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鋼鐵入門知識:不銹鋼材的原材料與生產工藝
發布者:管理員  發布時間:2022-1-7  閱讀:383次  來自:http://www.cdsmartem.com

生產鋼鐵所需要的原料分成四大類來分別討論:類討論的是各種含有鐵質的礦石原料;***類是煤和焦炭;第三類則討論在冶煉的過程中用來制造熔碴(slag)的熔劑(或稱助熔劑flux),如石灰石等;***一類是各種原料,如廢鋼料(scrap)、氧氣等。
三、鋼材的生產工藝
碳素鋼的定義及鋼中五元素
含碳2%以下的鐵碳合金稱為鋼。碳素鋼中的五元素是指化學成份中的主要組成物,即C、Si、Mn、S、P(碳、硅、錳、硫、磷)。其次是在煉鋼過程中不可避免地會混入氣體,含O、H、N(氧、氫、氮)。此外,用鋁-硅脫氧***工藝中,必然在鋼水中含有Al,當Als(酸溶鋁)≥0.020%時,還有細化晶粒的作用。
化學元素對鋼性能的影響
1、碳(C):鋼中含碳量增加,屈服點和抗拉強度升高,但塑性和沖擊性降低,當碳量0.23%超過時,鋼的焊接性能變壞,因此用于焊接的低合金結構鋼,含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力,在露天料場的高碳鋼就易銹蝕;此外,碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。
2、硅(Si):在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑,所以***鋼含有0.15-0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能***提高鋼的彈性極限,屈服點和抗拉強度,故***用于作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0-1.2%的硅,強度可提高15-20%。硅和鉬、鎢、鉻等結合,有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用,可制造耐熱鋼。含硅1-4%的低碳鋼,具有極高的導磁率,用于電器工業做矽鋼片。硅量增加,會降低鋼的焊接性能。
3、錳(Mn):在煉鋼過程中,錳是良好的脫氧劑和脫硫劑,一般鋼中含錳0.30-0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”,較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性,且有較高的強度和硬度,提高鋼的淬性,改善鋼的熱加工性能,如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳11-14%的鋼有極高的***性,用于挖土機鏟斗,球磨機襯板等。錳量,減弱鋼的抗腐蝕能力,降低焊接性能。
4、磷(P):在一般情況下,磷是鋼中有害元素,增加鋼的冷脆性,使焊接性能變壞,降低塑性,使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%,***鋼要求更低些。
5、硫(S):硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性,降低鋼的延展性和韌性,在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利,降低***性。所以通常要求硫含量小于0.055%,***鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫,可以改善切削加工性,通常稱易切削鋼。
6、鉻(Cr):在結構鋼和工具鋼中,鉻能***提高強度、硬度和***性,但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和***性,因而是不銹鋼,耐熱鋼的重要合金元素。
7、鎳(Ni):鎳能提高鋼的強度,而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的***能力,在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源,故應盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。
8、鉬(Mo):鉬能使鋼的晶粒細化,提高淬透性和熱強性能,在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力,發生變形,稱蠕變)。結構鋼中加入鉬,能提高機械性能。還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。
9、鈦(Ti):鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織致密,細化晶粒力;降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦,可避免晶間腐蝕。
10、釩(V):釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒,提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物,在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
11、鎢(W):鎢熔點高,比重大,是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和***性。在工具鋼加鎢,可***提高紅硬性和熱強性,作切削工具及鍛模具用。
12、鈮(Nb):鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性,提高強度,但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮,可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮,可防止晶間腐蝕現象。
13、鈷(Co):鈷是稀有的貴重金屬,多用于特殊鋼和合金中,如熱強鋼和磁性材料。
14、銅(Cu):武鋼用大冶礦石所煉的鋼,往往含有銅。銅能提高強度和韌性,特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產生熱脆,銅含量超過0.5%塑性***降低。當銅含量小于0.50%對焊接性無影響。
15、鋁(Al):鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁,可細化晶粒,提高沖擊韌性,如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能,鋁與鉻、硅合用,可***提高鋼的高溫不起皮性能和***腐蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
16、硼(B):鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能,提高強度。
17、氮(N):氮能提高鋼的強度,低溫韌性和焊接性,增加時效敏感性。
18、稀土(Xt):稀土元素是指元素周期表中原子序數為57-71的15個鑭系元素。這些元素都是金屬,但他們的氧化物很像“土”,所以習慣上稱稀土。鋼中加入稀土,可以改變鋼中夾雜物的組成、形態、分布和性質,從而改善了鋼的各種性能,如韌性、焊接性,冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土,可提高***性。
生產工藝
1、鋼鐵是怎樣煉成的?
