炼钢的基础知识

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炼钢的基础知识

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奥氏体锰钢
1882年Robert Abbot Hadfield发明了高锰钢。此钢在高冲击载荷及高挤压应力下，使工件表面加工硬化，显微硬度由HV250提高到HV750左右，而工件内部仍保持优良韧性，即使零件很薄，仍能承受较大的冲击载荷而不断裂，其耐磨性与HRC50的马氏体相当。因此广泛用于冶金、矿山机械、建筑机械、拖拉机履带板等易损件。
    高锰钢的加工硬化机理有位错堆积与形变诱导变两种理论。近年来的研究更多的支持了位错堆积论。认为，高锰钢在摩擦作用下高度强化是由于形成大量的位错、孪晶变形、锒嵌缺陷及块状组织细化等。在位错密度达到极限值时，滑移实际上不可能，这是孪晶成为主要的变形形式。
    但是在低冲击载荷或低应力下，由于不可能达到那样高的加工硬化度，这时高锰钢的耐磨性不如其它耐磨钢好。如用高锰钢作喷丸机的喷嘴，其寿命和一般碳钢相当。用ZGMn13做球磨机衬板一般使用六到八个月，多者一年，使用寿命还不如T8钢及其它低合金耐磨钢。
    另外，即使在较高的冲击载荷下，如果破碎的矿石较软，其耐磨性也较差。如锤式破碎机的锤头，破碎含有泥沙的较软的矿石时，锤头表层加工硬化只有240—300HB，锤头寿命最多18小时。综上可见，高锰钢不是任何情况都是耐磨的，只有在高冲击下和高应力下迅速加工硬化，形成耐磨的表面层时，才显出较高的耐磨性。
    虽然近年来新型材料很多，部分地取代了高锰钢，但人们还从各方面对高锰钢进行改进，并取得了很大的成交。主要有三条途径，一是高锰钢的再合金化，二是改变高锰钢的Mn/C比，三是生产工艺的改进。分述如下：
1、高锰钢的再合金化
    为了提高高锰钢的耐磨性及屈服强度等性能，因内外广泛使用合金化或微合金化的方法骐 在于强化固溶体，减少碳化物的析出，改变碳化物的形态和分布，改善奥氏体加工硬化性能。合金元素提高屈服强度和抗拉强度的幅度依次为V>mo>Cr,但V、Mo、Cr都使延伸率和冲击韧性下降。其中，V使延伸率和冲击值的下降幅度最大，MO，Cr次之。
    在Mn13中加入2%的Cr，亦即Mn13Cr2，可提高屈服强度，提高耐磨性。但由于晶界碳化物析出倾向增加，从而使钢的延性和比Mn13降低30—40%。
    加放1%--2%的Mo可使屈服强度提高，并且提高980  时的高温强度及延性，从而减少了热裂倾向。钼还能阻止连续冷却或等温停留时奥氏体分解。钼可以与较低的奥氏体化温度相配合，形成弥散颁布的碳化物，还能抑制厚大锰钢件冷却时珠光体和针状碳化物的形成。钨也有类似作用，但效果不如钼。
    加入2—3%的Ni可制造无磁工件。如同时加入0.2—0.4%的Bi，能改善高锰钢的加工性能。微合金化(约0.05%--0.14%)的方法对高锰钢进行变质处理是用得最多的生产方法，生产工艺简单，成本低，技术难度也较低，效果很明显。
    加入0.1—0.5%的Ti，有减小形成晶界碳化物膜的倾向，可以细化组织和提高耐磨性。但Ti量不宜太高，太高促使碳化物和氮化物沉积，对韧性不利。加Ti后耐磨性可以提高25—50%。
    有钒钛同时对高锰钢变质处理，可细化晶粒，消除柱状晶，在不降低塑性韧性条件下提高屈服强度。一般在出钢时加入包中，出钢前用铝脱氧。加钒钛的高锰钢在较低的变形量(15%)下，就可以得到高的硬度值。而Mn13要在25%的变形量下才能达到同样的硬度值。在加Ti或V、Ti的同时加入0.2%左右的稀土，效果也很好。在Mn13中加入0.7—0.8%Mo、0.3—0.4%VEY 0.2—0.4%Ti，600  保温6小时再加热至1000  固容处理后，4M3电铲铲齿的寿命提高70—170%。
