是炼炼钢钢
19、过程的重要任务之一过程的重要任务之一。第24页/共394页 磷在钢中是以磷在钢中是以磷在钢中是以磷在钢中是以FeFeFeFe3 3 3 3PPPP或或或或FeFeFeFe2 2 2 2PPPP形式存在，但形式存在，但形式存在，但形式存在，但通常是以通常是以通常是以通常是以PPPP来表达。炼钢过程的脱磷反应是在来表达。炼钢过程的脱磷反应是在来表达。炼钢过程的脱磷反应是在来表达。炼钢过程的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行的。金属液与熔渣界面进行的。金属液与熔渣界面进行的。金属液与熔渣界面进行的。不同用途的钢对磷的含量有严格要求：不同用途的钢对磷的含量有严格要求：不同用途的钢对磷的含量有严格要求：不
20、同用途的钢对磷的含量有严格要求：非合金钢中普通质量级钢非合金钢中普通质量级钢非合金钢中普通质量级钢非合金钢中普通质量级钢P0.045%P0.045%P0.045%P0.045%；优质级钢优质级钢优质级钢优质级钢 P0.035%P0.035%P0.035%P0.035%；特殊质量级钢特殊质量级钢特殊质量级钢特殊质量级钢 P0.025%P0.025%P0.025%P0.025%；有的甚至要求有的甚至要求有的甚至要求有的甚至要求 P0.010%P0.010%P0.010%P0.010%。有些钢种有些钢种有些钢种有些钢种:炮弹钢，耐腐蚀钢需加炮弹钢，耐腐蚀钢需加炮弹钢，耐腐蚀钢需加炮弹钢，耐腐蚀钢需加
21、P P P P元素。元素。元素。元素。第25页/共394页钢中的硫钢中的硫 硫硫对对对对钢钢钢钢的的的的性性性性能能能能会会会会造造造造成成成成不不不不良良良良影影影影响响响响，钢钢钢钢中中中中硫硫硫硫含含含含量量量量高高高高，会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的“热脆热脆热脆热脆”性性性性。硫硫硫硫在在在在钢钢钢钢中中中中以以以以FeSFeSFeSFeS的的的的形形形形式式式式存存存存在在在在，FeSFeSFeSFeS的的的的熔熔熔熔点点点点为为为为1193119311931193，FeFeF
22、eFe与与与与FeSFeSFeSFeS组组组组成成成成的的的的共共共共晶晶晶晶体体体体的的的的熔熔熔熔点点点点只只只只有有有有985985985985。液液液液态态态态FeFeFeFe与与与与FeSFeSFeSFeS虽虽虽虽可可可可以以以以无无无无限限限限互互互互溶溶溶溶，但但但但在在在在固固固固熔熔熔熔体体体体中中中中的的的的溶溶溶溶解解解解度度度度很很很很小小小小，仅为仅为仅为仅为0.015%-0.020%0.015%-0.020%0.015%-0.020%0.015%-0.020%。第26页/共394页n n当当当当钢钢钢钢中中中中的的的的SSSS0.020%0.020%0.020%0.
23、020%时时时时，由由由由于于于于凝凝凝凝固固固固偏偏偏偏析析析析，Fe-Fe-Fe-Fe-FeSFeSFeSFeS共共共共晶晶晶晶体体体体分分分分布布布布于于于于晶晶晶晶界界界界处处处处，在在在在1150-12001150-12001150-12001150-1200的的的的热热热热加加加加工工工工过过过过程程程程中中中中，晶晶晶晶界界界界处处处处的的的的共共共共晶晶晶晶体体体体熔熔熔熔化化化化，钢钢钢钢受受受受压压压压时时时时造造造造成成成成晶界破裂，即晶界破裂，即晶界破裂，即晶界破裂，即发生发生发生发生“热脆热脆热脆热脆”现象现象现象现象。n n如如如如果果果果钢钢钢钢中中中中的的的的氧