煉鋼的主要任務是按所煉鋼種的質量要求,調整鋼中碳和合金元素含量到規定范圍之內,并使P、S、H、O、N等雜質的含量降至允許***之下。煉鋼過程實質上是一個氧化過程,爐料中過剩的碳被氧化,燃燒成CO氣體逸出,其它Si、P、Mn等氧化后進入爐渣中。S部份進入煉渣中,部份則生成SO2排出。當鋼水成份和溫度達到工藝要求后,即可出鋼。為了除去鋼中過剩的氧及調整化學成份,可以添加脫氧劑和鐵合金或合金元素。
2、轉爐煉鋼簡介
從魚雷車運來的鐵水經過脫硫、擋渣等處理后即可倒入轉爐中作為主要爐料,另加10%以下的廢鋼。然后,向轉爐內吹氧燃燒,鐵水中的過量碳被氧化并放出大量熱量,當探頭測得達到預定的低碳含量時,即停止吹氧并出鋼。一般在鋼包中需進行脫氧及調整成份操作;然后在鋼液表面拋上碳化稻殼防止鋼水被氧化,即可送往連鑄或模鑄工區。對要求高的鋼種可增加底吹氬、RH真空處理、噴粉處理(噴SI—CA粉及石灰)可以有效降低鋼中的氣體與夾雜,并有進一步降碳及降硫的作用。在這些爐外精煉措施后還可以***終微調成份,滿足***鋼材的需求。
3、初軋
模鑄鋼錠采取熱裝、熱送新工藝,進入均熱爐加熱,然后通過初軋機及鋼坯連軋機軋成板坯、管坯、小方坯等初軋產品,經過切頭、切尾、表面清理,(火焰清理、打磨)***產品則還需對初軋坯進行扒皮和探傷,檢驗合格后入庫。目前初軋廠的產品有初軋板坯、軋制方坯、氧氣瓶用鋼坯、齒輪用圓管坯、鐵路車輛用車軸坯及塑模用鋼等。初軋板坯主要供應熱軋廠作為原料;軋制方坯除部份外供,主要送往高速線材軋機作原料。由于連鑄板坯的***性,初軋板坯的需求量大為削減,因此轉向上述其它產品了。
4、熱連軋
用連鑄板坯或初軋板坯作原料,經步進式加熱爐加熱,高壓水除鱗后進入粗軋機,粗軋料經切頭、尾、再進入精軋機,實施計算機控制軋制,終軋后即經過層流冷卻(計算機控制冷卻速率)和卷取機卷取、成為直發卷。直發卷的頭、尾往往呈舌狀及魚尾狀,厚度、寬度精度較差,邊部常存在浪形、折邊、塔形等缺陷。其卷重較重、鋼卷內徑為760mm。(一般制管行業喜歡使用。)將直發卷經切頭、切尾、切邊及多道次的矯直、平整等精整線處理后,再切板或重卷,即成為:熱軋鋼板、平整熱軋鋼卷、縱切帶等產品。熱軋精整卷若經酸洗去除氧化皮并涂油后即成熱軋酸洗板卷。該產品有局部替代冷軋板的趨向,價格適中,深受廣大用戶喜愛。
5、冷連軋
用熱軋鋼卷為原料,經酸洗去除氧化皮后進行冷連軋,其成品為軋硬卷,由于連續冷變形引起的冷作硬化使軋硬卷的強度、硬度上升、韌塑指標下降,因此沖壓性能將惡化,只能用于簡單變形的零件。軋硬卷可作為熱鍍鋅廠的原料,因為熱鍍鋅機組均設置有退火線。軋硬卷重一般在6~13.5噸,鋼卷內徑為610mm。
一般冷連軋板、卷均應經過連續退火(CAPL機組)或罩式爐退火冷作硬化及軋制應力,達到相應標準規定的力學性能指標。
冷軋鋼板的表面質量、外觀、尺寸精度均優于熱軋板,且其產品厚度右軋薄至0.18mm左右,因此深受廣大用戶青睞。以冷軋鋼卷為基板進行產品的深加工,成為高附加值產品。如電鍍鋅、熱鍍鋅、耐指紋電鍍鋅、彩涂鋼板卷及減振復合鋼板、PVC復膜鋼板等,使這些產品具有美觀、高抗腐蝕等優良品質,得到了***應用。冷軋鋼卷經退火后進行精整,包括切頭、尾、切邊、矯平、平整、重卷、或縱剪切板等。冷軋產品***應用于汽車制造、家電產品、儀表開關、建筑、辦公家具等行業。鋼板捆包后的每包重量為3~5噸。平整分卷重一般為3~10噸/卷。鋼卷內徑610mm。
