2017-10-20 09:50:57

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机械
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编辑分类

killed steel 根据冶炼时脱氧程度的不同,钢可分为沸腾钢、半镇静钢和镇静钢。 镇静钢为完全脱氧的钢,使得氧的质量分数不超过0.01%(一般常在0.002%~0.003%)。通常铸成上大下小带保温帽的锭型,浇铸时钢液镇静不沸腾。由于锭模上部有保温帽(在钢液凝固时作补充钢液用),这节帽头在轧制开坯后需切除,故钢的收缩率低,但组织致密,偏析小,质量均匀。优质钢合金钢一般都是镇静钢。

基本信息

  • 中文名

    镇静钢

  • 外文名

    killed steel

  • 原料

    冶炼时脱氧程度的不同

  • 实质

    完全脱氧的钢

目录

折叠 编辑本段 基本简介

模式

根据钢种和产品质量,脱氧分为3种模式:

①硅镇静钢(用Si+Mn脱氧);

②硅铝镇静钢(Si+Mn+少量Al脱氧);

③铝镇静钢(用过剩Al>0.01%)。

折叠 整体分类

用Si+Mn脱氧,形成的脱氧产物有:①纯SiO2(固体);②MnO·SiO2(液体);③MnO·FeO(固溶体)。对于硅镇静钢,控制Mn/Si,使其生成液态的MnO·SiO2,钢水可浇性好,但与Si、Mn相平衡的[O]D较高((40~60)×10-6),在结晶器内钢水凝固时易生成皮下针孔或气泡,影响铸坯质量。采用Si+Mn脱氧后,使钢水可浇性好(不堵水口),又不使铸坯产生针孔或皮下气泡,要控制钢水中溶解氧[O]D在(10~20)×10-6。

对于含碳较高的硅镇静钢(如高碳硬线钢、弹簧钢),为避免Al2O3夹杂的有害作用,一般不加铝脱氧,而是用低铝的铁合金脱氧,钢水中的酸溶铝[Al]s极低(<0.002%),则钢中溶解氧[O]D较高。为降低钢中[O]D,在LF精炼采用白渣操作+氩气搅拌,钢渣精炼扩散脱氧,既能把钢水中[O]D降到<20×10-6,也能有效地脱硫([S]<0.01%)。

3.1硅镇静钢(C0.29%,Mn0.8%~1.2%,Si0.15%~0.40%),LF精炼后钢水中[O]D与水口堵塞和针孔的关系可知:钢水中[O]D控制在(10~20)×10-6,既可防止水口堵塞,铸坯又无皮下气孔生成。但钢水中[O]D<10×10-6,水口堵塞的可能性增加,因此应控制好:

(1)合适的Mn/Si

①Mn/Si低时形成SiO2夹杂,增加了水口堵塞的可能性;

②Mn/Si高(>2.5)时生成典型的MnO·SiO2(MnO54.1%,SiO245.9%),夹杂物容易上浮。

(2)铁合金中铝含量。如果铁合金中带入的铝使钢水中[Al]s>0.003%,就会形成固态Al2O3。

(3)控制LF白渣精炼时间,减少MnO·Al2O3生成。

3.2 硅铝镇静钢

仅用Si+Mn脱氧,铸坯易形成皮下针孔,除采用LF白渣精炼降低钢中[O]D外,还可用Si+Mn+少量铝脱氧。但如果既要保持连铸的可浇性又要防止铸坯产生皮下针孔,应用Si+Mn+少量铝脱氧,形成的脱氧产物可能有: ①蔷薇辉石(2MnO·2Al2O3·5SiO2);

②锰铝榴石(3MnO·Al2O3·3SiO2);

③纯(Al2O3>25%)。

要把夹杂物成分控制在相图中锰铝榴石的阴影区,这样就可达到:

①夹杂物熔点低(1400℃),球形易上浮;

②热轧时夹杂物可塑性好(800~1300℃);

③锰铝榴石夹杂物中Al2O3接近20%左右,变形性最好;

④无单独Al2O3的析出,钢水可浇性好,不堵水口;

⑤脱氧良好,不生成气孔。

理论计算指出,在钢中Si=0.2%,Mn=0.4%,温度为1550℃条件下,若钢中酸溶铝[Al]s≤0.005%,则钢中[O]<20×10-6,生成锰铝榴石而无Al2O3析出,钢水可浇性好,铸坯又不产生皮下气孔。这对连铸生产是非常重要的。对于高碳硬线钢,用Si+Mn脱氧控制好钢中的[Al]s来得到易变形的锰铝榴石而防止脆性Al2O3夹杂析出,这对于防止拉拔脆断是非常重要的。

