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铁合金主要用来作为炼钢过程中的脱氧剂、合金剂。
脱氧剂
炼钢时需要添加一些与氧结合力比较强,且其氧化物又能顺利的从钢和金属材料液中排除,从而使钢和金属材料液中的氧含量降低。
•常用的脱氧剂有硅铁、锰铁、铝铁、硅钙(铁)、硅锰(铁)、硅钡(铁)、硅铝(铁)等。
合金剂
•在碳素钢中加入各种铁合金调整其化学成份,可生产出各种合金钢和新金属材料。
•常用的合金剂主要有:
硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钨铁、钛铁、铌铁、钒铁、镍铁等。
另外,在铁合金自身生产中也需要其他品种的铁合金还原或调整成分,如硅铁可以用为锰铁、钼铁的
还原剂;
炭素铬铁是冶炼硅铬合金的主要原料,而硅铬合金又是低微铬铁的主要原料。
铁合金在其他领域如在焊接工业中,锰铁粉、钨铁粉、钼铁粉等是特种焊条的主要原料。
炼钢工艺
根据所炼钢种的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围,并使其它元素的含量减少或增加到规定范围的过程.简单地说,是对生铁降碳、去硫磷、调硅锰含量的过程.这一过程基本上是一个氧化过程,是用不同来源的氧(如空气中的氧、纯氧气、铁矿石中的氧)来氧化铁水中的碳、硅、锰等元素.化学反应主要是:
2Fe2O3+3C==高温==4Fe+3CO2
可以扩展:
2FexOy+yC==高温==2xFe+yCO2
C+Fe3O4都生成CO因为该反应碳过量,即使有CO2生成也会与多的碳反应生成CO
故CO+Fe3O4生成CO2
2FeO+Si==2Fe+SiO2FeO+Mn==Fe+MnO
反应生成的一氧化碳很容易从铁水排至炉气中而被除掉.生成的二氧化硅、氧化锰、氧化亚铁互相作用成为炉渣浮在钢水面上.生铁中硫、磷这两种元素在一般情况下对钢是有害的,在炼钢过程中必须尽可能除去.在炼钢炉中加入石灰(CaO),可以去除硫、磷:
2P+5FeO+3CaO5Fe+Ca2(PO4)2(入渣)
在使碳等元素降到规定范围后,钢水中仍含有大量的氧,是有害的杂质,使钢塑性变坏,轧制时易产生裂纹.故炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂(例如锰铁、硅铁和铝等),以除去钢液中多余的氧:
Mn+FeOMnO+FeSi+2FeOSiO2+2FeAl+3FeOAl2O3+3Fe
同时调整好钢液的成分和温度,达到要求可出钢,把钢水铸成钢锭.
钢的熔点是1513度,是凭据炼钢的质料来说的,并不一定,有些是13001400的,但总是要比铁高的。
转炉炼钢,其工艺流程:
铁水倒入炉内-下降氧枪吹氧-加散状料,如石灰、矿石-提枪停止吹氧-取样测温,当钢水温度达到规定值时-倒炉,倒出钢水至钢包-在钢包中加入铁合金-取样,分析成分,直到钢水成分满足要求-将钢包运到下一个工序。
整个炼钢过程结束。
当钢水温度未达到规定值,又下降氧枪吹氧,这叫做“补吹(炼钢术语)”,直到温度达到规定值。
尾气的主要成分是CO、CO2,有2种处理方式:
1、将合格的尾气收入煤气柜存储,再利用。
2、将不合格的尾气放入烟囱燃烧尽,排入大气中。
这种炼钢法使用的氧化剂是氧气。
把空气鼓入熔融的生铁里,使杂质硅、锰等氧化。
在氧化的过程中放出大量的热量(含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度),可使炉内达到足够高的温度。
因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。
转炉炼钢是在转炉里进行。
转炉的外形就像个梨,
内壁有耐火砖,炉侧有许多小孔(风口),压缩空气从这些小孔里吹炉内,又叫做侧吹转炉。
开始时,转炉处于水平,向内注入1300摄氏度的液态生铁,并加入一定量的生石灰,然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。
这时液态生铁表面剧烈的反应,使铁、硅、锰氧化(FeO,SiO2,MnO,)生成炉渣,利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用,使反应遍及整个炉内。
几分钟后,当钢液中只剩下少量的硅与锰时,碳开始氧化,生成一氧化碳(放热)使钢液剧烈沸腾。
炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。
最后,磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。
磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙,一起成为炉渣。
当磷于硫逐渐减少,火焰退落,炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时,表明钢已炼成。
这时应立即停止鼓风,并把转炉转到水平位置,把钢水倾至钢水包里,再加脱氧剂进行脱氧。
整个过程只需15分钟左右。
如果空气是从炉低吹入,那就是低吹转炉。
随着制氧技术的发展,现在已普遍使用氧气顶吹转炉(也有侧吹转炉)。
这种转炉吹如的是高压工业纯氧,反应更为剧烈,能进一步提高生产效率和钢的质量。
不锈钢的冶炼轧制,
是在碳素钢的基础上添加一定含量的铬元素冶炼制成的。
所需要的最低铬含量美国、欧洲标准中规定为不小于10.5%(质量分数,后同),日本工业标准规定一般不小于约11%,我国一般认为不小于12%。
除铬外,常用的合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等,以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。
全球红土镍矿的分布
目前,全球已探明的镍储量约为1.6亿吨,其中硫化矿约占30%,红土镍矿约占70%。
我国镍矿资源储量中70%集中在甘肃,其次分布在新疆、云南、吉林、四川、陕西和青海和湖北7个省,合计保有储量占全国镍资源总储量的27%。
不锈钢知识培训(概念、分类及不同系的用途)
不锈钢概念:
所有金属都和大气中的氧气进行反应,在表面形成氧化膜。
不幸的是,在普通碳钢上形成的氧化铁继续进行氧化,使锈蚀不断扩大,最终形成孔洞。
可以利用油漆或耐氧化的金属(例如,锌,镍和铬)进行电镀来保护碳钢表面,但是,正如人们所知道的那样,这种保护仅是一种薄膜。
如果保护层被破坏,下面的钢便开始锈蚀。
铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素,当钢中含铬量达到12%左右时,铬与腐蚀介质中的氧作用,在钢表面形成一层很薄的氧化膜(自钝化膜),可阻止钢的基体进一步腐蚀。
不锈耐酸钢是由不锈钢和耐酸钢两大部分组成的,简言之,能抵抗大气腐蚀的钢叫不锈钢,而能抵抗化学介质腐蚀的钢叫耐酸钢。
不锈钢是20世纪冶金史上的一大发明,他是在碳素钢的基础上添加一定含量的铬元素冶炼制成的。
不锈钢之所以具有不锈性,关键是由于钢中含有铬。
由于铬的影响,在腐蚀介质的作用下,钢件表面生成一层坚固致密的氧化物膜,称作“钝化膜”。
这层膜使金属与外界的介质隔离,阻止金属被进一步腐蚀;
并且还具有自我修复的能力,如果一旦遭到破坏,钢中的铬会与介质中的氧重新生成钝化膜,继续起保护作用。
不锈钢的不锈性,还与使用环境有关,不同的环境,要使用含铬量不同的不锈钢。
含铬量的高低是决定不锈钢性能的根本因素。
所以,没有铬就没有不锈钢,而一般的碳素钢和含铬的不锈钢都是具有磁性的物质。
不锈钢分为五大类:
奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体—铁素体双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。
其中只有奥氏体不锈钢和一部分沉淀硬化不锈钢(奥氏体沉淀硬化不锈钢)是无磁的,不能用吸铁石吸住;
而其他类型的不锈钢都是有磁性的,可以用吸铁石吸住。
在空气、水、蒸汽等弱腐蚀介质中不生锈的钢是不锈钢,在酸、碱、盐溶液等强腐蚀介质中耐腐蚀的钢是耐蚀钢,不锈钢未必耐蚀,耐蚀钢一定不锈。
一般说来,含硌量Wcr大于12%的钢就具有了不锈钢的特点。
不锈钢按热处理后的显微组织又可分为五大类:
铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢及沉淀碳化不锈钢。
铁合金是炼钢和铸钢的重要原料,在炼钢和铸造时用作脱氧剂,脱硫剂和合金添加剂。
不锈钢设备制作过程中会出现表现损伤,缺陷以及一些影响表面的物质,如:
粉尘、浮铁粉或嵌入的铁,热回火色和其它氧化层、锈斑、研磨毛刺、焊接引弧斑痕、焊接飞溅、焊剂、焊接缺陷、油和油脂、残余粘合剂和油漆、粉笔和标记笔印等。