大部分鋼材加工都是通過壓力加工,使被加工的鋼(坯、錠等)產生塑性變形。根據鋼材加工溫度不同以分冷加工和熱加工兩種。鋼材的主要加工方法有:
軋制:將金屬坯料通過一對旋轉軋輥的間隙(各種形狀),因受軋輥的壓縮使材料截面減小,長度增加的壓力加工方法,這是生產鋼材***常用的生產方式,主要用來生產型材、板材、管材。分冷軋、熱軋。
鍛造:利用鍛錘的往復沖擊力或壓力機的壓力使坯料改變成我們所需的形狀和尺寸的一種壓力加工方法。一般分為自由鍛和模鍛,常用作生產大型材、開坯等截面尺寸較大的材料。
拉撥:是將已經軋制的金屬坯料(型、管、制品等)通過?桌瓝艹山孛鏈p小長度增加的加工方法大多用作冷加工。
擠壓:是將金屬放在密閉的擠壓筒內,一端施加壓力,使金屬從規定的?字袛D出而得到有同形狀和尺寸的成品的加工方法,多用于生產有色金屬材料。
6、鋼的力學性能
6.1拉力試驗
按標準制備的拉力試樣,安裝在拉力試驗機的夾頭內,對試樣緩慢施加單軸向拉伸應力,直至試樣被拉斷為止的試驗稱作拉力試驗。
6.1.1強度
金屬材料在外力作用下,抵抗變形和斷裂的能力叫強度。強度指標包括:比例極限、彈性極限、屈服強度、抗拉強度等。
6.1.2比例極限
對金屬施加拉力,金屬存在著力與變形成直線比例的階段,而這個階段的極限負荷Pp除以試樣的原橫截面積即為比例極限,用σp表示。
6.1.3彈性極限
金屬受外力作用發生了變形,外力去掉后,能完全恢復原來的形狀,這種變形稱為彈性變形。金屬能保持彈性變形的應力稱為彈性極限,用σe表示。
6.1.4抗拉強度
試樣拉伸時,在拉斷前所承受的負荷除以原橫截面積所得的應力,稱作抗拉強度,用σb表示。當材料所受的外應力大于其抗拉強度時,將會發生斷裂。因此σb越高,則表示它能承受愈大的外應力而不致于斷裂。
國外標準的結構鋼常按抗拉強度來分類,如SS400,其中400即表示σb的***小值為400MPa***強度鋼是指σb≥1373Mpa的鋼。
8、硬度試驗
金屬材料抵抗壓頭(淬硬的鋼球或具有1200圓錐或角錐的金剛石壓頭)壓陷表面的能力稱為硬度。根據試驗方法和適用范圍的不同,硬度可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度以及顯微硬度、高溫硬度等。
冶金產品常用的是布氏硬度和洛氏硬度。
9、企業標準(Q/BQB)
企標中的鋼號大致可分為三個來源:即從日本JIS標準、德國DIN標準移植及自行開發研制的鋼號。從日本JIS標準中移植來的鋼號,一般常為S(Steel);從DIN標準移植來的鋼號,一般常以ST開頭(Stahl德文中的“鋼”);寶鋼自行開發研制的鋼號,一般常以寶鋼的拼音B開頭。
10、結構用熱連軋、冷連軋鋼板及鋼帶
結構鋼一般按強度分類,在鋼號中的數字往往代表抗拉強度的***值。由于該類鋼常用于制作結構件,因此稱作為結構鋼。結構鋼的強化機制傾向于降碳增錳固溶強化鐵素體、細化珠光體和添加微合金的析出強化、沉淀強化和細晶強化,以確保在提高強度的同時仍保持較好的韌、塑指標并兼具良好的焊接性能。
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