第3章 基本理論

河北聯(lián)合大學鋼鐵冶金學

煉鋼部分第三章基本理論脫碳反應脫磷反應脫硫反應鋼液中的氣體夾雜物去除3.1脫碳反應煉鋼熔池主要元素的氧化次序

Si→Mn→Cr→C→Fe→P→S（[Si]、[Mn]含量祥差不多或[%Si]＞[%Mn]時）碳焰上升的溫度決定于Si-C轉化溫度Tsi，T＜Tsi，C氧化的產物CO將被[Si]還原，發(fā)生下面反應：[Si]+2CO=（SiO2）+2[C]T＞Tsi時，生成的CO才能穩(wěn)定存在而不被還原。C在溶鐵中的溶解溶解性高溫下不熔化：3500℃升華在鋼水中溶解：Cs→[C]ΔG<0(1300~1800℃，1%C)溶解度Fe-C二元系：1500℃，5.15%多元系：其它元素的影響Si、S、P降低C的溶解度：FeSi不含CP25表2-16Cr、Mn、V提高C的溶解度：FeMn6%CFeCr7%C熱效應

碳溶解吸熱：Cs→[C]ΔGθ=5400?10.1Tcal·mol-1理論計算：0.10%2.8℃經驗值：0.10%5~10℃三．脫碳反應熱力學

碳與氣體氧：[C]+1/2{O}={CO}（一）ΔG=-139394-41.274TJ/molΔG1873=-216697J/mol碳與溶解氧：[C]+[O]={CO}（二）ΔG=-22186-38.386TJ/molΔG1873=-94082J/mol[C]+2[O]={CO2}（三）熔池含碳量高，CO2也是碳的氧化劑[C]+{CO2}=2{CO}（四）ΔG=-144758-129.577ΔG1873=-97909J/mol在煉鋼溫度下，只有當碳低于0.1時，氣相中CO2方能達到1%以上，所以推斷在煉鋼熔池中碳的氧化產物絕大多數(shù)為CO。平衡常數(shù)[C]+[O]={CO}

溫度℃150016001700K454419390lgKC=1160/T+2.003(1)lgKC=811/T+2.205

(2)lgKC=1860/T+1.643(3)

K隨溫度變化較小

脫碳是弱放熱反應碳氧積

K=PCO/(ac·ao)=PCO/([%C]·[%O])fC、

fO≈1

PCO≈1atm，K隨溫度變化小

碳氧積：m≈[%C]·[%O]≈1/K≈常數(shù)

一般來講，m值也具有化學反應平衡常數(shù)的性質，在一定溫度和壓力下應是一個常數(shù)，而與反應物和生成物的濃度無關系。如上所述因[C]+[O]={CO}反應的平衡常數(shù)隨溫度變化不大，所以在煉鋼過程中的溫度范圍內，熔池中[%O]和[%C]之間具有等邊雙曲線函數(shù)的關系。定義：在平衡條件下，鋼液中〔％C〕和〔％O〕的乘積

在實際熔池中，C、O未達到平衡

[％C]和[％O]的乘積必定大于碳氧積m

唐鋼實測：低碳區(qū)0.0032~0.0035（平衡值m=0.0025）碳氧積應用

C與O含量的關系：實際生產中基本規(guī)律保持不變

★C低O高★C高O低脫碳結果：鋼水中O含量上升兌鐵噴濺：[C]+[O]={CO}鐵水中C含量高過剩氧定義：與熔池中C平衡的氧含量和熔池內實際氧含量之差高碳區(qū)：O擴散為反應的限制條件，O富集少，過剩氧少低碳區(qū)：C擴散為反應的限制條件，O富集多，過剩氧多唐鋼150t轉爐測量結果碳含量%實測氧含量ppm平衡氧含量ppm過剩氧ppm0.080.04400800300600100200過剩氧過剩氧△[%O]的大小與脫碳反應動力學有關。脫碳速度大，則反應接近平衡，過剩氧值較小，反之，過剩氧就更大。且爐渣中的aFeO越高，實際[%O]也越高。過剩氧△[%O]隨含碳量而有不同，碳越低，[%O]越靠近平衡線。底吹轉爐在[C]≈0.03%時接近Pco=1atm的平衡曲線。底吹轉爐熔池氣泡中會有冷卻劑分解產物。按Pco=0.4atm考慮，而實際[%O]和平衡曲線更近，這是由于底吹法對熔池攪拌更為強烈的緣故。正因為熔池中[%C]和[%O]基本上保持著平衡的關系。[%C]高時，[%O]低。在[%C]高時增加供氧量只能提高脫碳速度，而不會增加熔池的[%O]；但是要使[%C]降低到很低的數(shù)值（<0.15—0.20）必須維持熔池中高的[%O]。[%C]低時，[%O]還與渣中aFeO，熔池溫度等有關。壓力對脫碳反應的影響

