煉鋼的基礎知識

煉鋼的基礎知識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範圍之內，並使P、S、H、O、N等雜質的含量降至允許限量之下。

基本介紹

• 中文名：煉鋼的基礎知識
• 酸溶鋁）：≥0。020%
• 碳：2%
• 主要任務：是按所煉鋼種的質量要求

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、矽、錳、硫、磷）。其次是在煉鋼過程中不可避免地 會混進氣體，含O、H、N（氧、氫、氮）。此外，用鋁—矽脫氧鎮靜工藝中，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。

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範圍之內，並使P、S、H、O、N等雜質的含量降至允 許限量之下。 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 等氧化後進進爐渣中。S部份進進 煉渣中，部份則天生SO2排出。當鋼水成份和溫度達到工藝要求後，即可出鋼。為了除往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。

轉爐煉鋼簡介

從魚雷車運來的鐵水經過脫硫、擋渣等處理後即可倒進轉爐中作為主要爐料，另加10% 以下的廢鋼。然後，向轉爐內吹氧燃燒，鐵 水中的過量碳被氧化並放出大量熱量，當探頭測得達到預定的低碳含量時，即停止吹氧 並出鋼。一般在鋼包中需進行脫氧及調整成份操縱；然後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粉及變性石灰）可以有效降低鋼中的氣體與夾雜，並有進一步降 碳及降硫的作用。在這些爐外精煉措施後還可以終極微調成份，滿足優質鋼材的需求。

初軋

模鑄鋼錠採取熱裝、熱送新工藝，進進均熱爐加熱，然後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）高品質產品則還需對初軋坯進行扒皮和探傷，檢驗合格後進庫。 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。 初軋板坯主要供給熱軋廠作為原料；軋制方坯除部份外供，主要送往高速線材軋機作原料。 由於連鑄板坯的先進性，初軋板坯的需求量大為削減，因此轉向上述其它產品了。

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，高壓水除鱗後進進粗軋機，粗軋料經切頭、尾、再進進精軋機，實施計算機 控制軋制，終軋後即經過層流冷卻（計算機控制冷卻速率）和卷取機卷取、成為直髮捲。直髮捲的頭、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。) 將直髮捲經切頭、 切尾、切邊及多道次的矯直、平整等精整線處理後，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往除氧化皮並塗油後即成熱軋酸洗板卷。該產品有局部替換冷軋板的趨向，價格適中，深受廣大用戶喜愛。 寶鋼新投資的一條熱軋酸洗線正在緊張建設中。

冷連軋

用熱軋鋼卷為原料，經酸洗往除氧化皮後進行冷連軋，其成品為軋硬卷，由於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，因此衝壓性能將惡化，只能用於簡單變形的零件。 軋硬卷可作為熱鍍鋅廠的原料，由於熱鍍鋅機組均設定有退 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）或罩式爐退火消除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、尺寸精度均優於熱軋板，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、彩塗鋼板卷及減振複合鋼板、PVC 復膜鋼板等，使這些產品具有美觀、高抗腐蝕等優良品質，得到了廣泛套用。 冷軋鋼卷經退火後必須進行精整，包括切頭、尾、切邊、矯平、平整、重卷、或縱剪下板等。冷軋產品廣泛套用於汽車製造、家電 產品、儀表開關、建築、辦公眾具等行業。鋼板捆包後的每包重量為3~5噸。平整分卷重一般為3~10噸/卷。鋼卷內徑610mm。

鋼的力學性能

拉力試驗

按標準製備的拉力試樣，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。

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。 7．1．2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，而這個階段的最大極限負荷Pp除以試樣的原橫截面積即為比例極限，用 σ P表示。

彈性極限

金屬受外力作用發生了變形，外力往掉後，能完全恢復原來的外形，這種變形稱為彈性變形。金屬能保持彈性變形的最大應力稱為 彈性極限，用σe表示。

抗拉強度

試樣拉伸時，在拉斷前所承受的最大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於其抗拉 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於斷裂。 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的最小值為400MPa超高強度鋼是指σb≥1373 Mpa的鋼。

屈強比

屈強比即屈服強度與抗拉強度之比值（σS/σb）。屈服比值越高，則該材料的強度愈高，屈強比值愈低則塑性愈佳，衝壓成形性愈好。如深沖鋼板的屈強比值為≤0.65。 彈簧鋼一般均在彈性極限範圍內服役，受載荷時不答應產生塑性變形，因此要求彈簧鋼經淬火、回火後具有儘可能高的彈性極限和 屈強比值（σS/σb≥0.90）此外疲憊壽命與抗拉強度及表面質量往往有很大關連。