3.3 铝镇静钢

对于中低碳细晶粒钢,要求钢中酸溶铝[Al]s≥0.01%;对于低碳铝镇静钢,为改善薄板深冲性能,要求钢中[Al]s=0.02%~0.05,为此要求用过剩铝脱氧。这样,需要解决两个问题。

(1)加铝方法

如何把铝加到钢水中达到目标值,且铝的回收率尽可能高。

(2)如何避免Al2O3夹杂的有害作用

对于加铝方法,将一部法加铝改为两部法加铝:

①出钢时加铝量脱除钢水中超出C-O平衡的过剩氧量:

②精炼加铝量为脱除C相平衡的氧+目标铝含量(喂铝线)。

钢水中与酸溶铝[Al]s相平衡的[O]D很低,为(2~6)×10-6,脱氧产物全部为Al2O3,其害处是:①Al2O3熔点高(2050℃),钢水中呈固态;②可浇性差,堵水口;③Al2O3可塑性差,不变形,影响钢材性能,尤其是深冲薄板的表面缺陷。

折叠 改变形态

为此,采用钙处理(喂Si-Ca线或Ca线)来改变Al2O3形态。

(1)加铝较少

[Al]s较低,采用轻钙处理

轻钙处理后生成钙长石CaO·Al2O3·2SiO2(CaO20%~25%,Al2O337%,SiO244%)或钙黄长石2CaO·Al2O3·SiO2(CaO40%,Al2O337%,SiO222%)。希望把夹杂物成分控制在CaO-SiO2-Al2O3相图中的阴影区。夹杂物钙长石熔点低(1200~1400℃),在钢液中易上浮,可浇性好,不堵水口;热轧时夹杂物易变形不会发生拉拔脆断现象。

(2)加铝较多

[Al]s较高,采用重钙处理

溶解钙与钢水中固相Al2O3生成不同组成的铝酸钙(CaO-Al2O3)夹杂,CaO和Al2O3生成五个中间相,其组成与熔点见表2。应控制钢中钙含量,避免生成中间相CA6、CA2、CA而生成液相的12CaO·7Al2O3,有利于夹杂物上浮,也能够防止水口堵塞。

生成的铝酸钙夹杂中富集CaO,具有高的硫容量,能吸收足够的硫,当钢水凝固时,夹杂物中硫的溶解度降低,硫化物沉淀形成中心为铝酸钙CaO-Al2O3,外壳为CaS的双相夹杂。

钢中加入的Ca除与反应外,还能与硫反应生成CaS。CaS也会引起水口堵塞。为提高钙处理转变Al2O3为12CaO·7Al2O3的效率,应控制钢水中的硫含量小于0.01%。若S=0.010%~0.015%,钙处理后有CaS生成;S=0.030%~0.040%时,钙处理首先生成CaS,CaS堵塞水口严重。

钙处理铝镇静钢,判断钢水中Al2O3向球化转变的指标,文献中有不同的说法:①Ca/Al>0.14;②Ca/T[O]=0.7~1.2。

对于铝镇静钢,钙处理后:①解决了可浇性,不堵水口;②夹杂物易上浮去除;③消除了Al2O3不变形夹杂物对钢性能的有害作用。

折叠 编辑本段 分类

1.沸腾钢

炼钢时仅加入锰铁进行脱氧,脱氧不完全。这种钢液铸锭时,有大量的一氧化碳气体逸出,钢液呈沸腾状,故称为沸腾钢,代号为"F"。

沸腾钢组织不够致密,成分不太均匀,硫、磷等杂质偏析较严重,故质量较差。但因其成本低、产量高,故被广泛用于一般工程。

2.镇静钢

炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作为脱氧剂,脱氧完全。这种钢液铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固,故称为镇静钢,代号为"Z"。

镇静钢虽成本较高,但其组织致密,成分均匀,含硫量较少,性能稳定,故质量好。适用于预应力混凝土等重要结构工程。

3.半镇静钢

脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间,故称为半镇静钢。代号为"b"。

半镇静钢是质量较好的钢。

4.特殊镇静钢

比镇静钢脱氧程度更充分彻底的钢,故称为特殊镇静钢,代号为"TZ"。

特殊镇静钢的质量最好,适用于特别重要的结构工程。

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