【正文】 河北 聯(lián)合 大學輕工學院 QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY 畢業(yè)論文 英文翻譯 論文題目： 國豐 Q195 鋼工藝研究 學生姓名： 學 號 ： 2020 專業(yè)班級 ： 08 冶金 學 部： 材料化工部 指導(dǎo)教師： 王碩明 教授 2020 年 05 月 26 日 河北聯(lián)合大學輕工學院 Q195鋼質(zhì)量的因素 根據(jù)對 Q195 鋼質(zhì)量檢測，發(fā)現(xiàn)影響鋼質(zhì)量 主要 有以下幾個方面：鋼的化學成分，表面裂紋，鋼中夾雜物和鋼的顯微組織。 化學成分的影響 鋼中化學成分 C， Si， Mn， P， Cr， Ti， Ni， Mo 等都是強化元素，其中以 C對強度作用效果最為明顯。所以應(yīng)該將各種強化元素，尤其是 C 元素要控制在其允許范圍的下限。改變合金元素含量，要注意該合金元素在鋼中的作用，以滿足用戶的基本要求。 表面裂紋的影響 表面裂紋產(chǎn)生的原因有：一是鋼坯質(zhì)量不合格，導(dǎo)致鋼錠皮下氣泡或皮下夾雜在軋制中暴露于鋼坯或鋼材表面；二是軋制不當所導(dǎo)致的表面裂紋，軋鋼過程中如存在嚴重的溫度不均勻，會在鋼材表面形成橫向裂紋 。 鋼中非金屬夾雜物的影響 非金屬夾雜物是鋼中不可避免的，但其夾雜物成分、數(shù)量、形態(tài)、分布等特性對鋼的性能影響是多方面的。 1） 夾雜物對裂紋的形成的影響 統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，約有 82%的疲勞斷裂其裂紋發(fā)源地都有夾雜物存在。非金屬夾雜物往往為作為顯微裂紋的發(fā)源地對鋼起了破壞作用，從而使得鋼的性能變壞[35,36]。 2） 夾雜物對鋼塑性和韌性的影響 非金屬夾雜物往往為作為顯微裂紋的發(fā)源地而在其中起著重要的作用，其表現(xiàn)為使鋼的伸長率和斷面收縮率降低。顆粒夾雜物常作為應(yīng)力集中源，在降低鋼沖擊韌度值的同時使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。 3） 夾雜物對鋼的疲勞性能 的影響 鋼中夾雜物對疲勞性能的影響的最主要因素之一是夾雜物的變形能力。若夾雜物的變形能力低，在鋼基體和夾雜物的界面處就可能產(chǎn)生微裂紋，這些微裂紋便成為了疲勞裂紋的發(fā)源地。 河北聯(lián)合大學輕工學院 4） 夾雜物對鋼壓力加工性能的影響 除了在鋼中晶界上存在的低熔點夾雜物使鋼在熱變形加工時可能產(chǎn)生“熱脆”現(xiàn)象外，鋼中非金屬夾雜物可降低鋼在室溫時的塑性，也必然使鋼的冷變形性能破壞。 5） 夾雜物對鋼耐腐蝕性能的影響 在腐蝕介質(zhì)中工作或表面附著有腐蝕介質(zhì)的鋼制零件，當其表面存在有大量非金屬夾雜物時，由于非金屬夾雜物與鋼基體的電極部位不同而構(gòu)成腐 蝕微電池[37]，將會在非金屬夾雜物與鋼基體的交界處發(fā)生電化學腐蝕。 6） 夾雜物對鋼熱處理性能的影響 鋼中非金屬夾雜物通常是零件熱處理淬火時開裂的一個主要原因。這是因為夾雜物在鋼中破壞了其連續(xù)性。 7） 夾雜物對鋼焊接性能的影響 非金屬夾雜物對鋼焊接性能的影響主要是容易引起焊接件在焊縫或焊縫熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。 鋼中非金屬夾雜物的研究 質(zhì)量良好的金屬材料不僅化學成分符合技術(shù)標準的要求，材料中的非金屬夾雜物也要盡可能的少，因為即使很少量的非金屬夾雜物亦足以影響金屬的機械性能，降低材料的質(zhì)量。