冶金质量分析第六次四、钢中非金属夹杂物的.ppt

四）夹杂物对钢压力加工性能的影响,除在钢中晶界上存在的低熔点夹杂物使钢在热变形加工时可能产生“热脆”破坏外，钢中的非金属夹杂物降低钢在室温时的塑性，也必然使钢的冷变形性能变坏 钢在冷轧、冷拉、冷挤和冷冲压中，不仅会因表面的非金属夹杂物过多引起表面裂纹而降低钢材（件）的表面质量，而且高硬度的夹杂物也可以使模具损坏,（五）夹杂物对钢切削性能的影响,在易切削钢中，一般要加入S、Te、Ca等元素，使它们在钢中形成有利于切削加工的夹杂物或金属间化合物，提高钢的自动切削速度和程度 钢的切削性能随脱氧元素的不同而有差别按照Mn、Cr、Si、Zr、V、Ti、Al的顺序下降（夹杂物硬度↑）,（六）夹杂物对钢电磁性能的影响,①非金属夹杂物是非铁磁性相，它在钢中的存在减少了铁磁性基体的体积分数，破坏了金属基体的连续性； ②夹杂物的存在（在晶界上或晶内）使钢基体内可能产生内应力，因而基体磁化不均匀，磁性下降 细小分散的夹杂物要比粗大聚集的夹杂物对磁性的危害大； 长条的针状夹杂物比球状的危害大； 多角形铝的氧化物危害最大七）夹杂物对钢耐腐蚀性能的影响,在腐蚀介质中工作或表面附着有腐蚀介质的钢制零部件，当其表面存在有大量非金属夹杂物时，由于非金属夹杂物与钢基体的电极电位不同而构成腐蚀微电池，将会在非金属夹杂物与钢基体的交界处发生电化学腐蚀。

钢中的硫化物、氧化物和硅酸盐类夹杂物的电极电位高于钢基体，成为腐蚀电池中的阴极，使钢基体在夹杂物周围产生腐蚀七）夹杂物对钢耐腐蚀性能的影响,钢中的硫化物（FeS、MnS）易于被酸溶解，并且产生硫化氢（H2S），加速钢的腐蚀破坏 不锈钢中的夹杂物，能破坏不锈钢表面钝化膜的严密性，所以不锈钢的点腐蚀多与其中的夹杂物有关,（七）夹杂物对钢耐腐蚀性能的影响,在腐蚀介质中工作的承受动载荷的零部件，当表面存在有夹杂物时，首先会在夹杂物处引起腐蚀形成缺口，并不断向零部件内部扩展成疲劳裂纹，导致零部件产生腐蚀疲劳破坏八）夹杂物对热处理性能的影响,夹杂物在钢中割裂了钢基体的连续性，起着局部缺口的作用在淬火内应力较大时，就可能使零件以夹杂物处为裂纹发源地而产生淬火开裂当夹杂物处在淬火零件的截面而突变部位或钢中有大块夹杂物时，零件对淬火开裂尤为敏感 钢在渗氮热处理时，夹杂物经常引起渗氮件表面“起泡”，降低渗氮质量九）夹杂物对钢焊接性能的影响,非金属夹杂物对钢焊接性能的影响主要是容易引起焊接件在焊缝或焊缝热影响区产生裂纹 ①当钢中晶界上存在大量低熔点非金属夹杂物时，在焊接熔池液体凝固和母材冷却的热应力作用下，常会出现沿晶界产生的裂纹。

②非金属夹杂物处易于形成高的应力集中，故焊接件母材由于焊接应力的作用，常沿钢中的非金属夹杂物处形成焊接裂纹第三章习题,电弧炉和氧气顶吹转炉在炼钢设备和操作上有何不同？ 电弧炉炼钢法有何特点？为什么电弧炉钢中的磷、硫和夹杂物含量一般低于转炉钢？ 为什么氧气顶吹转炉炼钢速度最快？ 感应炉熔炼有何特点？产品质量如何？ 综合分析电弧炉、转炉钢的产品特点（产品范围、气体含量、夹杂物数量及钢产量）? 不同炼钢方法的选用原则是什么？,四、钢中非金属夹杂物的去除及控制形态,四、钢中非金属夹杂物的去除及控制形态,实际生产中不可能完全去除钢中的非金属夹杂物，在这种情况下，就通过采用控制钢中非金属夹杂物的类型、数量 、分布形态、尺寸的形式将非金属夹杂物的危害降至最低夹杂物的去除,1. 夹杂物浮升去除 浮升去除夹杂物的本质在于非金属夹杂物的密度比熔炼金属液体的小，在有渣覆盖金属液熔炼时，非金属夹杂物上浮至金属熔体与熔渣界面而被熔渣吸收夹杂物的去除,2. 渣洗去除夹杂物 电渣重熔过程能有效去除氧化物夹杂，其去除是通过熔滴形成以及通过渣层过渡阶段的渣钢作用二）钢中非金属夹杂物的控制,控制夹杂物形态主要是指对氧化物和硫化物形态进行控制 通过向钢液中加入对氧、硫结合力较强的元素，改变原有夹杂物的组成并使其形成为比较理想的夹杂物形态。