24、氧氧氧含含含含量量量量较较较较高高高高，FeSFeSFeSFeS与与与与FeOFeOFeOFeO形形形形成成成成的的的的共共共共晶晶晶晶体体体体熔熔熔熔点点点点更更更更低低低低（940940940940），更更更更加加加加剧剧剧剧了了了了钢钢钢钢的的的的“热热热热脆脆脆脆”现现现现象的发生。象的发生。象的发生。象的发生。第27页/共394页n n锰锰可可在在钢钢凝凝固固范范围围内内生生成成MnSMnS和和少少量量的的FeSFeS，纯纯MnSMnS的的熔熔点点为为16101610，共共晶晶体体FeS-MnSFeS-MnS（占占93.5%93.5%）的的熔熔点点为为11641164，它它们们能能有
25、有效效的的防防止止钢钢热热加加工工过过程程的的“热脆热脆”。第28页/共394页 冶冶冶冶炼炼炼炼一一一一般般般般钢钢钢钢种种种种时时时时要要要要求求求求将将将将MnMnMnMn控控控控制制制制在在在在0.4%-0.4%-0.4%-0.4%-0.8%0.8%0.8%0.8%。在在在在实实实实际际际际生生生生产产产产中中中中还还还还将将将将Mn/SMn/SMn/SMn/S比比比比作作作作为为为为一一一一个个个个指指指指标进行控制，标进行控制，标进行控制，标进行控制，Mn/SMn/SMn/SMn/S对钢的热塑性影响很大。对钢的热塑性影响很大。对钢的热塑性影响很大。对钢的热塑性影响很大。从从从从 低
26、低低低 碳碳碳碳 钢钢钢钢 高高高高 温温温温 下下下下 的的的的 拉拉拉拉 伸伸伸伸 实实实实 验验验验 发发发发 现现现现 提提提提 高高高高Mn/SMn/SMn/SMn/S比比比比 可可可可 以以以以 提提提提 高高高高 钢钢钢钢 的的的的 热热热热 延延延延 展展展展 性性性性。一一一一 般般般般Mn/S7Mn/S7Mn/S7Mn/S7时不产生热脆时不产生热脆时不产生热脆时不产生热脆。第29页/共394页图图1-2 Mn/S1-2 Mn/S比对低碳钢热延展性的影响比对低碳钢热延展性的影响 第30页/共394页 硫硫硫硫还还还还会会会会明明明明显显显显降降降降低低低低钢钢钢钢的的的的焊焊
27、焊焊接接接接性性性性能能能能，引引引引起起起起高高高高温温温温龟龟龟龟裂裂裂裂，并并并并在在在在焊焊焊焊缝缝缝缝中中中中产产产产生生生生气气气气孔孔孔孔和和和和疏疏疏疏松松松松，从从从从而而而而降降降降低低低低焊焊焊焊缝缝缝缝的的的的强强强强度度度度。硫硫硫硫含含含含量量量量超超超超过过过过0.06%0.06%0.06%0.06%时时时时，会会会会显显显显著著著著恶恶恶恶化化化化钢钢钢钢的的的的耐耐耐耐蚀性蚀性蚀性蚀性。硫还是连铸坯中。硫还是连铸坯中。硫还是连铸坯中。硫还是连铸坯中偏析最为严重的元素偏析最为严重的元素偏析最为严重的元素偏析最为严重的元素。第31页/共394页n n不同钢种对硫含
28、量有严格的规定：不同钢种对硫含量有严格的规定：不同钢种对硫含量有严格的规定：不同钢种对硫含量有严格的规定：非合金钢中非合金钢中非合金钢中非合金钢中普通质量级钢普通质量级钢普通质量级钢普通质量级钢S0.045%S0.045%S0.045%S0.045%优质级钢优质级钢优质级钢优质级钢 S0.035%S0.035%S0.035%S0.035%，特殊质量级钢特殊质量级钢特殊质量级钢特殊质量级钢 S0.025%S0.025%S0.025%S0.025%有的钢种要求如有的钢种要求如有的钢种要求如有的钢种要求如管线钢管线钢管线钢管线钢 S0.005%,S0.005%,S0.005%,S0.005%,甚至更
29、低。甚至更低。甚至更低。甚至更低。有些钢种，如有些钢种，如有些钢种，如有些钢种，如易切削钢易切削钢易切削钢易切削钢硫则作为合金元素加入，要求硫则作为合金元素加入，要求硫则作为合金元素加入，要求硫则作为合金元素加入，要求S=0.08%-0.20%S=0.08%-0.20%S=0.08%-0.20%S=0.08%-0.20%。第32页/共394页钢中的氧钢中的氧n n在在在在吹吹吹吹炼炼炼炼过过过过程程程程中中中中，向向向向熔熔熔熔池池池池供供供供入入入入了了了了大大大大量量量量的的的的氧氧氧氧气气气气，到到到到吹吹吹吹炼炼炼炼终终终终点点点点时时时时，钢钢钢钢水水水水中中中中含含含含有有有有过过