這些鑄坯中的非 金屬夾雜物破壞了鋼的連續(xù)性和致密性，對金屬制品的質(zhì)量有著極為重要的影響。連鑄坯內(nèi)較多的非金屬夾雜物，淬火時會引起應(yīng)力集中而引起裂紋，降低疲勞強度，甚至使工件直接報廢，夾雜物的存在，會使零件在腐蝕介質(zhì)中在夾雜物處引起腐蝕。非金屬夾雜物對金屬材料質(zhì)量的影響不僅決定于其數(shù)量的多寡并與夾雜物的組成、外形及分布狀態(tài)有關(guān)；不利的外形分布，如：沿晶界分布的、鏈狀的、被軋成條狀的夾雜物對機械性能的影響尤其大。在外力作用下往往在非金屬夾雜物存在的地方引起應(yīng)力集中，當應(yīng)力足夠大時則導(dǎo)致材料破裂。因此夾雜物類型、含量和分布等通常 認為是評定鋼材質(zhì)量的一個重要指標，并被列為優(yōu)質(zhì)鋼及高級優(yōu)質(zhì)鋼出廠常規(guī)檢驗項目之一。 連鑄凝固速度快，夾雜來不及上浮而且存在分散，連鑄鋼水和耐火材料熔渣接觸，暴露在空氣中的機會也多，因此，夾雜來源復(fù)雜，根據(jù)以往的研究成果，提出了夾雜物的來源、類型和減少夾雜物的措施。 夾雜物來源 按照鋼的冶煉流程，在以下各個環(huán)節(jié)都有可能引起鑄坯產(chǎn)生夾雜物 [24]： 河北聯(lián)合大學輕工學院 1） 轉(zhuǎn)爐出鋼下渣 擋渣出鋼的效果相對較差，出鋼時帶入鋼包中的爐渣較多，再加上使用過的鋼包有的不太干凈，出鋼時很多剩渣夾裹在鋼水中，污染了鋼水。有的爐次吹 氣精煉不好，直接澆注，脫氧產(chǎn)物及鋼水中懸浮的爐渣不能充分上浮，也造成鋼水污染 [23][3]。 2） 鋼包、中間包包襯侵蝕物 在生產(chǎn)過程中如果鋼包襯侵蝕物進入鋼水，尤其是 LF 精煉爐升溫時對鋼包上部打結(jié)料的侵蝕嚴重，會造成包襯侵蝕污染鋼水。大量的中間包填充料（粘土磚粉）和絕熱板殘塊進入鋼水也會造成污染，而被中間包的填充物污染的鋼水極易通過浸入式水口進入結(jié)晶器，所形成的夾雜物尺寸也是最大的，對鋼板性能的破壞亦最明顯。另外，澆注后期涂料侵蝕透后，中間包打結(jié)料侵蝕進入鋼水也造成污染。 3） 鋼水二次氧化 鋼水由大包到中間 包應(yīng)采用全程密封保護，但在實際使用中，上部鋼流往往暴露與空氣中造成二次氧化。還有澆注過程中用氧氣燒高壓保護箱內(nèi)壁上的鋼瘤等時形成的氧化物極易進入結(jié)晶器凝入坯殼。 精煉爐吹氬時，如果片面追求快速降溫或縮短精煉時間，會使氬氣壓力過高，使大包液面翻動過大，一方面造成鋼水面裸露二次氧化，另一方面，液面過度翻動使表面渣層裹入鋼水，污染鋼水。 4） 中間包污染 澆注過程中，上下爐鋼水連接時，往往由于生產(chǎn)組織或其它方面的原因，造成連接不好，下爐鋼水不能及時再澆，中間包液面過低，上層的渣子隨水口渦旋進入結(jié)晶器。中間包不干凈， 雜物及耐火材料碎塊也污染鋼水。 5） 結(jié)晶器液面波動 如果中間包塞棒開閉和調(diào)整拉速是由人工控制，結(jié)晶器有時液面波動較大，并且前一時期浸入式水口側(cè)孔角度偏小，插入深度經(jīng)常變化以改變水口渣線的位置，都加劇了結(jié)晶器液面的波動，保護渣被鋼流沖至水口到弧板邊 1/2 的位置聚集，并被鋼流卷入鋼水中，而結(jié)晶器面上下波動最易造成鑄坯彎月面處的初生坯殼皮下裹渣。 非金屬夾雜物的分類 1） 按夾雜物來源分 鋼中的夾雜物按照來源可以分為內(nèi)生的和外來的兩大類 [25， 26]。 內(nèi)生夾雜主要為氧化物夾雜有以下幾種來源：一是在煉鋼溫 度下合金化和鋁河北聯(lián)合大學輕工學院 終脫氧時析出脫氧產(chǎn)物，稱為一次脫氧產(chǎn)物；二是鋼液從精煉溫度冷卻至液相線溫度過程中析出的脫氧產(chǎn)物，稱為二次脫氧產(chǎn)物；三是鋼液從液相線溫度冷卻到固相線溫度時析出的脫氧產(chǎn)物，稱為三次脫氧產(chǎn)物。