绝大多数都是因为忽略了它们的有害影响而不重视或做得不好。
但是,它们对氧化保护膜有着潜在的危害。
保护膜一旦被损坏,被减薄或用其它方法使之改变,下面的不锈钢就会开始腐蚀。
腐蚀一般不是遍及整个表面,而是在缺陷处或其周围。
这种局总腐蚀通常会为点蚀或缝隙腐蚀,这两种腐蚀会向深度和广度发展,而大部分表面不受侵蚀。
不锈钢的分类
一、按照金属晶体排列分铁素体、奥氏体、马氏体三大类
固态金属及合金都是晶体,即在其内部原子是按一定规律排列的,排列的方式一般有三种即:
体心立方晶格结构、面心立方晶格结构和密排六方晶格结构。
金属是由多晶体组成的,它的多晶体结构是在金属结晶过程中形成的。
组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构:
910℃以下为具有体心立方晶格结构的α——铁,910℃以上为具有面心立方晶格结构的Υ——铁。
如果碳原子挤到铁的晶格中去,而又不破坏铁所具有的晶格结构,这样的物质称为固溶体。
碳溶解到α——铁中形成的固溶体称铁素体,它的溶碳能力极低,最大溶解度不超过0.02%。
而碳溶解到Υ——铁中形成的固溶体则称奥氏体,它的溶碳能力较高,最高可达2%。
奥氏体是铁碳合金的高温相。
钢在高温时所形成的奥氏体,过冷到727℃以下时变成不稳定的过冷奥氏体。
如以极大的冷却速度过冷到230℃以下,这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可能,奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的α固溶体,称为马氏体。
由于含碳量过饱和,引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低,脆性增大。
不锈钢的耐蚀性主要来源于铬。
实验证明,只有含铬量超过12%时钢的耐蚀性能才会大大提高,因此,不锈钢中的含铬量一般均不低于12%。
由于含铬量的提高,对钢的组织也有很大影响,当铬含量高而碳含量很少时,铬会使铁碳平衡,图上的Υ相区缩小,甚至消失,这种不锈钢为铁素体组织结构,加热时不发生相变,称为铁素体型不锈钢。
当含铬量较低(但高于12%),碳含量较高,合金在从高温冷却时,极易形成马氏体,故称这类钢为马氏体型不锈钢。
镍可以扩展Υ相区,使钢材具有奥氏体组织。
如果镍含量够多,使钢在室温下也具有奥氏体组织结构,则称这种钢为奥氏体型不锈钢。
奥氏体不锈钢(众多300系列牌号、200系列牌号)往往无磁性(加工后或有弱磁性),
铁素体不锈钢(众多400系列牌号)、双相不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢都带有磁性。
二、按成分可分为
Cr-Mn-Ni(200系列)Cr-Ni系(300系列)、Cr系(400系列)、析出硬化系(600系列)
200系列—铬-镍-锰奥氏体不锈钢
201、202与304化学成份对比:
钢种
%C
%Mn
%P
%S
%Si
%Cr
%Ni
%Cu
%N
JSLAUS(202)
0.08
7.0-8.0
0.07
0.01
0.7
14.5-15.5
4.0-4.2
1.5-2.0
0.1
最大
J4(201)
8.5-10
0.09
0.03
0.75
15.0-16.0
0.8-1.2
0.2
304
2.0
0.045
18.0-20.0
8.0-10.5
-
201系列中主要看镍含量的,L1是1个镍LH是0.3个镍
镍价的波动促使许多的生产商寻求另一种与AISI304性能相同的奥氏体不锈钢替代产品。
在20世纪30年代初,生产出了最初的铬锰(Cr—Mn)奥氏体不锈钢,钢中锰元素取代了部分镍。
此后,对具体的成分比例进行了更多的研究,使用了氮(N)和铜(Cu),控制强烈影响材料性能的元素碳(C)和硫(S)。
200系列不锈钢的应用在印度所以成功,是由于在一些特定的用途中有可能替代304不锈钢,而且没有危险。
与此相反,在其他地方,在市场上售处的200系列不锈钢几乎没有控制硫、碳含量、存在着损害终端用户和不锈钢形象的风险。
型号
标准号
Cr
Ni
Mn
N
C
S
其它
201
S20100
16.0~18.0
3.5~5.5
5.5~7.5
0.25最大
0.15最大
0.030最大
20lLN
S20153
16.0~17.5
4.0~5.0
6.4~7.