30、过过量量量量的的的的氧氧氧氧，即即即即钢钢钢钢中中中中实实实实际际际际氧氧氧氧含量高于平均值。含量高于平均值。含量高于平均值。含量高于平均值。n n如如如如不不不不脱脱脱脱氧氧氧氧，在在在在出出出出钢钢钢钢、浇浇浇浇铸铸铸铸中中中中，温温温温度度度度降降降降低低低低，氧氧氧氧溶溶溶溶解解解解度度度度降降降降低低低低，促促促促使使使使碳碳碳碳氧氧氧氧反反反反应应应应，钢钢钢钢液液液液剧剧剧剧烈烈烈烈沸沸沸沸腾腾腾腾，使使使使浇浇浇浇铸铸铸铸困难困难困难困难，得不到正确凝固组织结构的连铸坯得不到正确凝固组织结构的连铸坯得不到正确凝固组织结构的连铸坯得不到正确凝固组织结构的连铸坯。第33页/共394
31、页n n钢钢钢钢中中中中氧氧氧氧含含含含量量量量高高高高，还还还还会会会会产产产产生生生生皮皮皮皮下下下下气气气气泡泡泡泡，疏疏疏疏松松松松等等等等缺缺缺缺陷陷陷陷，并并并并加加加加剧剧剧剧硫硫硫硫的的的的热热热热脆脆脆脆作作作作用用用用。在在在在钢钢钢钢的的的的凝凝凝凝固固固固过过过过程程程程中中中中，氧氧氧氧将将将将会会会会以以以以氧氧氧氧化化化化物物物物的的的的形形形形式式式式大大大大量量量量析析析析出出出出，会会会会降降降降低低低低钢钢钢钢的的的的塑塑塑塑性性性性，冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲击韧性等加工性能。等加工性能。等加工性能。等加工性能。n n一一一一般般般般测测测测定定定定的的
32、的的是是是是钢钢钢钢中中中中的的的的全全全全氧氧氧氧，即即即即氧氧氧氧化化化化物物物物中中中中的的的的氧氧氧氧和和和和溶溶溶溶解解解解的的的的氧氧氧氧之之之之和和和和，在在在在使使使使用用用用浓浓浓浓差差差差法法法法定定定定氧氧氧氧时时时时才才才才是是是是测测测测定定定定钢钢钢钢液液液液中溶解的氧，在铸坯或钢材中取样时是全氧样。中溶解的氧，在铸坯或钢材中取样时是全氧样。中溶解的氧，在铸坯或钢材中取样时是全氧样。中溶解的氧，在铸坯或钢材中取样时是全氧样。第34页/共394页脱氧的任务脱氧的任务n n根据具体的钢种，根据具体的钢种，根据具体的钢种，根据具体的钢种，将钢中的氧含量降低到所需将钢中的氧
33、含量降低到所需将钢中的氧含量降低到所需将钢中的氧含量降低到所需的水平的水平的水平的水平，以保证钢水在凝固时得到合理的凝固，以保证钢水在凝固时得到合理的凝固，以保证钢水在凝固时得到合理的凝固，以保证钢水在凝固时得到合理的凝固组织结构；组织结构；组织结构；组织结构；n n使成品使成品使成品使成品钢中非金属夹杂物含量最少钢中非金属夹杂物含量最少钢中非金属夹杂物含量最少钢中非金属夹杂物含量最少，分布合适，分布合适，分布合适，分布合适，形态适宜，以保证钢的各项性能指标；形态适宜，以保证钢的各项性能指标；形态适宜，以保证钢的各项性能指标；形态适宜，以保证钢的各项性能指标；n n得到得到得到得到细晶结构组织
34、细晶结构组织细晶结构组织细晶结构组织。常用的脱氧剂有常用的脱氧剂有常用的脱氧剂有常用的脱氧剂有Fe-MnFe-MnFe-MnFe-Mn，Fe-SiFe-SiFe-SiFe-Si，Mn-SiMn-SiMn-SiMn-Si，Ca-SiCa-SiCa-SiCa-Si等等等等合金。合金。合金。合金。第35页/共394页 钢中的气体钢中的气体 n n 钢钢钢钢液液液液中中中中的的的的气气气气体体体体会会会会显显显显著著著著降降降降低低低低钢钢钢钢的的的的性性性性能能能能，而而而而且且且且容容容容易易易易造造造造成成成成钢钢钢钢的的的的许许许许多多多多缺缺缺缺陷陷陷陷。钢钢钢钢中中中中气气气气体体体体主主