內(nèi)生夾雜物在鋼中的分布相對來說是比較均勻的，它們的顆粒一般比較細小。 外來的主要是在鋼的熔煉、出鋼和澆鑄過程中，鋼液同耐火材料和爐渣相接觸，爐渣被卷入鋼液中 (特別是出鋼的時候 )，耐火材料在高溫受到?jīng)_蝕，它的顆?；烊脘撘褐?，這些情況都難以避免?；烊脘撘褐械哪突鸩牧虾蜖t渣顆粒通過與鋼液起化學反應(yīng)不斷在成分和結(jié)構(gòu)上發(fā) 生變化。這些顆粒，不論是剛剛被機械地帶入鋼液中的，還是經(jīng)歷了相當變化的，一旦被滯留到鑄件中，就變成了鋼中的夾雜物，這些就叫外來夾雜物。外來一般來說尺寸較大，外形不規(guī)則，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，只是偶然在這里或者那里出現(xiàn)。 2） 按化學成分 第一類夾雜物 —— 簡單氧化物 [30]。如 FeO， MnO，鈦、釩、妮的氧化物，Cr2O3， A12O3， SiO2等。 第二類夾雜物 —— 復(fù)雜氧化物。其中尖晶石類夾雜物通常用化學式 AOB2O3表示?；瘜W式中 A 表示二價金屬，如鎂、錳、鐵等， B 表示三價金屬，如鐵、鉻、鋁等。尖晶石類夾雜物為一大類氧化 物，如 MnOAl2O3， MnOCr2O3，MnOFe2O3， FeOAl2O3， FeOCr2O3， MgOA12O3等。鈣的鋁酸鹽如 CaOA12O3，CaO2A12O3 也屬于復(fù)雜氧化物。但不屬于尖晶石類夾雜物。 第 三 類 夾 雜 物 —— 硅 酸 鹽 及 硅 酸 鹽 玻 璃 。 通 用 化 學 式 可 寫 成 lFeOmMnO nA12O3P SiO2。它們一般是多成分的。既可以是單相的，也可以是多相的。在單相情況下，一般是玻璃態(tài)的。在用錳鐵、硅鐵和鋁進行脫氧而且加鋁量較少時出現(xiàn)各式各樣的硅酸鹽，如鐵硅酸鹽、鐵錳硅酸鹽、鐵錳鋁硅酸鹽 等。 第四類夾雜物 —— 硫化物。主要是 FeS， MnS： 此外，根據(jù)情況可能出現(xiàn)CaS、 TiS、稀土硫化物等。 第五類夾雜物 —— 氮化物。如 VN， TiN， AlN 等。 3） 按夾雜物粒度大小分 （ 1） 微觀夾雜 （ 2） 宏觀夾雜 微觀夾雜指的是粒度小于 50μm的夾雜，這類夾雜物一般為脫氧產(chǎn)物；粒度大于 50μm的稱作宏觀夾雜，這類夾雜與鋼中氧含量無直接關(guān)系，也說明宏觀夾雜并不是或不完全是由脫氧造成的。由此可見，以往那種認為連鑄坯凝固快，夾雜物來不及聚集，多呈細小分散狀態(tài)的觀點已不能全面反映連鑄坯夾雜物的實際狀況。 河北聯(lián)合大學輕工學院 4） 按熱 加工溫度下相對變形程度分 （ 1） 脆性：指那些不具有塑性的氧化物和氧化物玻璃。當鋼經(jīng)受熱加工變形時，這類的形狀和尺寸不發(fā)生變化，但分布有變化。氧化物夾雜在鋼錠中成群(簇 )出現(xiàn)；鋼經(jīng)熱加工變形后，氧化物顆粒沿鋼延伸方向排列成串，呈點鏈狀。屬于這類的有 Al2O3， Cr2O 尖晶石類氧化物、釩、鈦、鋯的氧化物以及一些高熔點的氧化物。特別是對硬線鋼來說，當鋼絲存在尺寸大于鋼絲直徑 2%的顆粒時就會導(dǎo)致鋼絲在拉拔過程中斷裂。 （ 2） 塑性：這些在鋼經(jīng)受熱加工變形時具有良好的塑性并沿著鋼塑性流變的方向延伸成條狀，屬于這類的 有硫化物、含 Si02量較低 (40%~60%)的鐵錳硅酸鹽和其中溶有 FeO， MnO， Al2O3的硅酸鈣和硅酸鎂等。 （ 3） 球狀 (點狀 )不變形：這類在鋼錠中或在鑄鋼中呈球形，鋼經(jīng)形變后保持球形不變。