二）钢中非金属夹杂物的控制 ——氧化物夹杂物形态的调整与控制(I),1.氧化铝夹杂物形态的调整与控制 （1）氧化铝夹杂形态的调整 在铝脱氧的镇静钢液中，夹杂物主要以簇状聚集的Al2O3形态出现，轧制时，簇状聚集的Al2O3沿钢材变形方向延伸成链状夹杂物这种链状Al2O3夹杂物显著地降低了钢材横向力学性能 在脱氧时，进行加钙处理，钢中Al2O3数量显著减少，而出现CaO-Al2O3或CaO-Al2O3-CaS系的氧化物和复合硫氧化物这种球状复合型夹杂，改善了钢材的性能，减少了钢材的力学性能的方向性，当[Ca]/[S]的比值为0.6~0.8时，钢材的力学性能的方向性几乎消失二）钢中非金属夹杂物的控制 ——氧化物夹杂物形态的调整与控制(I),(2) 复合氧化物形态的调整 利用CaO-Al2O3-SiO2三元系中存在CaO·Al2O3·2SiO2(熔点1553℃)和2CaO·Al2O3·SiO2(熔点1593℃)两个区域，在用铝作最终脱氧的钢中，同时加入钙和硅，可以达到改变CaO-Al2O3系氧化物夹杂形态的目的,（二）钢中非金属夹杂物的控制 ——氧化物夹杂物形态的调整与控制(I),①经硅钙合金和铝处理后，钢中形成的夹杂物是钙铝硅酸盐，其熔点低而且是可变形的夹杂物，在钢材中呈纺锤状或棒状，对钢材的强度和韧性有利。

②在易切削钢中，这种夹杂物可在刀具刃部形成保护层，从而提高了刀具的寿命,（二）钢中非金属夹杂物的控制 ——硫化物夹杂物形态的调整与控制(II),(1) 硫化物的形态 钢中的硫化物种类主要有FeS、MnS和(Mn，Fe)S 当Mn%＞0.1时，FeS基本消失，因此高锰钢中主要硫化物是MnS MnS在钢锭中主要以球状不变形硫化锰（对钢材性能比较有利）、链状硫化锰、多角硫化锰形态存在 调整硫化物形态目的改变链状和多角硫化锰为球状,（二）钢中非金属夹杂物的控制 ——硫化物夹杂物形态的调整与控制(II),(2) MnS形态的调整 通常调整MnS形态的方法是加入合金元素，将锰从MnS中置换出来，形成硬度高、不变形、呈球状的硫化物 合金元素特点对硫的亲和力比锰强，形成呈球状的不易变形的硫化物，同时不降低钢的加工性能、力学性能,（二）钢中非金属夹杂物的控制 ——硫化物夹杂物形态的调整与控制(II),⑴钙调整硫化锰形态 ①当 ＞0.4，MnS消失被CaS取代 ②钢液配合铝进行终脱氧情况下，钢中出现硫化物型夹杂，夹杂物组成如下图二）钢中非金属夹杂物的控制 ——硫化物夹杂物形态的调整与控制(II),⑵稀土元素调整MnS形态 随 比值的增加，夹杂物在钢材中的形态变化顺序为：细长条MnS→变形能力较低的(RE，,Mn)S→呈纺锤形的稀土硫氧化物RE2O2S→圆形或碎块状不变形的稀土硫化物RE2S3或RE3S4→不规则的点状或串状稀土硫化物RES。

二）钢中非金属夹杂物的控制 ——硫化物夹杂物形态的调整与控制(II),值得注意：稀土硫化物的密度大，接近于钢液密度，不易自钢液排除，容易在钢锭的中、下部产生偏析而影响钢材的质量第三节 钢中的金属杂质及冶金控制,§3 钢中的金属杂质及冶金控制 ——钢及合金中金属杂质的行为（1）,钢与合金中金属杂质元素是指：铅、锡、铋、锑、砷等 虽然它们在钢及合金中的平均含量极微，但它们容易在晶界处偏聚、其浓度为平均含量的几倍甚至几十倍，而且具有低熔点和气体原子的特征，所以，会使晶界脆化，导致钢及合金的热强性、热塑性以及其他性能下降表4-1 有害元素的熔点和沸点及其在铁、镍中的溶解度,§3 钢中的金属杂质及冶金控制 ——微量金属杂质对钢与合金性能的影响（2）,（一） 微量金属杂质对热加工性能的影响 微量有害金属杂质（例如Pb、Sb）对钢或合金的热加工性能的危害极大、其影响程度随钢与合金的化学成分的不同而异在不同含镍的钢与合金中，确保锻轧加工和热顶锻时不产生裂纹的Pb、Sb允许含量列于表4-2Pb、Bi、Sn、Te等元素对17Cr-13Ni-3Mo不锈钢的热塑性的影响如图4-9所示。