[C]·[O]=mPco[O]=Pco/[C]一定[C]下，Pco越高，[O]越低。因C—O反應產物為氣體CO和CO2，所以當溫度一定時，C—O平衡關系還要受Pco或總壓的影響。當Pco≠1時，C—O平衡關系如圖所示綜上所述，從熱力學條件考慮，影響脫碳反應的因素是：（１）大fc有利于脫碳；（２）增大fo和[%O]有利于脫碳；（３）降低氣相中CO的分壓能使脫碳反應順利進行；（４）溫度對脫碳反應的影響不大。三、Mn的氧化Mn的氧化與渣中FeO的關系Mn的氧化特點和經濟指標關系？操作好，終點Mn剩的多，加入的MnFe礦就少C、O關系：終點C高O低FeO多，利于化渣第二節(jié)脫磷反應一．冶煉脫磷的必要性P是有害元素：冷脆、塑性差★鋼種有P含量要求降低含量是消除其危害的唯一方式：Mn能控制S精煉不能脫磷：精煉為還原氣氛，無法脫磷出鋼及精煉回磷導致磷超標：要求進一步降低終點磷含量二．脫磷方式氧化脫磷：轉爐、電爐、鐵水預處理的主要方式還原脫磷：成本太高，處于研究階段（P110自學）三．造渣在脫磷中的必要性鐵水中P無法氧化成P2O5

1600℃，平衡常數(shù):4.4×10-8和2.8×10-10即使a[O]=0.23（飽和），在P2O5活度為1時，a[P]=3.6×106在常見P含量（0.100%）情況下，不會產生上述反應脫磷唯一方法：降低P2O5活度四．脫磷熱力學兩種理論離子理論

反映了脫磷實質：鋼中[O]使P氧化，渣中(O-2)降低P2O5活度生產應用不方便：不太直觀分子理論應用較多：方便直觀磷在鋼中是以[Fe3P]或[Fe2P]形式存在，為方便起見，均用[P]表示。煉鋼過程的脫磷反應是在金屬液與熔渣界面進行的，首先是[P]被氧化成（P2O5），而后與（CaO）結合成穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應式可表示為：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe]

從CaO-P2O5相圖中可以看出3CaO·P2O5為最穩(wěn)定，4CaO·P2O5次之?？梢哉J為存在于堿性渣中的應是3CaO·P2O5

。由于3CaO·P2O5和4CaO·P2O5的反應生成自由能值很相近，在熱力學分析時，有兩種磷酸鹽得出的結論基本上是一致的。在實驗室條件下，達到平衡時的反應產物通常是4CaO·P2O5

。脫磷反應平衡常數(shù)可表示為:

脫磷熱力學條件

溫度：低溫有利于脫磷

脫磷是放熱反應堿度：高堿度有利于脫磷增加渣中CaO含量堿度過高，導致爐渣變粘，不利于脫P★控制范圍：2.5~4.0磷分配系數(shù)Lp的試驗測定值影響脫磷反應的因素

煉鋼溫度的影響。脫磷反應是強放熱反應，如熔池溫度降低，脫磷反應的平衡常數(shù)KP增大，LP增大，因此，從熱力學觀點，低溫脫磷比較有利。但是，低溫不利于獲得流動性良好的高堿度爐渣。爐渣成分的影響。主要表現(xiàn)為爐渣堿度和爐渣氧化性的影響。P2O5屬于酸性氧化物，CaO、MgO等堿性氧化物能降低它的活度，堿度越高，渣中CaO的有效濃度越高，LP越大，脫磷越完全。但是，堿度并非越高越好，加入過多的石灰，化渣不好，爐渣變粘，影響流動性，對脫磷反而不利。

