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锻造知识培训讲义§钢锭知识及钢锭冶炼1、 钢锭是将冶炼钢液在一定温度下注入钢锭模中凝固而成的钢锭的形状通常是截头锥体，上部较大，下部较小，截面形状有方形、圆形、扁方形、多角形其结构及内部组织如下图在冒口部位，一般有缩孔、疏松等冶金缺陷；在锭身部位从外向内有细晶粒层、柱状粗晶和等轴粗晶；在底部有夹渣物沉积（主要是密度较重的金属和非金属夹渣物）由于钢锭冒口和底部存在严重的缺陷，不能作为锻件的一部分，对于冲大孔后芯棒拔长和扩孔锻件，底部可以适当利用2、钢锭的冶金缺陷缩孔：钢锭凝固后，在上端形成的孔洞及缩管；主要由于钢锭在冷凝收缩时钢液不足补缩不良造成的，锻造切除不干净会形成裂缝与折叠；减小和消除的措施主要是采用发热冒口、绝热冒口、改善钢液补缩条件，使缩孔上移到冒口处，锻造时切除疏松：钢锭中上部海绵状组织结构，包括中心疏松和一般疏松；主要由于钢锭在冷凝晶间冷缩形成的显微空隙与针孔，此处夹杂聚集力学性能较差；减小和消除的措施提高加热温度，通过锻造压实枝晶偏析（微观树枝状偏析）：树枝状晶与晶间物理、化学及杂质分布的不均一性；主要由于钢锭在冷凝时的选择性结晶及溶解度的变化造成；减小和消除的措施是通过高温扩散、锻造变形和热处理均匀化来消除。

区域偏析（宏观偏析）：钢锭内各处化学成分及杂质分布的不均一性，如锭心的V型正偏析、离心的倒V型正偏析以及底部的锥形负偏析区；主要由于钢锭在冷凝结晶过程中的选择性结晶、溶解度变化，各处密度差异造成，区域偏析会造成锻造裂纹及力学性能不均匀等缺陷；减小和消除的措施是降低钢液中的S、P等偏析元素的含量，采用多炉合浇及冒口补浇工艺和采用振动浇注硫化物夹杂：内生非金属夹杂物FeS、MnS等低熔点物质，分布在枝晶间及区域偏析处，塑性好，易变形；偏析严重，硫含量高，片状或密集分布危害大，形成应力集中开裂，形成热脆，降低力学性能；减小和消除的措施是炼钢时充分脱硫，减少偏析，充分锻压变形改善夹杂物的形状与分布氧化物夹杂：细小的内生夹杂FeO、MnO、Al2O3熔点高，沿晶界或密集分布，呈脆性，不易变形；主要由于钢铁冶炼时脱氧产物未排出，二次氧化产物，降低了锻件的塑性、韧性，引起疲劳破坏；减小和消除的措施是炼钢时清洁炼钢炉料，充分沸腾脱氧，炉外精炼、脱氧去夹杂，使夹杂在浇注时上浮，锻压变形使其破碎分散分布硅酸盐夹杂：内生非金属夹杂物2MnSiO2、2FeOSiO2等高熔点物质，多分布于钢锭表层或底部，具有一定塑性；主要由于钢铁冶炼时炉料不清洁、不纯净、夹杂物未充分排出，它将降低钢的力学性能，引起应力集中裂纹；减小和消除的措施是提高钢液的纯净度，防止耐火材料污染，清洁浇注。

表面裂纹：在钢锭表面上出现的纵向或横向裂纹；纵裂是由于锭模设计不合理，注温高，注速快，钢锭表面冷凝层被钢液压裂；横裂是由于锭模表面不干或保温帽与锭模间缝隙产生悬挂阻碍钢锭自由收缩，冷凝层被拉裂；消除的措施是改善锭模设计，控制注温、注速，锻造前清除干净裂纹中心裂纹：钢锭心部的纵裂或横裂，主要由于偏析或中心疏松严重，钢中气体含量高，温度应力、残余应力大造成；减小和消除的措施是提高功能钢锭浇注质量，通过高温热锻造锻合结疤：钢锭表面斑疤；主要是由于上注时钢液溅珠、氧化膜翻皮，锭模损坏，锻件呈分层氧化表面不平现象；减小和消除的措施是控制注速、注温，锻造前清除干净钢中气体：有害气体的种类有H、O、N，存在状态为化合物、原子态、分子态，主要分布于钢中或气泡中，一般锭心比表层多，上部比下部多；主要是由于炼钢炉料、炉气、空气进入钢液，钢液未充分沸腾排气，钢中气体会加重偏析、降低塑性、韧性，H含量超过2X10-6锻件冷却可能产生白点；减小和消除的措施是炼钢时烘烤炉料、充分沸腾，炉外精炼脱气，真空处理，清洁浇注，通过锻压变形，热处理扩散皮下气泡及内部气泡：钢锭表皮下及内部的气泡及空穴；主要由于钢中CO及其它气体未排出钢中，气泡会锻件裂纹；减小和消除的措施是充分排气、高温锻合，及时吹扫表面裂纹。