断面收缩率（%）,ωPb、ωBi、ωTe，（%）,,§3 钢中的金属杂质及冶金控制 ——微量金属杂质对钢与合金性能的影响（2）,钢热塑性影响折合用铅当量表示,,§3 钢中的金属杂质及冶金控制 ——微量金属杂质对钢与合金性能的影响（2）,（二）微量有害元素对高温力学性能的影响 Pb、Sn、Sb、Bi等微量有害元素即使在10-4%含量范围内，也会使钢和合金的热强性、蠕变强度和持久强度急剧降低t,§3 钢中的金属杂质及冶金控制 ——微量金属杂质对钢与合金性能的影响（2）,（三）微量有害元素对室温力学性能的影响 在低合金钢中，铅、锡会降低冲击韧度 在高合金钢中，As、Sn、Sb等杂质金属元素严重降低钢的韧性见图4-11）,§3 钢中的金属杂质及冶金控制 ——微量金属杂质对钢与合金性能的影响（2）,（四）微量有害元素对其他性能的影响 微量有害元素（Sb、Sn、As）提高了回火钢的回火脆性敏感性； 在不锈钢中，微量有害元素对其抗腐蚀性产生有害的影响； 在焊接钢中，降低其焊接性能 在球墨铸铁生产中，微量有害元素对球化过程起反作用§3 钢中的金属杂质及冶金控制 ——微量有害元素的允许含量（3）,生产球墨铸铁时，必须控制铁液中微量元素的含量，见表4-3。

§3 钢中的金属杂质及冶金控制 ——降低微量元素有害影响的方法（4）,（一）微量有害元素的真空挥发去除 真空感应冶炼是降低合金中微量有害元素最有效的方法 真空感应冶炼法可使钢和合金中的Sb比采用大气冶炼降低一个数量级 （二）利用微量添加剂来消除杂质的有害影响 这些元素与有害杂质元素形成熔点较高的化合物，从而改变其析出条件，消除杂质沿晶界偏析而引起的脆性进一步净化和强化晶界,§3 钢中的金属杂质及冶金控制 ——降低微量元素有害影响的方法（4）,（三）限制由原材料带入的有害元素数量 钢及合金中的有害元素往往是在炼钢过程中由原材料（矿石、合金元素、废钢等）带入的严格选择和控制原材料中有害元素的含量水平，是降低钢与合金有害元素含量的重要途径第四章 习题,1. 钢中氢氮对钢性能有何影响？如何减少钢液中的氢和氮含量？ 2. 钢中常见的非金属夹杂物来源于哪些方面？有哪些类型和各有和特点？ 3. 钢中的非金属夹杂物对钢性能有哪些影响？原因何在？ 4.如何改善和控制钢中的非金属夹杂物？ 5. 微量有害元素对钢质量有何影响？如何控制？举例说明第五章 钢液的炉外精炼及冶金质量,炉外精炼：在转炉、电弧炉之外，加上必要的精炼装置，对初炼钢液进行精炼或处理，这一精炼过程，统称为炉外精炼。

§1 炉外精炼的理论基础,炉外精炼应用真空、钢液搅拌、加热、渣洗等技术，或其组合技术，大大强化了冶金反应过程，最终达到提高钢的纯净度，控制夹杂物的性质和形态等的目的§1 炉外精炼的理论基础 —— 真空脱气（I）,真空脱气包括真空脱氧、脱氮和脱氢 冶金过程中的各种化学反应，都是向平衡状态方向自发进行改变系统压力可以影响化学平衡，例如反应生成物为气体时，减少系统的压力，可以使化学平衡向增多气体物质的方向移动这就是真空可以使已经达到平衡的脱气、脱碳、脱氧反应继续进行，从而提高钢液的质量§1 炉外精炼的理论基础 —— 真空脱气（I）,实际生产过程中在熔池内部，因为生成气泡要克服气相总压力、液体静压力和毛细管压力的作用，CO气泡内的压力必然大大超过金属上面气相中CO的分压力，其CO 的气相压力为 式中，p(g)为金属熔池上面的气相压力；ρ为液体金属的密度；H为气泡逸出点上面金属液柱的高度；σ为金属液的。