    国内在高锰钢中加入约0.05%的N和1.5%左右的Cr。
    由表1可以看出，加入氮铬的高锰钢综合性能较好。装机对比试验结果表明，Mn13NCr高锰钢而磨性比标准型高锰钢提高35%。
    日本在高锰钢中加入1.0—3.5%的Cu、<0.6%的Mo和0.01—0.03%的B，改善加工硬化性能，又配合加入V、Nb、W、N等元素，耐磨性比Mn13提高50%，用于破碎机和大型球磨机衬板等耐磨件。
    我国稀土资源丰富，用稀土对高锰钢进行变质处理，可细化晶粒，改善碳化物和非金属夹杂的形态分布，有利于提高韧性和抗热裂倾向。在Mn13中加入0.1—0.3%的稀土硅铁，作破碎机锤头比Mn13寿命提高16.1%，用作铲齿提高1.6—16%，用作腭式破碎机齿板提高20—30%，而且韧性好，抗冲击，不掉牙，不断裂磨损均匀，用作球磨机衬板寿命可提高25%。
2、改变锰碳比  降低高锰钢奥氏体的稳定性，提高耐磨性。
    (1) 低碳高锰钢。C，0.3—0.9%，Mn  11—14%，适当加入Ni  Mo  等以保证机械性能。由于碳低锰高，铸态下无碳化物，铸态冲击值也较高，可以生产形状复杂的铸件，同时这种钢的耐热性能也较好，适合于有一定温度的场合。
    (2) 高碳中锰钢。C1.2%左右，Mn含量6—7%，并含有0.5—1.0%的Mo，由于Mn低，奥低体稳定性较低，较低应力下也能加工硬化。但高碳中锰钢的韧性比Mn13下降较多，其韧性和耐磨性见表2。
       注：销盘磨损试验机、磨料150目红榴石。
    高碳中锰钢用于球磨机衬板，寿命提高18—20%。用于风扇磨打击板寿命比Mn13提高30%以上。这种锰钢，可用于矿山和采矿部门的各种破碎机锤头，破碎机辊子，磨球、档板、主衬板，建筑部门各种形式的装料器和挖泥船斗齿、钻头、凿子及推土机刮板等。
    (3) 中碳(0.6—0.9%)中锰介稳奥氏体锰钢。加入适量的Cr、Mo、V、Ti、稀土等，经固溶和时效后，由于Mn含量较低，奥氏休珠稳定性较差，在较低的冲击力应力下也能加工硬化，又由于碳含量也较低，碳化物析出倾向较高碳中锰钢小，因此韧性也较好，可以用在非强烈冲击载荷的场合，得到的耐磨性。
    (4) 超高锰钢。将Mn13中的碳和锰都适当提高，即将碳提高至1.5%左右，锰提高到18%左右，发现其加工硬化能力优于高锰钢。将1.53%C；0.55%Si；18.2%Mn；2.65%Cr；0.22%Ti；0.35%Re；<=0.06P；<0.05%S的超高锰钢制作风扇磨冲击板，寿命比Mn13提高近一倍。试验证明，碳的提高有利于提高钢的耐磨性；锰量提高则有昨于提高冲击韧性。
    如果碳含量保持在1.0—1.2%，在Mn提高到18%左右，则可提高和减少碳化物的析出倾向，可用来制作超大截面的耐磨件，如大锤头等，使用效果也相当好。另外，超高锰钢还可以在低温下使用，对我国北方冬季比较严寒的特点具有很大的意义。
    最近，国外有一专利，发明了一种含Mn25%的超高锰钢，其性能为：      。该专利认为这种钢的加工硬化速度快，在4个国家25个单位运行表明，寿命增加30%左右。这将是超高锰钢的另一发展方向。
3、高锰钢生产工艺的改进
    (1)    悬浮浇注对耐磨性的提高有利。悬浮浇注对耐磨性的提高有利。悬浮浇注是将合金粉(如WC、VC粉等)在钢水浇注时带入型腔，以期达到激冷、增核与致密的作用，从而提高铸件的耐磨性。
    (2)    吹氩处理。能减少钢中氢、氧和夹杂物，使钢水温度均匀且改善了钢液的流动性，从而可降低浇注温度来细化一次晶粒，提高机械性能，最终提高了耐磨性。另外，如考虑经济效益，也可以吹氮处理，效果也很好。
    (3)    表面强化技术。也就是用机械方法使高锰钢产生预硬化，以达到提高耐磨性的目的。用得比较多的是爆炸硬化。