35、主主要要要要是是是是指指指指氢氢氢氢与与与与氮氮氮氮，它们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。，它们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。，它们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。，它们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。n n氢氢氢氢在在在在固固固固态态态态钢钢钢钢中中中中溶溶溶溶解解解解度度度度很很很很小小小小，在在在在钢钢钢钢水水水水凝凝凝凝固固固固和和和和冷冷冷冷却却却却过过过过程程程程中中中中，氢氢氢氢会会会会和和和和COCOCOCO、N N N N2 2 2 2等等等等气气气气体体体体一一一一起起起起析析析析出出出出，形形形形成成成成皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹皮下气泡中心缩孔、疏松、造成
36、白点和发纹皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹。第36页/共394页n n钢钢钢钢热热热热加加加加工工工工过过过过程程程程中中中中，钢钢钢钢中中中中含含含含有有有有氢氢氢氢气气气气的的的的气气气气孔孔孔孔会会会会沿沿沿沿加加加加工工工工方方方方向向向向被被被被拉拉拉拉长长长长形形形形成成成成发发发发裂裂裂裂，进进进进而而而而引引引引起起起起钢钢钢钢材材材材的的的的强强强强度度度度、塑性、冲击韧性的降低，即发生塑性、冲击韧性的降低，即发生塑性、冲击韧性的降低，即发生塑性、冲击韧性的降低，即发生“氢脆氢脆氢脆氢脆”现象。现象。现象。现象。n n在在在在钢钢钢
37、钢材材材材的的的的纵纵纵纵向向向向断断断断面面面面上上上上，呈呈呈呈现现现现出出出出圆圆圆圆形形形形或或或或椭椭椭椭圆圆圆圆形形形形的的的的银银银银白白白白色色色色斑斑斑斑点点点点称称称称之之之之为为为为“白白白白点点点点”，实实实实为为为为交交交交错错错错的的的的细细细细小小小小裂裂裂裂纹纹纹纹。主主主主要要要要原原原原因因因因是是是是钢钢钢钢中中中中的的的的氢氢氢氢在在在在小小小小孔孔孔孔隙隙隙隙中中中中析析析析出出出出的的的的压压压压力力力力和和和和钢钢钢钢相相相相变变变变时时时时产产产产生生生生的的的的组组组组织织织织应应应应力力力力的的的的综综综综合合合合力力力力超超超超过过过过了了
38、了了钢钢钢钢的的的的强强强强度度度度，产产产产生生生生了了了了“白白白白点点点点”。一一一一般般般般白白白白点点点点产产产产生生生生的温度低于的温度低于的温度低于的温度低于2002002002000 0 0 0C C C C。第37页/共394页n n钢钢钢钢中中中中的的的的氮氮氮氮是是是是以以以以氮氮氮氮化化化化物物物物的的的的形形形形式式式式存存存存在在在在，它它它它对对对对钢钢钢钢质质质质量量量量的的的的影影影影响响响响体体体体现现现现出出出出双双双双重重重重性性性性。氮氮氮氮含含含含量量量量高高高高的的的的钢钢钢钢种种种种长长长长时时时时间间间间放放放放置置置置，将将将将会会会会变变变
39、变脆脆脆脆，这这这这一一一一现现现现象象象象称称称称为为为为“老老老老化化化化”或或或或“时时时时效效效效”。原原原原因因因因是是是是钢钢钢钢中中中中氮氮氮氮化化化化物物物物的的的的析析析析出出出出速速速速度度度度很很很很慢慢慢慢，逐逐逐逐渐渐渐渐改改改改变变变变着着着着钢钢钢钢的的的的性性性性能能能能。低低低低碳碳碳碳钢产生的脆性比磷还严重。钢产生的脆性比磷还严重。钢产生的脆性比磷还严重。钢产生的脆性比磷还严重。n n钢钢钢钢中中中中氮氮氮氮含含含含量量量量高高高高时时时时，在在在在250-450250-450250-450250-4500 0 0 0C C C C温温温温度度度度范范范范围