外来夹杂：炼钢、浇注时由外界混入的非金属杂质或异金属材料；主要由于被钢液冲刷腐蚀的耐火材料及钢渣混入钢液、异金属落入钢液；减小和消除的措施是提高耐火材料的品质，严格执行清洁浇注重接：钢锭本体上出现的氧化断层；主要是由于浇注时钢液流中断，钢液表面被氧化造成；减小和消除的措施是注意浇注的连续性，防止钢液断流3、钢锭浇注钢锭的浇注方法主要有上注法和下注法，现在一般采用氩气保护下注（连通器原理） 4、常用炉外精炼技术：是提高钢液纯净度的重要措施 真空注锭法（VD）：适用于浇注大型合金钢锭；其作用是脱气、去除夹杂物 真空碳脱氧法（VCD）：适用于浇注大型合金钢锭；其作用是脱气 真空循环脱气法（RH）：适用于浇注高强度钢锭；其作用是脱气、去除夹杂物 真空钢包精炼法（ASEA-SKF）：适用于精炼电站钢锭及生产新钢种；其作用是脱气、脱硫、清除夹杂、使力学性能均匀 钢包精炼法（LF）：适用于精炼电站钢锭；其作用是脱气、脱硫、去除夹杂、塑韧性好 真空电弧加热脱气法（VAD）：适用于精练不锈钢及高强度钢，其作用是脱气、脱硫、合金化 真空吃氧脱碳法（VOD）：适用于精练不锈钢，其作用是脱气、脱硫、合金化。

氩氧精练法（AOD）：适用于精练不锈钢及合金结构钢，其作用是脱气电渣重熔：将一般冶炼的钢制成自耗电极，再重熔为液滴，经渣洗精炼，逐步结晶而成，适用于电站钢冶炼；其作用是脱气、脱硫、去除夹杂、成分均匀、无明显偏析、组织结构致密、塑性好、结晶结构合理§钢锭的入库检验1、 钢锭入库的必要条件：有《产品质量证明书》，化学成分符合要求；表面无影响后续生产的严重缺陷；钢锭过磅吨位误差处于正常范围2、 钢锭入库的必要条件中任何一项达不到要求，由品检站通知品质部、技术部处理3、 冷钢锭外观质量检查内容：钢锭必须补缩良好，不得有超常的缩孔；钢锭不得有表面横、纵裂纹，若有裂纹必须打磨裂纹见底，打磨宽度大于深度的5倍且均匀过渡；钢锭表面斑疤必须清理干净；钢锭表面超深的鱼鳞纹沟槽必须打磨至小于5㎜；钢锭冒口线部位必须打磨平滑过渡4、 红送钢锭在装炉前也必须作外观质量检查：目测钢锭必须补缩良好，不得有超常的缩孔，否则做好锻造处理预案如加热后热剁去除缩孔等；钢锭不得有表面横、纵裂纹，若有裂纹并做好锻造处理预案如加热后吹扫干净；钢锭表面斑疤必须在锻造前吹扫清理干净；钢锭表面超深的鱼鳞纹沟槽也必须在锻造前吹扫处理5、 冷、热钢锭都必须在实物上标识清楚炉号、钢号。

§锻前加热1、 金属坯料锻前加热的目的：提高金属塑性，降低变形抗力，提高金属的可锻性，使金属易于流动成型，并使锻件获得良好的锻后组织和力学性能2、 金属加热缺陷随着加热温度的升高，金属会发生一系列变化：1) 组织结构 大多数金属发生组织转变，晶粒长大，甚至造成过热或过烧2) 力学性能 金属塑性提高，变形抗力降低，残余应力逐渐消失也可能产生新的内应力3) 物理性能 金属热导率、导温系数、膨胀系数、密度等发生变化在550℃以上金属发出不同的光色即火色变化4) 化学性能 金属表层发生氧化、脱碳、吸氢等反应氧化 氧化性炉气将使金属表层产生太厚的氧化皮、中性炉气氧化较弱、还原性炉气氧化最弱因此燃气加热炉电阻箱式炉加热为了排出空气减少氧化，加热时应使得炉内略带正压（浓度较大的CO）；用电阻箱式炉加热为了排出空气减少氧化，可以在炉内充入惰性气体如氮气等加热温度越高，金属和气体扩散越大，则氧化也越剧烈在200～500℃时，钢表面仅仅生成一层很薄的氧化膜；当温度升到600～700℃时，开始显著氧化；当温度升到850～900℃时，开始氧化加剧加热时间越长，尤其在高温下停留时间越长，氧化越大钢中含碳量大于0.3%时，随着含碳量增加氧化皮减少；当钢中含有Cr、Ni、Al、Si、Mo等合金元素可减小氧化倾向，当钢中Cr、Ni含量大于13～20%时，几乎不氧化；一般坯料加热一次烧损1.5～3%。