塑性

金屬材料在受力破壞前可以經受永久變形的性能稱為塑性。塑性指標通常伸長率和斷面收縮率表示。伸長率與斷面收縮率越高，則 塑性越好。

衝擊韌性

用一定尺寸和外形的金屬試樣，在規定類型的衝擊試驗上受衝擊負荷折斷時，試樣刻槽處單位橫截面上所消耗的衝擊功，稱為衝擊 韌性以αk表示。 目前常用的10×10×55mm，帶2 mm深的V形缺口夏氏衝擊試樣，標準上直接採用衝擊功（J焦耳值）AK，而不是採用αK值。由於單位 面積上的衝擊功並無實際意義。 衝擊功對於檢查金屬材料在不同溫度下的脆性轉化最為敏感，而實際服役條件下的災難性破斷事故，往往與材料的衝擊功及服役溫 度有關。 因此在有關標準中經常規定某一溫度時的衝擊功值為多少 、還規定FATT（斷口面積轉化溫度）要低於某一溫度的技術條件。所謂FATT，即一組在不同溫度下的衝擊試樣沖斷後，對衝擊斷口進行評定，當脆性斷裂占總面積的50%時所對應的溫度。 由於鋼板厚度的影響，對厚度≤10mm的鋼板，可取得3/4小尺寸衝擊試樣（7.5×10×55mm）或1/2小尺寸衝擊試樣（5×10×55mm）。但是一定要留意，同規格及同一溫度下的衝擊功值才可相互比較。只有在標準規定的條件下，才可按標準的換算方法，折算 成標準衝擊試樣的衝擊功，再相互比較。

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範圍的不同，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。

寶鋼企業標準（Q/BQB）

寶鋼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製的鋼號。從日本JIS標準中移植來的鋼號，一般首位常為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”）；寶鋼自行開發研製的鋼號，一般首位常以寶鋼的拼音首位B開頭。

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最低值。由於該類鋼常用於製作結構件，因此稱作為結構鋼。結構鋼的強化機制傾向於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、沉澱強化和細晶強化，以確保在進步強 度的同時仍保持較好的韌、塑指標併兼具良好的焊接性能。

煉鋼的基本名詞解釋

造渣：調整鋼、鐵生產中熔渣成分、鹼度和粘度及其反應能力的操縱。目的是通過渣——金屬反應煉出具有所要求成分和溫度的金屬。例如氧氣頂吹轉爐造渣和吹氧操縱是為了天生有足夠活動性和鹼度的熔渣，以便把硫、磷降到計畫鋼種的上限以下，並使吹氧時噴濺和溢渣的量減至最小。

出渣：電弧爐煉鋼時根據不同冶煉條件和目的在冶煉過程中所採取的放渣或扒渣操縱。如用單渣法冶煉時，氧化末期須扒氧化渣；用雙渣法造還原渣時，原來的氧化渣必須徹底放出，以防回磷等。

熔池攪拌：向金屬熔池供給能量，使金屬液和熔渣產生運動，以改善冶金反應的動力學條件。熔池攪拌可藉助於氣體、機械、電磁感應等方法來實現。

電爐底吹：通過置於爐底的噴嘴將N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等氣體根據工藝要求吹進爐內熔池以達到加速熔化，促進冶金反應過程的目的。採用底吹工藝可縮短冶煉時間，降低電耗，改善脫磷、脫硫操縱，進步鋼中殘錳量，進步金屬和合金收得率。並能使鋼水成分、溫度更均勻，從而改善鋼質量，降低本錢，進步生產率。

熔化期：煉鋼的熔化期主要是對平爐和電爐煉鋼而言。電弧爐煉鋼從通電開始到爐料全部熔清為止、平爐煉鋼從兌完鐵水到爐料全部化完為止都稱熔化期。熔化期的任務是儘快將爐料熔化及升溫，並造好熔化期的爐渣。

氧化期和脫炭期：普通功率電弧爐煉鋼的氧化期，通常指爐料溶清、取樣分析到扒完氧化渣這一工藝階段。也有以為是從吹氧或加礦脫碳開始的。氧化期的主要任務是氧化鋼液中的碳、磷；往除氣體及夾雜物；使鋼液均勻加熱升溫。脫碳是氧化期的一項重要操縱工藝。為了保證鋼的純淨度，要求脫碳量大於0.2%左右。隨著爐外精煉技術的發展，電弧爐的氧化精煉大多移到鋼包或精煉爐中進行。

精煉期：煉鋼過程通過造渣和其他方法把對鋼的質量有害的一些元素和化合物，經化學反應選進氣相或排、浮進渣中，使之從鋼液中排除的工藝操縱期。

還原期：普通功率電弧爐煉鋼操縱中，通常把氧化末期扒渣完畢到出鋼這段時間稱為還原期。其主要任務是造還原渣進行擴散、脫氧、脫硫、控制化學成分和調整溫度。目前高功率和超功率電弧爐煉鋼操縱已取消還原期。