[ 本帖最后由 xiayaxi 于 2009-1-12 09:01 编辑 ]

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浇注系统引入位置的选择对铸钢件内外质量的影响很大，在生产实践中通过改变引入位置而提高铸钢件质量的案例很多，在引入位置的选择方面积累了一套经验，概括起来有以下几点：
(1) 尽量从铸型最低处入水，以便钢水平稳上升，浮砂、夹渣充分上浮；
(2) 从铸件的薄处入水,避免薄位浇不足,以及减轻因铸件壁厚差异悬殊而造成的应力；
(3) 少用或不用阶梯形浇口；
(4) 变径内浇口、缝隙式浇口、内浇口切向入水等措施对提高浇注质量有效果的；
(5) 要避免钢水在型砂中推进的最前端部份（往往是最脏的钢水）在产品的关键区域聚集；
(6) 尽快充型。

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不同的钢种对原材料的要求不同，要炼好一炉钢，首先要保证炉料配制的技术要求，配料的准确性包括炉料重量及配料成分两方面。配料重量不准，容易导致冶炼过程化学成分控制不当或造成铸件浇不足等废品，也可能出现过量的浇余而增加消耗。炉料化学成分配得不准，会给冶炼操作带来极大困难，严重时将使冶炼无法进行。
因此，配料过程中，在确保重量与计划安排无误的情况下，主要考虑钢种规格成分、冶炼方法、元素特征及工艺的具体要求来控制炉料的化学成分。首先，根据钢种的规格成分，碳的配定要保证熔化期碳的烧损及氧化期的脱碳量，还要考虑还原期补加合金和造渣制度对钢液的增碳。其次，合金元素的配制要依据冶炼方法的不同而有所区别。氧化法炼钢时，合金通常不宜与炉料一起装炉，一些合金元素熔点高，不易氧化，可按钢种规格下限配入，并与炉料一起装炉，但合金料应注意避开电极电弧区，以减少它们的挥发。最后，对炉料中磷、硫成分的控制尤为重要，除磷、硫钢外，一般钢中的磷、硫含量均是配得越低越好，但顾及钢铁料的实际情况，磷、硫的配定以不超过规格要求为限。

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熔化期的主要任务是以最少的电耗将固体炉料迅速熔化为均匀的液体。炉料熔化的同时，熔池中也发生各种各样的物化反应，主要有元素的挥发和氧化、钢液的吸气、热量的传递与散失以及夹杂物的上浮等。因此，熔化期提前造渣覆盖于钢液面上，既可减少散热，减少钢液的吸气量，又可促使夹杂物的上浮等。熔化期的正确操作，可以把钢中的磷去除60%左右。对于低合金钢来说磷是钢中的有害元素，在冶炼过程中，要尽量降低钢中的磷含量，一般优质钢中要求P<0.030%，而高级优质钢中的磷要求P<0.015%，极特殊的要求P<0.005%。
常规脱磷的有利条件是高碱度、高氧化性及流动性良好的熔渣和中等偏低的温度。因此，熔化期操作是如何提前造好熔化渣。首先，在炉料装炉前就在炉底垫入料重1%～2%的石灰及少量的铁矿石，或在炉料大半熔时分批加入料重1%的氧化铁皮或矿石粉，从中提高熔化渣的氧化能力；其次，在炉料大半熔或全熔后扒除部分熔化渣，对于高磷炉料或磷规格要求较严格的钢种，也可全部扒除，然后重造新渣，脱磷效率可达50%～70%，是强化脱磷行之有效的好办法。

abalagu2002

学习了一下，还需要再学习，做个记号吧

troyliu

感谢上传，学习中，好好学习

boxing

多谢楼主，学习中

xytlb82010

很实用

lurc

现在的龙头材料都是差的

lyymao

正在学习中，感谢提供这份资料

houwang86

学习了，谢谢分享！

lbb123

学习中