終點熔渣堿度與[P]的關系

熔渣中(FeO)含量對脫磷反應具有重要作用，渣中(FeO)是脫磷的首要因素。因為磷首先氧化生成P2O5，然后再與CaO作用生成3CaO·P2O5或4CaO·P2O5。作為磷的氧化劑，(FeO)可增大aFeO，而作為堿性氧化物可降低γP2O5，因此，隨著爐渣(FeO)含量增加，LP增大，促進了脫磷，但作為爐渣中的堿性氧化物(FeO)脫磷能力遠不及(CaO)，當爐渣中的(FeO)含量高到一定程度后，相當于稀釋了爐渣中(CaO)的濃度，這樣會使爐渣的脫磷能力下降。終點熔渣（TFe）和[P]的關系

金屬成分的影響。首先鋼液中應有較高的[O]，如果鋼液中[Si]、[Mn]、[Cr]、[C]含量高，則不利于脫磷，因此，只有與氧結合能力高的元素含量降低時，脫磷才能順利進行。此外，鋼液中各元素含量對[P]的活度有影響，但通常影響不太大。采用濺渣護爐技術，渣中MgO含量較高，要注意調整好熔渣流動性，否則對脫磷產生不利影響。

脫磷的條件：高堿度、高氧化鐵含量（氧化性）、良好流動性熔渣、充分的熔池攪動、適當?shù)臏囟群痛笤俊Ｃ摿谉崃W條件

FeO：存在最佳值

FeO對脫磷影響比較復雜FeO是脫磷的必要條件：P必須氧化脫除FeO有利于石灰熔化：促進堿度提高FeO稀釋CaO濃度：FeO和CaO都是渣中組成部分★綜合考慮：在R=2.5~4.0時，F(xiàn)eO15~20%磷分配系數(shù)Lp的試驗測定值脫磷熱力學條件

渣量：大渣量有利于脫磷在不降低CaO和FeO的前提下，降低了4CaO·P2O5濃度增加渣量措施：提高鐵水Si含量強化脫磷措施：多次造渣三高一低：

高堿度（2.5~4）

高氧化鐵（15～20%）

大渣量

低熔池溫度磷分配系數(shù)Lp的試驗測定值冶煉低P鋼注意的問題（1）盡量少下渣：冶煉時P脫到渣中，鋼包內加脫氧劑，鋼包渣中酸性氧化物增多,堿度變了；渣中的氧也必須脫除。擋渣操作—1t鋼3公斤渣（2）盡量清理上一爐的鋼包鋼包自開---鋼包內倒入引流砂，在鋼包水口呈二層結構，靠近鋼水為燒結層，下層原始層。鋼包下有滑動水口（通過上下兩個滑板，帶動流鋼口的開閉調節(jié)鋼水流量），側面有一個液壓線，滑板有一定使用壽命，多5、6次，少2、3次。（3）減少回P引起回P的原因有熔渣堿度或氧化鐵含量降低；石灰化渣不好；溫度過高都會引起回P。出鋼過程中由于脫氧合金加入不當，或出鋼下渣，或合金中P含量較高也會導致成品鋼P含量高。

由于脫氧，爐渣堿度、（FeO）含量降低，鋼包內有回磷現(xiàn)象，反應式如下：

2(FeO)+[Si]=(SiO2)+2[Fe](FeO)+[Mn]=(MnO)+[Fe]2(P2O5)+5[Si]=5(SiO2)+4[P](P2O5)+5[Mn]=5(MnO)+2[P]3(P2O5)+10[Al]=5(Al2O3)+6[P]避免鋼水回磷的措施：擋渣出鋼，盡量避免下渣；適當提高脫氧前的爐渣堿度；出鋼后向鋼包渣面加一定量石灰，增加爐渣堿度；盡可能采取鋼包脫氧，而不采取爐內脫氧；加入鋼包改質劑。煉鋼過程的脫磷反應是渣-金界面反應，對于脫磷反應的效果而言，除了磷容量、磷分配系數(shù)表述外，還有一個時間的概念，即脫磷速率。脫磷過程速率主要取決于[P]向反應界面的傳質和產物由界面向渣中的傳質。

