2019-04-16 19:46:54

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沸腾钢(rimmed steel;rimming steel)是指炼钢时未能很好脱氧的钢。炼钢时要依靠氧气去除多余的碳,而过量的氧将生成多种氧化物成为夹杂物,为此必须脱氧。沸腾钢的脱氧是仅加弱脱氧剂,如加锰铁可生成氧化锰,同时生成氧化铁。但氧化铁在浇注钢锭时还会与钢中的碳生成一氧化碳和铁,此时一氧化碳气体逸出钢锭使之成沸腾状,故称沸腾钢。沸腾钢中的孔多,使结构疏松,偏析也多,质量较差,可用于不十分重要的钢结构中。

基本信息

  • 中文名

    沸腾钢

  • 外文名

    rimmed steel

  • 实质

    脱氧不完全的钢

  • 领域

    冶金

  • 优点

    表面质量好

  • 缺点

    偏析严重

折叠 编辑本段 简介

脱氧程度极低的钢。钢水含有很多的氧,在凝固过程中和钢中的碳产生激烈反应,放出CO气泡,使钢水在钢锭模内发生"沸腾"现象而得名。钢水凝固时析出的CO气体压力pCO=140kPa±25kPa。沸腾钢只限于生产含碳量0.02%~0.30%的低碳钢,含碳量过高或过低的钢水,在凝固时模内沸腾都很微弱,难以得到良好的沸腾钢钢锭。生产沸腾钢钢锭的关键是钢水在模内有强烈而适当的沸腾,过强或过弱的沸腾都不能得到良好的沸腾钢钢锭结构。模内沸腾靠钢水氧化性来保证,钢水氧化性依靠合适的钢水温度和加入适量的锰铁来控制。沸腾钢钢锭轧成的板材表面质量好,但偏析严重。沸腾钢只能用模铸法生产而不能用连铸法生产。

折叠 编辑本段 结构

沸腾钢钢锭的结构如图所示,可分为5个带:

(1)坚壳带。钢液接触模壁后受到强烈冷却,形成由细小等轴晶组成的无气泡的致密、坚实的外壳带。一般厚度为12~25mm。

(2)蜂窝气泡带。钢锭下部的柱状晶在向锭心生长时,平行于柱状晶生长方向而逐渐长大成为椭圆形气泡组成。

(3)中心坚固带。为防止出现过分严重的偏析在钢液上面加盖封顶后,抑制了碳氧反应,气体停止析出,蜂窝气泡终止生长,而结晶继续进行,形成无气泡的由柱状晶组成的中心坚固带。

(4)二次气泡带。随柱状晶的生长,由于偏析作用碳氧富集到一定程度时,碳氧反应重新发生,产生的气泡分布在钢锭整个高度,成为二次气泡带。

(5)锭心带。当模壁温度与钢锭中心温度之差很小时,钢锭心部形成等轴晶,成为锭心带。此时沸腾已大致停止,但仍有少量气孔形成,部分气泡还能逐渐上移聚合长大为头部大气泡。构成头部疏松区。

折叠 编辑本段 性质

沸腾钢由于有良好的沸腾作用,钢锭可形成一个纯净、坚实的外壳,故轧成的产品表面质量较好,特别适于制造薄板。并因含碳、硅量较低,有良好的焊接、冷弯和冲压性能,一些冷冲压件如拖拉机箱、汽车壳体等均使用沸腾钢。还用它轧制一般型钢中板、线材、窄带管材沸腾钢钢锭头部没有集中缩孔,轧制成坯后切头率低,且消耗脱氧剂耐火材料少,故成本较低。大多数国家沸腾钢的产量占模铸钢总产量的40%~50%。但沸腾钢偏析严重、组织不致密、力学性能波动较大,在轧材的不同部位抗拉强度和伸长率有明显差别。其低温冲击性差,钢板易于失效使韧性降低,故不适于制造对力学性能要求较高的零部件。此外,为保证模内正常沸腾,沸腾钢碳含量不能超过0.28%,锰含量不大于0.60%,硅含量不大于0.03%,因此只限于生产普通低碳钢,使沸腾钢的钢种受到很大限制。

折叠 编辑本段 分类及特点

根据冶炼时脱氧程度的不同,钢可分为沸腾钢、镇静钢半镇静钢(新标准取消半镇静钢)。沸腾钢为脱氧不完全的钢。钢在冶炼后期不加脱氧剂(如硅、铝等),浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象(气体逸出),钢锭凝固后,蜂窝气泡分布在钢锭中,在轧制过程中这种气泡空腔会被粘合起来。这类钢的特点是钢中含硅量很低,标准规定为痕量或不大于0.07%,通常注成不带保温帽的上小下大的钢锭。优点是钢的收率高(约提高15%),生产成本低,表面质量和深冲性能好。缺点是钢的杂质多,成分偏析较大,所以性能不均匀。

镇静钢为完全脱氧的钢。通常铸成上大下小带保温帽的锭型,浇注时钢液镇静不沸腾。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,故钢的收得率低,但组织致密,偏析小,质量均匀。优质钢和合金一般都是镇静钢

半镇静钢为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间,浇注时有沸腾现象,但较沸腾钢弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点,在冶炼操作上较难掌握。

折叠 编辑本段 过氧化钢的危害

过氧化钢的危害主要是由于钢中溶解过多的氧对钢质产生的影响。钢中溶解过多的氧,将得不到理想的钢锭结构,因而得不到良好机械性能的钢材。氧在液体钢中的溶解度较大,而在固体钢中溶解度很小。因此,氧将以氧化物夹杂形式存在于钢中,使钢的塑性韧性大为下降,使钢的切削性变坏,降低钢的疲劳强度和冲击韧性

氧在钢液中的溶解度随温度降低而减少,当钢液在钢锭模内凝固时,由于选分结晶,较纯的金属先凝固,把杂质推向未凝固的钢液,故使钢液中[C]、[O]发生偏析而引起了碳的再氧化,生成CO气体,使钢锭内部产生气泡;钢中氧还使硫的危害作用增加,因为FeO与S可以生成熔点仅为940℃的低熔点共晶体,造成钢锭轧制时热脆。

由于过氧化钢钢中含氧量高,因此脱氧很难控制,往往在浇注过程中表现为沸腾极强,此时,坚壳带生成时受到循环钢液冲刷少,得到的钢锭结构不致密,且不纯净,当气体在浇注完毕大量排出后,钢液面下降,钢锭头部成为"靴筒",在浇注过程中,为了防止钢液在注管"上呕",保证浇注顺利,采用刺铝调整钢液氧化性,它是一种补救措施,但易产生钢液面急剧下陷,使钢锭造成重皮、接痕等严重缺陷,同时,增加气囊轧后废品,造成钢材如线棒材中心孔洞和带钢分层废品。

建议及措施

1)转炉在冶炼Q195一F这种易过氧化的沸腾钢时,选择铁水成分条件好的铁水冶炼。

2)加强白灰造渣剂的质量控制,不能生烧或过烧,否则,生烧造成钢水温度下降,冶炼时间延长,过氧化出钢。

3)化检验要及时准确,否则也会因化验不及时影响冶炼时间加长,导致过氧化。

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