40、围围围，其其其其表表表表面面面面发发发发蓝蓝蓝蓝，钢钢钢钢的的的的强强强强度度度度升升升升高高高高，冲冲冲冲击击击击韧韧韧韧性性性性降降降降低低低低，称称称称之之之之为为为为“蓝蓝蓝蓝脆脆脆脆”。氮含量增加，钢的焊接性能变坏氮含量增加，钢的焊接性能变坏氮含量增加，钢的焊接性能变坏氮含量增加，钢的焊接性能变坏。第38页/共394页n n钢钢钢钢中中中中加加加加入入入入适适适适量量量量的的的的铝铝铝铝，可可可可生生生生成成成成稳稳稳稳定定定定的的的的AlNAlNAlNAlN，能能能能够够够够压压压压抑抑抑抑FeFeFeFe4 4 4 4N N N N生生生生成成成成和和和和析析析析出出出出，不不不
41、不仅仅仅仅改改改改善善善善钢钢钢钢的的的的时时时时效效效效性性性性，还还还还可可可可以以以以阻阻阻阻止止止止奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体晶晶晶晶粒粒粒粒的的的的长长长长大大大大。氮氮氮氮可可可可以以以以作作作作为为为为合合合合金金金金元元元元素素素素起起起起到到到到细细细细化化化化晶晶晶晶粒粒粒粒的的的的作作作作用用用用.在在在在冶冶冶冶炼炼炼炼铬铬铬铬钢钢钢钢，镍镍镍镍铬铬铬铬系系系系钢钢钢钢或或或或铬铬铬铬锰锰锰锰系系系系等等等等高高高高合合合合金金金金钢钢钢钢时时时时，加加加加入入入入适适适适量量量量的氮，能够的氮，能够的氮，能够的氮，能够改善塑性和高温加工性能改善塑性和高温加工性能改善塑性
42、和高温加工性能改善塑性和高温加工性能。第39页/共394页 钢中的夹杂钢中的夹杂 n n钢钢中中非非金金属属夹夹杂杂按按来来源源分分可可以以分成分成外来夹杂和内生夹杂外来夹杂和内生夹杂。n n外外来来夹夹杂杂是是指指冶冶炼炼和和浇浇铸铸过过程程中中，带带入入钢钢液液中中的的炉炉渣渣和和耐耐火火材材料料以以及及钢钢液液被被大大气气氧氧化化所所形形成的氧化物。成的氧化物。第40页/共394页内生夹杂内生夹杂包括：包括：n n脱氧时的脱氧时的脱氧时的脱氧时的脱氧产物脱氧产物脱氧产物脱氧产物；n n钢液温度下降钢液温度下降钢液温度下降钢液温度下降时，硫、氧、氮等杂质元素溶解度下降时，硫、氧、氮等杂质元
43、素溶解度下降时，硫、氧、氮等杂质元素溶解度下降时，硫、氧、氮等杂质元素溶解度下降而以非金属夹杂形式出现的而以非金属夹杂形式出现的而以非金属夹杂形式出现的而以非金属夹杂形式出现的生成物生成物生成物生成物；n n凝固过程凝固过程凝固过程凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物；中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物；中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物；中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物；n n固态钢相变固态钢相变固态钢相变固态钢相变溶解度变化生成的产物。溶解度变化生成的产物。溶解度变化生成的产物。溶解度变化生成的产物。钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过
44、程中产钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产生的。生的。生的。生的。第41页/共394页根据成分不同，夹杂物可分为根据成分不同，夹杂物可分为n n氧化物夹杂氧化物夹杂氧化物夹杂氧化物夹杂，即，即，即，即 FeOFeOFeOFeO、MnOMnOMnOMnO、SiOSiOSiOSiO2 2 2 2、AlAlAlAl2 2 2 2O O O O3 3 3 3、CrCrCrCr2 2 2 2O O O O3 3 3 3等简单等简单等简单等简单的氧化物；的氧化物；的氧化物；的氧化物；n nFeO-FeFeO-FeFeO-FeFeO-Fe2 2 2 2O O O