（4）冶煉一爐高碳（0.65-0.8）低P鋼--硬線鋼：終點鋼一般控制0.01以下。煉出廢品？定的終點C值較高，渣中FeO氧化C，渣中P回到鋼水中。降低終點C，根據(jù)鋼種要求在鋼包內加C粉。2[P]+5[O]=(P2O5)(1)[C]+[O]=(CO)(2)2[P]+5(CO)=(P2O5)+5[C](3)由平衡常數(shù)公式得：lg[%P]=5lg[%C]+c有關操作的影響a，操作不當：冶煉中期造成爐渣返干冶煉中期是C的氧化期，渣中FeO會參與反應。爐渣返干？已融化的爐渣重新結塊的現(xiàn)象。如何看出？根據(jù)爐況即爐子跡象看爐口火焰：CO氣泡帶出金屬液，形成帶刺的火焰。b，爐溫不當.正常情況，溫度應平穩(wěn)上升，從脫P角度講，爐溫應上升的慢些。爐溫如何控制？中期不可能測溫，通過觀察爐口火焰判斷爐溫是否正常。冷卻劑：含氧材料，如鐵礦石、燒結礦或氧化鐵皮；c，石灰條件不好.石灰指標一般指石灰的活性，活性要在300以上。影響石灰活性的組織結構包括：體積密度、氣孔率、比表面積和CaO礦石的晶粒尺寸。石灰質量怎么看？大塊質量不好；冶煉超低P鋼的問題三脫裝置設備耗資較大轉爐雙聯(lián)法--先在一個轉爐脫P，再到另外轉爐正常冶煉。第三節(jié)脫硫反應一．脫硫方式元素脫硫意義：向鐵水或鋼液中直接加入脫硫元素，與熔池中的S形成不溶于鐵液的硫化物，從鐵液中排出Mg脫硫：用于鐵水脫S★唐鋼、宣鋼

1550℃Ca脫硫：用于鋼水脫S使用前必須深脫氧成本高，應用不多

普通鋼中加CaSi、BaCaSi用于深脫氧通常用于夾雜物變形，而非脫硫氧化物脫硫意義：在鋼水和鐵水中加入堿性氧化物直接脫硫

1550℃

Na2O應用少：

污染大；

侵蝕耐火材料鋼水脫硫TN噴粉：鋼包內★鞍鋼（已經淘汰）Q?BOP：底吹轉爐噴吹CaO鐵水預處理KR法：武鋼、京唐鐵水溝內加Na2O氣化脫硫意義：在爐氣中發(fā)現(xiàn)了S的氧化物SO2

鋼水直接氧化脫硫：不可行1400℃、3.0%C、0.07%S、PCO=1atm：平衡PSO2=3.82×10-12atm爐渣氣化脫硫渣中的S2-被氧氣氧化，形成氣態(tài)的硫化物而脫出(S2-)+3/2{O2}=(O2-)+{SO2}在轉爐中，氣化脫硫所占比例<10%爐渣脫硫：冶煉和精煉工序的主要手段二．爐渣脫硫能夠反映出脫硫本質：脫硫反應是電極反應能夠解釋純FeO能脫硫的現(xiàn)象：FeO能夠提供O2-

LS=0.5～1.5

最早：目前：(FeO)與[O]達到平衡時，兩式意義相同實際生產中FeO與O并未達到平衡一般認為，[O]直接參與脫硫反應（與離子理論一致）離子理論脫硫理論分子理論脫硫熱力學條件

溫度：

實際生產中高溫有利于脫硫脫硫反應是弱吸熱反應：108.2～128.0KJ/mol高溫改善了S的傳質：即動力學作用更顯著堿度：提高爐渣堿度有利于脫硫

高堿度提高了O2-Ca2+降低了S2-的活度[O]與(FeO)脫硫必須先脫氧：

鋼水脫氧是脫硫的前提條件從總體來看，高（%FeO）不利于脫硫★FeO對脫硫的影響取決于其含量FeO含量低：對脫硫影響顯著

高爐、LF及電爐還原期：FeO<1%FeO含量高：對脫硫幾乎沒有影響

轉爐、平爐、電爐氧化期：FeO>10%★FeO對脫硫具有雙重作用：FeO即能提供[O]，也能提供O2-FeO含量低：CaO提供O2-，F(xiàn)eO提供[O]FeO不利于脫硫FeO含量高：FeO同時提供O2-和