屬于這類的有 SiO含 SiO2 較高 (70%)的硅酸鹽、鈣的鋁酸鹽(CaOA12O3， CaO2A12O3)玻璃、純的硅酸鋁等。 （ 4） 半塑性：指各種復(fù)相的鋁硅酸鹽夾雜。基底鋁硅酸鹽玻璃一般在鋼經(jīng)受熱加工變形時具有塑性，但是在基底上分布的析出相晶體 (如剛玉、尖晶石類氧化物 )不具有塑性。當析出相的相對量較大時，脆性 的析出相好象是被一層范性相的膜包著。鋼經(jīng)熱變形后，塑性的相多少隨鋼變形延伸，而脆性的相不變形，仍保持原來形狀，只是或多或少地拉開了顆粒之間的距離。 鋼中非金屬夾雜物的控制 1） 要控制鋼中非金屬夾雜物一般情況下應(yīng)從兩個方面考慮： （ 1） 設(shè)法在冶煉和澆注過程中穩(wěn)定操作來減少夾雜物的產(chǎn)生，盡量減少外來夾雜對鋼水潔凈度的影響； （ 2） 利用先進的冶金技術(shù)對已存在的鋼中夾雜物如何更好的去除，以達到潔凈鋼生產(chǎn)的目的。 2） 為了生產(chǎn)高質(zhì)量的鋼種，我們主要在以下幾個方面對其鋼中夾雜物進行控制。 （ 1） 轉(zhuǎn)爐冶煉的控 制 在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，盡量減少 補吹 ，要嚴格控制 下渣量 ，以 降低轉(zhuǎn)爐終點的氧含量 ；對 轉(zhuǎn)爐 冶煉完的 渣 子中，應(yīng)適當提高其 MgO 含量和 渣的 堿度 ，并且保證 減少下渣 ；在轉(zhuǎn)爐出鋼時，應(yīng)嚴格 采取出鋼擋 渣制度 和爐渣 變 性 處理；在 轉(zhuǎn)爐出鋼過程中 應(yīng)進行 渣洗脫硫， 這樣可 降低鋼水硫含量 ，從而 抑制硫化物夾雜 得形成而污染鋼水； 利用渣洗過程中液態(tài)高堿度脫硫熔渣與鋼水重度差，促使熔渣在與鋼水充分接觸的同時 ， 從鋼水內(nèi)部不同層面 上 不斷上浮析出形成脫氧及脫硫產(chǎn)河北聯(lián)合大學輕工學院 物，為后續(xù)鋼水的鈣處理創(chuàng)造條件，促進鋼中夾雜物 變 性 。 （ 2） 精煉過程可采取的夾雜物控制 利用 真空吹氬攪拌來有效去除鋼中夾雜物；在精煉過程中，加入粉劑來去除鋼中有害雜質(zhì)；對鋼液中夾雜物要進行必要的變性處理；在造渣方面，應(yīng)造合適的精煉渣來有利于去除夾雜。 （ 3） 中間包可采取的控制措施 通過合理優(yōu)化中間包結(jié)構(gòu)及設(shè)置內(nèi)部擋墻的方法來保證鋼液在中間包內(nèi)有足夠的停留時間，使夾雜物能夠得到充分上??；由鋼包到中間包采用長水口，并且通過氬氣密封保護澆注，來減少鋼液暴露在大氣中而使鋼液得到污染；在開澆前，應(yīng)通過氬氣（或氮氣）對中包內(nèi)部進行清掃，以防止鋼液的二次氧化；中間包內(nèi)襯使用的耐火材料質(zhì)量應(yīng)當穩(wěn)定較好，及時更換中 包；通過中包底部吹氬氣來進一步促使夾雜物上??；使用的中間包覆蓋劑堿度要高，這樣易于吸收更多的夾雜物，造還原性中間包渣，使用堿性耐火材料，降低侵蝕。 鋼中低倍組織缺陷 1) 方框形偏析 偏析是鋼中化學成分及雜質(zhì)的不均勻分布現(xiàn)象（通常也稱液析）。在鋼錠結(jié)晶過程中出現(xiàn)有區(qū)域偏析，晶內(nèi)偏析、晶間偏析等。低倍檢驗所涉及的偏析是區(qū)域偏析，如方框形偏析、點狀偏析、碳化物偏析（碳化物剝落）等，而方框形偏析又是常見的。 ﹙ 1﹚特征： 在橫向酸浸試片上方框形偏析是組織不均勻致密的易腐蝕的“黑色方框”，“方框”的形狀由鋼錠 模的形狀決定。但由于鋼坯在熱加工時變形程度不同，方框也稍有變化。易腐蝕的暗色方框區(qū)域中主要是碳、硫、磷及合金元素的偏析。當偏析以合金元素為主時，方框形與基體主要是