45、O3 3 3 3 、FeO-AlFeO-AlFeO-AlFeO-Al2 2 2 2O O O O3 3 3 3、MgO-AlMgO-AlMgO-AlMgO-Al2 2 2 2O O O O3 3 3 3等等等等尖晶石类尖晶石类尖晶石类尖晶石类和各种和各种和各种和各种钙钙钙钙铝的复杂氧化物铝的复杂氧化物铝的复杂氧化物铝的复杂氧化物；n n2FeO-SiO2FeO-SiO2FeO-SiO2FeO-SiO2 2 2 2，、2MnO-SiO2MnO-SiO2MnO-SiO2MnO-SiO2 2 2 2、3MnO-Al3MnO-Al3MnO-Al3MnO-Al2 2 2 2O O O O3 3 3 3-
46、2SiO-2SiO-2SiO-2SiO2 2 2 2等等等等硅酸盐硅酸盐硅酸盐硅酸盐；n n硫化物夹杂硫化物夹杂硫化物夹杂硫化物夹杂，如，如，如，如FeSFeSFeSFeS、MnSMnSMnSMnS、CaSCaSCaSCaS等；等；等；等；n n氮化物夹杂氮化物夹杂氮化物夹杂氮化物夹杂，如，如，如，如AlNAlNAlNAlN、TiNTiNTiNTiN、ZrNZrNZrNZrN、VNVNVNVN、BNBNBNBN等。等。等。等。第42页/共394页n n按按按按加加加加工工工工性性性性能能能能，夹夹夹夹杂杂杂杂物物物物可可可可分分分分为为为为：塑塑塑塑性性性性夹夹夹夹杂杂杂杂，它它它它是是是是在
47、在在在热热热热加加加加工工工工时时时时，沿沿沿沿加加加加工工工工方方方方向向向向延延延延伸伸伸伸成成成成条条条条带带带带状状状状；脆脆脆脆性性性性夹夹夹夹杂杂杂杂，它它它它是是是是完完完完全全全全不不不不具具具具有有有有塑塑塑塑性性性性的的的的夹夹夹夹杂杂杂杂物物物物，如如如如尖尖尖尖晶晶晶晶石石石石类类类类型型型型夹夹夹夹杂杂杂杂物物物物，熔熔熔熔点点点点高高高高的的的的氮氮氮氮化化化化物物物物；点点点点状状状状不不不不变变变变性性性性夹夹夹夹杂杂杂杂，如如如如SiOSiOSiOSiO2 2 2 2超超超超过过过过70%70%70%70%的的的的硅硅硅硅酸酸酸酸盐盐盐盐，CaSCaSCaSC
48、aS、钙钙钙钙的的的的铝铝铝铝硅硅硅硅酸盐等。酸盐等。酸盐等。酸盐等。由由由由于于于于非非非非金金金金属属属属夹夹夹夹杂杂杂杂对对对对钢钢钢钢的的的的性性性性能能能能产产产产生生生生严严严严重重重重的的的的影影影影响响响响，因因因因此此此此在在在在炼炼炼炼钢钢钢钢、精精精精炼炼炼炼和和和和连连连连铸铸铸铸过过过过程程程程应应应应最最最最大大大大限限限限度度度度地地地地降降降降低低低低钢液中夹杂物的含量，控制其形状、尺寸钢液中夹杂物的含量，控制其形状、尺寸钢液中夹杂物的含量，控制其形状、尺寸钢液中夹杂物的含量，控制其形状、尺寸。第43页/共394页钢中的成分钢中的成分(碳碳)n n炼钢的重要任务
49、之一就是要把熔池中的碳氧化炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱除至所炼钢钟的要求。从钢的性质可看出碳脱除至所炼钢钟的要求。从钢的性质可看出碳脱除至所炼钢钟的要求。从钢的性质可看出碳脱除至所炼钢钟的要求。从钢的性质可看出碳也是重要的合金元素，它可以也是重要的合金元素，它可以也是重要的合金元素，它可以也是重要的合金元素，它可以增加钢的强度和增加钢的强度和增加钢的强度和增加钢的强度和硬度硬度硬度硬度，但，但，但，但对韧性产生不利影响对韧性产生不利影响对韧性产生不利影响对韧性产生不利影响。n n钢中的碳决定了冶炼、轧
50、制和热处理的温度制钢中的碳决定了冶炼、轧制和热处理的温度制钢中的碳决定了冶炼、轧制和热处理的温度制钢中的碳决定了冶炼、轧制和热处理的温度制度。度。度。度。第44页/共394页n n碳能碳能碳能碳能显著改变钢的液态和凝固性质显著改变钢的液态和凝固性质显著改变钢的液态和凝固性质显著改变钢的液态和凝固性质，在，在，在，在16001600160016000 0 0 0C C C C，C0.8%C0.8%C0.8%C0.8%时，时，时，时，每增每增每增每增0.1%0.1%0.1%0.1%的碳的碳的碳的碳 钢的钢的钢的钢的熔点降低熔点降低熔点降低熔点降低6.56.56.56.50 0 0 0C C C C