[O]FeO影響相互抵消渣量：增加渣量有利于脫硫增加渣量，降低S2-的活度合金成分：影響S的活度系數(shù)

★C、Si提供fs，Mn降低fs鐵水：C、Si含量高，

fs≈5，鐵水脫硫比鋼水脫硫容易★鐵水預脫硫具有較強的優(yōu)勢轉爐終點：C及Si含量低，

fs≈1，脫硫困難LF處理：高碳鋼容易脫硫低碳低硅鋼脫硫困難鐵水預脫硫的意義a，鐵水預脫硫可達95%以上，成本低，效率高。b，高爐內脫S率較高，因為它是還原性氣氛，經濟上不太合適，高爐內堿度在1.1左右，如果提高堿度，焦比提高，生產率下降。c，提高鋼的質量d，改善連鑄坯質量e，穩(wěn)定轉爐生產。鐵水預脫S方法（1）噴吹法—用噴槍插入鐵水罐噴脫S粉劑。

70%-90%爐次達標。寶鋼缺點：噴吹太多容易噴濺優(yōu)點：投資少，成本低粉劑有三類：石灰基---便宜，100/t

Mg基---貴，20w/tCaC2基—較貴，2000/t攪拌法—用外部包有耐火材料的鋼結構攪拌棒一邊攪拌鐵水，一邊往里撒脫S劑。裝置大，比噴吹法裝置貴效率穩(wěn)定—90%以上爐次達標成本上：設備的運轉和維修費，攪拌法貴一些脫S劑本身的價格，Mg基比石灰基貴很多

脫S渣中鐵珠的損失—這部分成本很大，Ca基比Mg基多很多三項加起來，Mg基最便宜，推廣的也最多扒渣裝置蓄渣劑—讓渣體積膨脹發(fā)泡劑—正在研究轉爐：氧化渣，LS=3~10，最高脫硫率40%，通常值25%

轉爐脫硫能力很差高爐：還原渣，

LS=30~80，通常值90%電爐：還原渣，

LS=30~50，通常值70%LF：還原渣，

LS=30~50，通常值70%三．爐渣脫硫計算

（P118自學）脫硫過程是屬于化學反應和擴散混合控制過程在煉鋼過程中，脫硫反應和脫磷反應相同，都是渣、鋼界面反應，脫硫反應的速率方程可表示為：1）當鋼水中硫的傳質系數(shù)km

很大，，此時硫的傳質阻力集中于爐渣:四．脫硫動力學2）如Ls一定，ks很大，即硫的傳質阻力集中于鋼水時，即，則脫硫速率方程為：硫在金屬液中的擴散為限制環(huán)節(jié)。提高脫硫速率的措施

反應界面積越大，脫硫速率就越快。熔池沸騰程度，渣鋼間的乳化狀況，噴吹攪拌的程度等均對渣、鋼界面的大小產生影響。爐渣粘度低、熔池活躍、鋼水和爐渣的含硫量差值大時，km、ks大，脫硫速率快。（提高熔池溫度將降低熔渣和鋼液粘度，增加S的擴散系數(shù)）爐渣堿度、爐渣氧化性和熔池溫度等操作工藝條件均對Ls產生影響，一切旨在提高Ls的措施均可促進脫硫反應。（高溫、高堿度、低氧化性）脫氧良好的鋼渣，使Ls增加，有利于改善脫硫。實際上，必須在深脫氧的基礎上，才能達到脫硫。生產中，鋼水的脫硫和脫氧是同時進行的，只是脫硫是界面反應，其速度比脫氧速度低一些。

第四節(jié)鋼液中的氣體一．氣體對鋼質量影響（自學）鋼中氣體：N、H存在形式：原子溶解二．N在鋼中溶解

溶解熱力學熱效應：吸熱反應高溫促進N溶解溶解度：服從西華特定律溶解度與N2及溫度分壓有關1600℃、N2分壓1atm，溶解度400ppm西華特定律忽略了合金元素的影響合金元素的影響★P91公式描述了各元素的影響與N親和力強的元素增加N溶解度：V、Nb、Cr、Zr、Ti間隙原子及與鋼液親和力強的元素降低N溶解度：C、Si、O、S