1.0~0.25
0.03最大
0.015最大
Cu1.0最大
202
S20200
17.0~19.0
4.0~6.0
7.5~10.0
204L
S20400
15.0~17.0
1.5~3.0
7.0~9.0
0.15~0.3
S20430
l5.5~17.5
1.5~3.5
6.5~9.0
0.05~0.25
Cu2.0~4.0
205
S20500
15.5~17.5
14.0~15.5
0~32~0.40
0.12~0.25
214
S21400
17.0~18.5
1.0最大
14.0~16.0
0.35最大
0.12最大
216
S21600
17.5~22.0
5.0~7.0
7.5~9.0
0.25~0.5
0.08最大
Mo2.0~3.0
S24000
l7.0~19.0
2.25~3.75
l1.5~14.5
0.2~0.4
S32001
19.5~21.5
1.0~3.0
4.0~6.0
0.05~0.17
EN1.4371
16.0~17.0
6.0~8.0
0.15~0.20
EN1.4372
EN1.4373
7.5~10.5
J1
印度
7.0~8.0
≤0.08
≤0.03
Cu0.8~1.2
J4
l5.0~16.0
0.8~1.2
8.5~10.0
≤0.20
≤0.1
Cu1.5~2.0
200系不锈钢目前在市场中广泛应用,主要有LA、LH、L1、L4、ASTM201、ASTM202、D7以及D11等。
这些钢种的具体成分如下,根据相关的化学成分计算出来的Md30(℃)和层错能SFE在表格中体现:
钢种
Si
P
Cu
MD30
SFE
备注
LA
0.077
0.49
9.94
0.035
0.001
0.67
14.56
1.1
0.144
113.074
44.059
联众
LH
0.088
0.51
9.95
0.041
0.002
0.35
14.45
1.37
0.154
106.064
45.258
L1
0.073
0.61
9.3
0.046
1.12
14.41
1.43
0.148
96.589
45.285
L4
0.045
0.5
7.93
4.12
14.65
1.45
0.065
69.112
47.356
201实际
0.09
0.6
7
0.01
0.003
3.6
16.1
0.15
52.93
32.458
ASTM
202实际
9.5
0.02
4.1
17.2
0.13
12.35
40.558
D-7
0.07
0.57
5.78
0.034
2.42
17.16
2.43
0.1
44.656
40.920
NTK
D-11
0.06
5.69
0.032
17.34
2.15
21.163
41.211
ASTM304
0.05
0.45
8.02
18.1
-11.9
21.414
Md30(℃):
在原料上施加30%truestrain时,生成50%形变martensite(α’)的温度。
此温度越高(LowNi%),γ相的稳定性低,生成martensite量越多。
为了确保产品的成形性,304钢管理范围一般是-5±
10℃。
SFE:
此数值高的材料变形时因交叉Slip发生,成形时加工硬化度低,所以加工性提高。
Cu大约比Ni的SFE高2倍。
从上表中的Md30的数据进行分析:
随着Ni和Cu的含量增加,钢种的Md30减小,有利于不锈钢的加工;
从上表中的SFE的数据进行分析,随着Ni、Cu和Mn的含量增加,有利于不锈钢的加工。
2、力学性能:
YS
TS
HV
EL
抗弯性
(R=t,180°
)
407
880
230
46
无裂缝
408
895
220
48
385
790
223
51
343
665
190
390
720
210
45
356
680
183
50
409
727
360
691
180
47
320
165
62
从上表中可以得知:
EL的数值大的钢种有利于加工。
3、200系不锈钢的用途
(1)公共饮食业和食品加工:
JSLAUS(202)深冲器皿、滤水器、储藏器、牛奶罐、水槽。
J4(201)浅/中冲拉加工器皿、餐具、保温瓶、水槽、狗盆等。
(2)耐用消费品
JSLAUS(202)洗衣机桶、微波炉、洗碗机。
J4(201)钢制家具、水果盆、花瓶、礼品、煤气炉。
(3)建筑
JSLAUS(202)门窗框架、柱子的包层、公车站、电话亭、管道、装饰管。
J4(201)栏杆、户外家具、门把手、管道、装饰管等。
(4)汽车、铁路和交通
JSLAUS(202)、J4(201)汽车、轮胎盖子、雨刮、配件等。
200系列奥氏体不锈钢拥有良好的强度,可塑性和抗锈能力。
JSLAUS(202)可用于特别深冲的产品,
而J4(201)可用于深冲产品。
这些钢种在印度和其它国家经过频繁的测试,证明在温和的环境下抗锈能力可以和304媲美。
抗锈能力和物理测试证明200系列适合多种用途,
但是J4(201)不能用于沿海地
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