材料制备与成型总结.pdf

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1、材料工程基础（材料制备与成型）小结杨洋整理第一篇钢铁冶金1、炼铁实质：通过还原反应，还原出铁、猛、硅、磷、硫以及碳渗入铁水的过程。铁水常规五元素：C、Si、Mn、P、S高炉炼铁所需要的原料：铁矿石（提供铁元素）焦炭（提供热量、还原剂、料柱骨架），熔剂以石灰石为主（造渣）对原料的要求：要求铁矿石品位高，粒度均匀合适，酸性脉石少，强度较高，还原性好，成分波动小；要求焦炭杂质少，水分稳定，粒度均匀，强度好；要求熔剂碱性氧化物含量高，杂质少，强度高，粒度均匀。概念：炉渣碱度：炉渣中碱性氧化物与酸性氧化物的浓度比（常用摩尔分数之比），用R表示，R>1，为碱性渣；R<1，为酸性渣

2、；R=1，为中性渣。炼铁过程中的反应：铁硅锰磷的还原，渗硫反应以及脱硫反应，渗碳（4%）锰硅磷硫升高增加增加增加减少炉温降低减少减少减少增加升高增加减少减少减少碱度降低减少增加增加增加多------减少C量少------增加高炉冶炼产品：生铁（炼钢生铁1.5%Si，铸造生铁2.75-3.25%Si）炉渣炉气2、炼钢实质：通过氧化反应降低生铁中碳以及其他杂质的过程，氧化剂有[O],O2,Fe2O32.1炼钢过程中的反应2.1.1脱碳反应（生成CO），附带效应为：升温，搅拌，携带（夹杂物上浮）2.1.2硅的氧化影响因素炉温升高Si减少碱度增加Si减少氧化剂增加Si减少硅对

3、于钢材质量的影响：有利于脱氧，并且可以固溶强化，但是夹杂，降低塑韧性。2.1.3锰的氧化影响因素炉温降低Mn减少碱度降低Mn减少氧化剂增加Mn减少。锰对于钢材质量的影响：固溶强化，综合硫，脱氧，细化晶粒，提高淬透性；但是夹杂，Ms点降低2.1.4脱磷反应影响因素温度降低碱度升高氧化铁增加（过多则不利）CSiMn增加以及及时排渣都有利于P含量的降低脱磷的措施：造碱性渣，加氧化剂，提高渣的流动性概念回磷现象：炼钢过程中已经脱去的磷又从渣中进入钢液中的现象，形成条件为：炼钢末期，温度上升，脱氧剂的加入，以及在盛钢桶中，SiO2的进入导致了碱度的下降。改善回磷现象的措施有：温

4、度不宜太高，加石灰石提高碱度，采用碱性盛钢桶。磷对于钢质量的影响：易形成热裂热脆，加剧偏析，冷脆倾向增加，促进回火脆性，焊接性变坏，但可使得钢材抗大气腐蚀能力增强，提高刚的强度，并且有利于改善切削性能。2.1.5脱硫反应(注：[]表示钢液中，()表示在渣中)炉渣脱硫：钢液中[FeS]+(CaO)+C=[Fe]+(CaS)+CO-Q渣中(FeS)+(CaO)+C=[Fe]+(CaS)+CO-Q影响因素：上述反应为吸热反应，炉温越高，炉渣中氧化钙越多，氧化铁越少，降低硫在渣中的浓度，则脱硫越充分。气化脱硫：[S]SO2高温有利脱硫措施：造碱性渣，造新渣，提高渣的流动性，采

5、用碱性盛钢桶，炉外脱硫硫对于钢质量的影响：易形成热裂、热脆，焊接中易形成气孔和缩松（SO2），降低钢的使用性能，各向异性增加，耐蚀性降低；可以改善切削性能。2.1.6脱氧反应脱氧的目的：得到正常的钢锭表面和结构提高合金元素的收得率减少氧化物夹杂数量得到细晶粒结构的钢脱氧剂的特点及应用锰铁硅铁铝复合脱氧剂脱氧能力弱强更强最强渣排除能力强弱强最强附带作用综合硫，强化--细化晶粒--应用各类钢镇静钢镇静钢镇静钢脱氧方法：扩散脱氧：依靠氧向炉渣中扩散而被脱去的方法，亦称间接脱氧沉淀脱氧：脱氧剂进入钢液内部进行脱氧反应而脱氧的方法，亦称直接脱氧扩散脱氧与沉淀脱氧相比，速度慢，污

6、染小，并且需要还原性气氛，因此在电弧炉中应用较多，而直接脱氧的方法则应用于各类炼钢方法中。2.2一般炼钢法（转炉炼钢和电弧炉炼钢）2.2.1氧气顶吹转炉炼钢法反应原理:铁水热+反应热炼钢原料:铁水、(废钢)+熔剂冶炼过程：装料、吹练、测温、脱氧、出钢冶炼特点：不需外加热源，反应剧烈，生产率高，烟尘大，产品品种多产品质量特点：1）含气量小，N，H含量低，即时效敏感性及脆性低，塑韧性和焊接性能好；2）P,S含量与电弧炉相当3）夹杂物以及外来元素少，冷变形抗应变时效和焊接性能好。2.2.2电弧炉炼钢法原理：利用电弧和燃料之间产生的电弧进行熔炼酸性电弧炉，用于铸钢车间碱性电弧

7、炉用于炼钢冶炼过程：补炉，装料，熔化，氧化，还原（脱氧，脱硫）出钢电弧炉冶炼特点：炉温高，可以熔化任何金属，热效率高，炉池温度易于控制，炉内气氛易于控制，可用合金、废钢、非高炉生铁进行熔炼，炉内温差大，元素易烧损，生产成本高，生产效率低，电离的N,H易进入钢中电弧炉钢质量的特点：1）PS含量低2）夹杂物少（扩散脱氧，炉温高，渣易上浮）3）冶炼成分易控制4）NH含量高2.3钢的浇注和钢锭钢锭结构：表层激冷层，柱状晶，中心粗大等轴晶（镇静钢）连续铸钢：采用连续铸机把钢液直接凝固成钢坯工艺过程：浇注，结晶器冷凝，二次冷却，矫直，切割工艺参数：注温高于模铸2