生產應用：?鐵水中N含量僅為40ppm

?高碳鋼、硅鋼含N較低：低碳鋼失效嚴重

?轉爐中前期底吹N2

?LF處理脫硫和脫氧后，鋼水容易吸氮三．H在鋼中溶解溶解熱力學熱效應：吸熱反應高溫促進H溶解溶解度：服從西華特定律

1600℃、H2分壓1atm，溶解度27ppm合金元素影響★P91公式描述了各元素的影響容易形成氫化物的元素，提高H溶解度：Ti、Ni、Zr、稀土與鐵結合力強的元素，降低H溶解度：C、Si、Al與鐵性質相近的元素，影響不大：Cr、Mn、MoN、H來源及對鋼性能的影響鋼中的氫主要來源于煉鋼用原材料，爐襯和澆注設備（如未烘干的爐襯，鋼包等）也是氫的來源之一。鋼中氫危害性極大，隨鋼中氫含量的增加，鋼的強度，特別是塑性和韌性顯著下降，使鋼變脆，稱為“氫脆”。氫還是鋼中“白點”產生的根本原因。所謂“白點”是存在于熱軋鋼坯和大鍛件內部的小裂縫。因其在鋼試樣的縱向斷口上多呈圓形的銀白色粗晶斑上，故稱“白點”，但其在酸浸后的橫向切片上，卻呈細小裂縫，故又名“發(fā)裂”?！鞍c”對鋼的性能有極不利的影響，主要表現(xiàn)在降低鋼的機械性能，零件淬火使會開裂?；蚴褂脮r裂紋發(fā)展造成嚴重事故，故白點是鋼材不允許存在的缺陷。鋼中的氮主要來源于氧氣、爐氣和所有加入金屬爐料（主要是含Cr、V、Ti等與氮有較強親和力的元素的廢鋼和鐵合金）。氧氣轉爐冶煉的鋼，其含氮量主要受氧氣純度的影響。鋼中的氮能增加鋼的實效硬化性，即含氮高的鋼，在室溫下長期放置，性能不斷變化，鋼的強度和硬度升高，塑性和沖擊性顯著下降。鋼中氮還是導致“藍脆”的主要原因。所謂“藍脆”是指在250～450℃這個溫度范圍內鋼的強度升高，沖擊韌性下降。由于鋼在這個溫度下加熱時，表面發(fā)藍，因而叫“藍脆”在一定條件下，氮作為一種重要的合金元素來應用。一般采用中間合金和滲氮方法加入鋼中。如高鉻鋼中加入氮，可提高其強度而不降低塑性；在不銹鋼中氮可增強其抗腐蝕的能力，對鋼部件進行表面滲氮處理。則可提高其耐磨性，抗腐蝕性和疲勞性能。減少鋼中氣體的措施西華特定律指出減少氣體的方向：降低分壓真空可降低壓強、吹Ar稀釋氣體a，原料要干燥、無油污。（石灰、廢鋼干燥，這點特別重要）b，耐火材料要干燥（澆注時，鋼包、中間包一低昂要干燥）c，減少容易吸氣的合金。（Ti、Ni、Nb、V等）注意：煉某些特殊鋼，恰恰可以利用合金元素吸氣的特點。d，盡量降低出鋼溫度。e，保護澆注（出鋼后盡量做到鋼液不與空氣接觸）轉爐鋼終點不用檢測氣體含量:CO氣泡是一個很好降低分壓的條件要檢測的是電爐鋼，因電爐的脫C量少出鋼時鋼液的吸氣量能滿足鋼種要求

f，強化脫氣：常壓下單純吹氬達不到要求，有效地脫氣裝置一定是真空+吹氬轉爐吹惰性氣體主要是均勻成分、均勻溫度H、O能有效控制在需要范圍可降到1ppmN還不行，經計算，N由60ppm降到10ppm需Ar13m3,最好技術在日本，N控制在10-20ppm，我國25-30ppm。解決N是一個前沿問題脫氣動力學脫氣環(huán)節(jié)原子從液相向氣液界面的傳質在氣液界面生產氣體分子氣體由氣液界面向氣相的溢出控制環(huán)節(jié)：原子在液相中的擴散過程加強攪拌：VD底吹Ar增加脫氣面積