爐外精煉：將煉鋼爐（轉爐、電爐等）中初煉過的鋼液移到另一個容器中進行精煉的煉鋼過程，也叫二次冶金。煉鋼過程因此分為初煉和精煉兩步進行。初煉：爐料在氧化性氣氛的爐內進行熔化、脫磷、脫碳和主合金化。精煉：將初煉的鋼液在真空、惰性氣體或還原性氣氛的容器中進行脫氣、脫氧、脫硫，往除夾雜物和進行成分微調等。將煉鋼分兩步進行的好處是：可進步鋼的質量，縮短冶煉時間，簡化工藝過程並降低生產本錢。爐外精煉的種類很多，大致可分為常壓下爐外精煉和真空下爐外精煉兩類。按處理方式的不同，又可分為鋼包處理型爐外精煉及鋼包精煉型爐外精煉等。

鋼液攪拌：爐外精煉過程中對鋼液進行的攪拌。它使鋼液成分和溫度均勻化，並能促進冶金反應。多數冶金反應過程是相界面反應，反應物和天生物的擴散速度是這些反應的限制性環節。鋼液在靜止狀態下，其冶金反應速度很慢，如電爐中靜止的鋼液脫硫需30～60分鐘；而在爐精煉中採取攪拌鋼液的辦法脫硫只需3～5分鐘。鋼液在靜止狀態下，夾雜物上浮除往，排除速度較慢；攪拌鋼液時，夾雜物的除往速度按指數規律遞增，並與攪拌強度、類型和夾雜物的特性、濃度有關。

鋼包餵絲：通過餵絲機向鋼包內餵進用鐵皮包裹的脫氧、脫硫及微調成分的粉劑，如Ca-Si粉、或直接餵進鋁線、碳線等對鋼水進行深脫硫、鈣處理以及微調鋼中碳和鋁等成分的方法。它還具有清潔鋼水、改善非金屬夾雜物形態的功能。

鋼包處理：鋼包處理型爐外精煉的簡稱。其特點是精煉時間短（約10～30分鐘），精煉任務單一，沒有補償鋼水溫度降低的加熱裝置，工藝操縱簡單，設備投資少。它有鋼水脫氣、脫硫、成分控制和改變夾雜物形態等裝置。如真空循環脫氣法（RH、DH），鋼包真空吹氬法（Gazid），鋼包噴粉處理法（IJ、TN、SL）等均屬此類。

鋼包精煉：鋼包精煉型爐外精煉的簡稱。其特點是比鋼包處理的精煉時間長（約60～180分鐘），具有多種精***能，有補償鋼水溫度降低的加熱裝置，適於各類高合金鋼和特殊性能鋼種（如超純鋼種）的精煉。真空吹氧脫碳法（VOD）、真空電弧加熱脫氣法（VAD）、鋼包精煉法（ASEA-SKF）、封閉式吹氬成分微調法（CAS）等，均屬此類；與此類似的還有氬氧脫碳法（AOD）。

惰性氣體處理：向鋼液中吹進惰性氣體，這種氣體本身不參與冶金反應，但從鋼水中上升的每個小氣泡都相當於一個“小真空室”（氣泡中H2、N2、CO的分壓接近於零），具有“氣洗”作用。爐外精煉法生產不鏽鋼的原理，就是套用不同的CO分壓下碳鉻和溫度之間的平衡關係。用惰性氣體加氧進行精煉脫碳，可以降低碳氧反應中CO分壓，在較低溫度的條件下，碳含量降低而鉻不被氧化。

預合金化：向鋼液加進一種或幾種合金元素，使其達到成品鋼成分規格要求的操縱過程稱為合金化。多數情況下脫氧和合金化是同時進行的，加進鋼中的脫氧劑一部分消耗於鋼的脫氧，轉化為脫氧產物排出；另一部則為鋼水所吸收，起合金化作用。在脫氧操縱未全部完成前，與脫氧劑同時加進的合金被鋼水吸收所起到的合金化作用稱為預合金化。

成分控制：保證成品鋼成分全部符合標準要求的操縱。成分控制貫串於從配料到出鋼的各個環節，但重點是合金化時對合金元素成分的控制。對優質鋼往往要求把成分精確地控制在一個狹窄的範圍內；一般在不影響鋼性能的條件下，按中、下限控制。

增矽：吹煉終點時，鋼液中含矽量極低。為達到各鋼號對矽含量的要求，必須以合金料形式加進一定量的矽。它除了用作脫氧劑消耗部分外，還使鋼液中的矽增加。增矽量要經過正確計算，不可超過吹煉鋼種所答應的範圍。終點控制：氧氣轉爐煉鋼吹煉終點（吹氧結束）時使金屬的化學成分和溫度同時達到計畫鋼種出鋼要求而進行的控制。終點控制有增碳法和拉碳法兩種方法。

出鋼：鋼液的溫度和成分達到所煉鋼種的規定要求時將鋼水放出的操縱。出鋼時要留意防止熔渣流進鋼包。用於調整鋼水溫度、成分和脫氧用的添加劑在出鋼過程中加進鋼包或出鋼流中。