脱碳 钢中含碳量越高，脱碳倾向越大；Cr、Mn阻止脱碳，Al、Co、W、Mo、Si促进脱碳；脱碳使锻件表层变软，强度、耐磨性和抗疲劳性降低过热 金属由于加热温度过高、加热时间过长而引起晶粒粗大的现象Ti、W、V、N能减小钢的过热倾向碳钢过热产生魏氏组织；马氏体钢过热组织呈粗针状出现过多的δ铁素体；工模具钢过热出现萘状端口单纯因奥氏体晶粒粗大形成的不稳定过热可通过热处理消除（正火、高温回火、扩散退火或快速升温快速冷却）；对稳定过热组织一般热处理无法改善或消除，只有通过大变形量的塑性变形破碎晶粒使其晶粒细化过烧 产生过烧一般材料就报废了，局部过烧还可去除过烧部分继续利用内部裂纹 由于坯料加热速度过快，外层温度高于心部温度导致内外层不均匀膨胀产生的内应力即温度应力可能造成坯料心部产生裂纹温度应力一般产生在500～600℃的低温阶段，高于此温度不用考虑温度应力具有固态相变的金属在加热时，由于相变前后组织体积发生变化，而坯料表层与心部组织转变不是同时进行的，便产生组织应力，组织应力一般也在600℃以下的低温阶段比较剧烈 一般内部裂纹是组织应力和温度应力共同作用的结果因此，当加热截面尺寸很大的钢锭或冷坯料以及导温性差的高温合金由于温度应力很大，低温阶段必须缓慢加热，对于极小截面尺寸的坯料加热不需要考虑温度应力而采用快速加热，一般也可预热。

3、 锻造温度范围确定原则：确保金属在锻造温度范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力，并能使锻件获得希望的组织和性能；锻造温度范围尽可能取宽些，以达到减少火次，降低原材料消耗，提高生产率的目的始锻温度高，金属塑性好，变形抗力小，变形消耗的能量小，对于模锻有利于充满模膛但是始锻温度过高，氧化、脱碳加剧，甚至可能产生过热或过烧，对于模锻因始锻温度过高，锻造成型后终锻温度过高容易导致晶粒粗大，而且停锻后锻件氧化程度很大产生很厚的氧化皮终锻温度过低，可能导致锻造裂纹4、 钢锭（坯）加热台车炉和室式炉必须使用垫铁，垫铁高度不低于炉中下排烧嘴高度；对于直径或边长小于150㎜的钢锭（坯）可以使用推钢式连续炉加热，不用垫铁5、 钢锭（坯）装炉前应校对其冶炼炉号、钢号、钢锭（坯）的规格或重量以及冷热状态6、 装炉前要根据各个炉膛尺寸和安全装炉重量决定装炉支数和装炉方式（单列密装、叠装法）7、 钢锭（坯）装入炉内的位置应根据炉型、炉底尺寸、装炉方式及加热钢锭（坯）的尺寸重量等确定其距炉墙、烧嘴的距离（不小于100㎜），严禁火焰直射被加热金属表面8、 钢锭（坯）装好炉在炉门关闭前填好装炉图（记录表单《生产记录表》），标记清楚每支钢锭（坯）的炉号、材质及规格或重量；9、 冬季期间，冷锭加热前必须在车间避风处放置两天以上才可入炉加热，严禁钢锭（坯）表面有水（雪）直接装炉加热。

10、 钢锭（坯）入炉前温度高于550℃的为热钢锭（坯），介于400-550℃的为半热钢锭（坯），低于400℃的为冷钢锭（坯），应尽量避免冷热钢锭（坯）混装一炉若冷热钢锭（坯）同装一炉，其料间距必须大于一个钢锭（坯）的直径或边长，按冷钢锭（坯）加热规范制定加热工艺11、 严禁在大型钢锭保温阶段开启炉门放入大型冷钢锭（坯）12、 热（半热）钢锭应及时装炉，严禁放置于潮湿的地面上，避免冷风直吹13、 热（半热）钢锭应先装于650-750℃的炉内保温一段时间后再按热钢锭（坯）加热14、 加热过程中炉门及各部分应处于良好的密闭状态，并使炉内保持一定的微正压；15、 锻前加热过程中必须按每1小时一次实时记录（记录表单《锻造加热炉运行记录》），发现加热异常必须立即调整，若属于设备问题，立即通知设备部门进行抢修；16、 锻前加热必须严。