第五節(jié)非金屬夾雜物一．概念定義：在鋼中以獨立相存在的非金屬化合物簡稱“夾雜物”潔凈鋼：夾雜物含量很少的鋼

純凈鋼：雜質含量很少的鋼（S、P、O、N、H、夾雜物）危害機理：破壞了鋼基體的連續(xù)性造成應力集中形成裂紋源

危害

危害為主增加脆性：應力集中降低韌性：裂紋源惡化疲勞性能：軸承損壞不利于冷加工：冷鐓鋼鐓裂擴大各向異性：MnS延長變形作用：通過有效控制，才能達到易切削鋼：MnS夾雜細化晶粒：AlN夾雜沉淀強化：VN夾雜促進晶粒取向：取向硅鋼夾雜物對性能影響脫氧和脫硫產物：脫氧合金化操作元素相互反應產物：澆注和凝固過程熔渣及耐火材料：卷渣和受侵蝕耐火材料鋼水元素的二次氧化產物：澆注過程二．夾雜物來源按化學成分分類氧化物固體鋼中的O以夾雜物形式存在

簡單氧化物：SiO2、MnO、FeO、Al2O3復雜氧化物：C2S、C12A7復合硅酸鹽：lFeO·mMnO·nAl2O3·pSiO2硫化物固體鋼中的S以夾雜物形式存在P111FeS、MnS、（Mn·Fe）S固熔體、CaS、稀土硫化物

Ⅰ類硫化物：圓球形，附著在氧化物表面（脫氧不良時）Ⅱ類硫化物：鏈狀，存在晶界MnS（凝固時產生）Ⅲ類硫化物：接近圓球形，單相硫化物CaS（Al脫氧良好）Ⅳ類硫化物：薄膜狀，晶界FeS膜（Mn含量低時）三．夾雜物種類

氮化物Fe4N、Fe2N、AlN、TiN（N及合金含量高時）特點：細小分散，含的絕對量比硫化物少。有兩方面影響，不完全是有害的，如微合金高強度化，其中一項為釩氮合金，N含量低可彌散于鋼中有助于細化晶粒。Nb也可細化晶粒，要求軋鋼裝備水平高。按來源分類外來夾雜：來自鋼水外部的物質

來源：爐渣耐火材料保護渣特點:

成分復雜：來源廣形狀不規(guī)則：容易區(qū)分顆粒大：危害大，多屬于大型夾雜含量少：與內生夾雜相比分布無規(guī)律：隨機

內生夾雜：鋼水內部脫氧或澆注產生的夾雜物

一次夾雜：脫氧合金化時脫氧產物，“原生夾雜”二次夾雜：脫氧合金化后至凝固前的脫氧產物三次夾雜：兩相區(qū)內因偏析而形成的夾雜，“凝固夾雜”四次夾雜：凝固后固相相變析出的夾雜特點：顆粒細?。何：^小分布均勻含量多：10~100個/mm2

形狀規(guī)律：與性質有關FeS薄膜、CaS球狀位置有規(guī)律：凝固夾雜在晶界

三次夾雜：選份凝固：遵循固相中成分和液相中成分比值是一個定值，這也叫分配系數(shù)，一般不變。分配系數(shù)都小于1，偏析指數(shù)是分配系數(shù)倒數(shù)，分配系數(shù)遠小于1不容易成分均勻，越接近于1越成分均勻。C的偏析是一個頭疼問題。一次、三次夾雜多，二次、四次少。一次量多可控制，三次多較難控制，由凝固條件決定。降低原始氧含量是減少鋼中夾雜物的有效措施按形態(tài)分類塑性夾雜：熱加工時沿加工方向延伸成條狀FeS、MnS、硅酸鹽（SiO2含量40~60%）脆性夾雜：在熱加工時不變形，沿加工方向破碎成鏈狀Al2O3、尖晶石MA、氮化物VN不變形夾雜：在熱加工時保持原狀SiO2、CaS、鋁酸鈣、硅酸鹽（SiO2含量>70%）按粒度分類大型夾雜：直徑>50μm顯微夾雜：直徑<50μm超顯微夾雜：直徑<1μm

按夾雜物形態(tài)塑性夾雜：加工時沿加工方向成條帶狀。如球形夾雜，MnSS對鋼材有害，普通鋼深脫S會增加成本；鋼材中Mn起固溶強化，可作為一種脫氧元素，還有生成MnS，避免危害。Mn/S大于20或25以上。Mn含量也不能太高，MnS熱加工時變成條狀，但這種危害比