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煉鋼基礎(chǔ)知識(shí)之影響鑄鋼性能的一些因素
一、鋼中常見(jiàn)雜質(zhì)元素的影響
鋼中常見(jiàn)的雜質(zhì)元素有P、S、H、N、O等。這些元素在一般情況下對(duì)鋼的性能起有害作用，但其中有的元素在特定的條件下，也能起有益的作用，成為特意加入的合金元素。這幾種雜質(zhì)元素的來(lái)源及其在鋼中的作用見(jiàn)表1—2。
表1—2 鋼中常見(jiàn)雜質(zhì)元素及其作用
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元素
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來(lái) 源
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作 用
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P
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煉鋼過(guò)程中
從爐料引入
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磷微溶于鋼中，當(dāng)鋼中含磷量，形成Fe 2P在晶粒周界析出，降低鋼的塑性和韌性，增加冷、熱裂傾向。
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S
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煉鋼過(guò)程中
從爐料引入
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1、硫在鋼中以FeS-Fe共晶體存在于鋼的晶粒周界，降低鋼的力學(xué)性能，優(yōu)制鋼含硫量一般應(yīng)限制在0.04%以下。
2、在機(jī)械制造中，有時(shí)為了改善某些鋼的切削加工性能，人為將含硫量提高，以形成硫化物，起中斷基體連續(xù)性的作用。
3、硫含量的提高，增加鑄件熱裂傾向。
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H
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煉鋼過(guò)程中鋼液從爐氣中吸收氫
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鋼液中氫的溶解度隨溫度升高而提高，在緩慢凝固條件下，氫以針孔形態(tài)析出?？焖倌虝r(shí)，析出氫在鐵的晶格內(nèi)造成高應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致脆性。
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N
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煉鋼過(guò)程中鋼液從爐氣中吸收氮
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1、鋼液中溶解的氮在凝固過(guò)程中因溶解度降低而析出，并與鋼中的Si、Al、Zr等元素化合，生成SiN、AlN 、ZrN等氮化物。少量氮化物能細(xì)化鋼的晶粒。氮休物多時(shí)，會(huì)使鋼的塑性和韌性降低。
2、氮屬于擴(kuò)大奧氏體區(qū)元素，在鋼中可部分代替鎳的作用，是鉻錳氮不銹鋼中的合金元素，，在超低碳不銹鋼中，可代替碳的作用，提高鋼的強(qiáng)度。
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O
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煉鋼過(guò)程中
鋼液被氧化
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1、鋼液中溶解的FeO 在凝固前溫度降低過(guò)程中與鋼液中的碳起反應(yīng)，生成一氧化碳?xì)馀荩阼T件中造成氣孔。
2、鋼液凝固過(guò)程中，FeO因溶解度下降而析出在鋼的晶粒周界處，降低鋼的性能。
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二、鋼中非金屬夾雜物的影響
鋼中的非金屬夾雜物包括氧化物、硫化物、硫氧化合物、硅酸鹽化合物及氮化物等。這些夾雜物的來(lái)源有外來(lái)的和自生的兩類(lèi)。外來(lái)的夾雜物包括在煉鋼過(guò)程中從爐料夾帶的不潔物，爐襯因經(jīng)常受侵蝕而脫落的耐火材料等。自生的夾雜物是在煉鋼過(guò)程中及鋼液澆注過(guò)程中，由于鋼液中元素氧化或發(fā)生其它化學(xué)反應(yīng)而生成的。夾雜物對(duì)鋼的力學(xué)性能有害，特別是對(duì)韌性的削弱作用較大。為減輕夾雜物的有害作用，可采取兩種途徑：
（1）清除夾雜物
如在煉鋼氧化期中，使鋼液良好地沸騰，藉以有效地清除夾雜物，并在出鋼后澆注前使用鋼液在鋼包中鎮(zhèn)靜一段時(shí)間（5~10min），使夾雜物自鋼液中上浮。采用爐外吹氬精煉，或?qū)撘哼^(guò)濾，都能有效地清除鋼液中的夾雜物。
（2）改善夾雜物形態(tài)
夾雜物對(duì)鋼削弱作用的程度依其形狀及分布狀況而定：帶尖角的多角形夾雜物在鋼中造成大的應(yīng)力集中，在外力作用下易形成裂紋源，而顆粒狀和球狀?yuàn)A雜則危害較小；條狀?yuàn)A雜物沿晶粒周界以網(wǎng)狀或斷續(xù)網(wǎng)狀分布時(shí)，對(duì)鋼的割裂作用較大，而呈島狀弧立分布的夾雜物的割裂作用較小。
如采用稀土合金對(duì)鋼液進(jìn)行處理，以使多角形氧化物和條狀硫化物為球狀的稀土硫氧化合物，就能降低夾雜物對(duì)鋼的削弱作用。
三、夾雜物含量在電爐鋼生產(chǎn)過(guò)程中的變化
1、爐料全熔化，夾雜物的含量較高。
2、氧化期，夾雜物的含量總趨勢(shì)下降。
3、還原期，加入預(yù)脫氧劑和合金，雜質(zhì)含量升高，后慢慢降低。
4、鎮(zhèn)靜：夾雜物上浮。
5、吹氬：氧化物、硫化物雜質(zhì)含量降低，但氮化物幾乎不變。
6、澆注：由于二次氧化，鋼水對(duì)澆注系統(tǒng)的沖刷，氧的析出并與其它元素發(fā)生反應(yīng)，夾雜物含量上升。
7、凝固：溫度下降，顯微偏析，枝晶的液體富集的溶質(zhì)元素易發(fā)生一系列反應(yīng)，形成氧化物、硫化物。