《钢铁冶金学》炼钢部分 刘增勋 第二章 炼钢任务 2－1
第二章 炼钢的任务
生铁和废钢是炼钢的主要原料，而生铁中除了含有较多的碳外，还含有一定量的硅、锰、磷、硫等元素（它们统称为钢铁中五大元素）；同时废钢中元素含量也很复杂，有些对钢的要求性能有害。除五大元素外，钢中还含有氮、氢、氧和非金属杂质物。它们在冶炼过程中随原材料、炉气、或反应产物的形式残留在钢液。这些物质对钢的性能有重大影响，必须调整或尽量降低有害物含量。
炼钢定义：用氧化的方法去除生铁中的这些杂质，再根据钢种的要求加入适量的合金元素，使之成为具有高的强度、韧性或其他特殊性能的钢，这一工艺过程称为“炼钢”。 元 素（％） L08生铁（GB） SS330 C 4 0.04~0.06 Mn S P Si 0.30~0.50（二组） 0.02~0.03（一类） ≤0.15（一级） 0.45~0.85 0.20~0.40 ≤0.007 ≤0.015 ≤0.08 综上所述，可将炼钢基本任务归纳如下：
1． 脱碳：含碳量是决定“铁与钢”定义的因素，同时也是控制材料性能的最主要元素。一
般采用向钢中供氧，利用碳氧反应去除。
2． 脱硫、脱磷：对绝大多数钢种来说，磷、硫为有害元素。硫则引起钢的热脆，而磷将引
起钢的冷脆。因此要求在炼钢过程中尽量除之。
3． 脱氧：在炼钢中，用氧去除钢中杂质后，必然残留大量氧，给钢的生产和性能带来危害，
必须脱除。减少钢中含氧量的操作叫做脱氧。一般有合金脱氧和真空脱氧两种方法。 4． 去除气体和非金属夹杂物：钢中气体主要指溶解在钢中的氢和氮。非金属夹杂物包括氧
化物、硫化物以及其它复杂化合物。一般采用CO气泡沸腾和真空处理手段。 5． 升温：炼钢过程必须在一定高温液态下才能完成，同时为保证钢水能浇成合格钢锭，也
要求钢水有一定的温度。铁水温度很低1300℃左右，Q215钢熔点1515℃。 6． 合金化：为使钢具有必要的性能，必须根据钢中要求加入适量合金元素。
7． 浇成良锭：液态钢水必须浇注成一定形状的固体铸坯，采用作为轧材的原料。同时要求
其质量符合良好。一般有模注和连铸两种方式。
? 许多书中按上述方法来讨论“炼钢的基本任务”，但本教材中进行了另一种总结，以下按教材中的方式和顺序来讲解。也就是包括三大方面：去除杂质、调整成份、和浇注成良坯。
《钢铁冶金学》炼钢部分 刘增勋 第二章 炼钢任务 2－2
第一节 去除杂质
钢中的杂质，一般是指去除钢中S、P、O、H、N和夹杂物。因此，本节中涉及到的炼钢任务包括：①脱S和脱P、②脱氧、③脱除气体等三部分 一． 钢中硫：硫是钢中主要杂质之一。 1． 来源：主要来自铁水、石灰和合金料。
（1） 铁水：来自焦炭，含量0.020~0.050%S；不正常时可高达0.10%S（炉况和焦炭不佳）。 （2） 铁水顶渣：高炉内炉渣脱硫，导致铁水包的顶渣中含S较高。如不扒渣或扒渣不彻底
将增加系统S总量。（即使铁水预处理后，也必须扒出顶渣） （3） 石灰：一般要求<0.15~0.20%S（实际要求≤0.10%）。
? 石灰中S含量太高，会提高炉渣中的S含量，严重时导致冶炼过程中钢水增S。在铁水中S含量较低时影响较大，有时会产生冶炼过程中“不降反升”的现象。 （4） 合金料：合金料中含S。例如，MnSi合金要求<0.04%S（P25）。 ? 合金料加入量高时应注意其影响，例如“低硫增碳剂”。 2． 对性能的影响
（1） 产生热脆：S的最大危害。
FeS熔点1193℃，FeS+FeO熔点940℃。轧制温度一般在1150~1200℃，连铸时铸坯矫直前整个断面内的温度在900～1400℃。因此在连铸和轧制中显示出脆性。
（2） 形成夹杂：S的钢水中溶解度高，但S在固体钢中溶解度低。因此，S在固体钢中基
本上是以硫化物夹杂的形式存在。
① 降低塑性：降低了钢的断面收缩率，影响深加工。如图P10图2-1、表2-2所示。 ② 危害各向同性：一般采用Mn抑制S热脆，因此硫化物主要是MnS。MnS属于韧性夹杂，热加工时变形拉长，使钢材横向性能下降，如P10图2-1、2-2和表2－2所示。 ③ 影响深冲性能和疲劳性能：夹杂物破坏了基体的连续性，形成应力集中。 ④ 夹杂物的评级：硫化物使钢夹杂物增加，影响夹杂评级。如P11图2-3。 ⑤ 强度：S对钢的强度影响不大。如P10表2-2。
（3） 改善切削性能：易切削钢利用硫化物夹杂来改善切削性能（MnS等夹杂物使车屑容易
断裂，避免了车屑卷刀现象）。易切削钢的S含量高（0.08~0.10%），如P12，表2-3。 ? 这是S的唯一有益的用途。唐钢电炉厂炼钢工第一次知道S有下限要求。
《钢铁冶金学》炼钢部分 刘增勋 第二章 炼钢任务 2－3
3． 控制措施：包括两种常用的方法。
（1） 提高Mn含量：一般钢种要求〔Mn〕0.25～0.80%，来控制S的热脆危害。
① 原理：钢水中的Mn和S在凝固过程中同样产生选分结晶，在晶界处与S反应生产MnS。MnS的熔点高（1610℃），在轧制和连铸过程中仍处于固态，因此消除了低熔点FeS（1193℃）引起的热脆现象。
② Mn/S：Mn对S的控制能力一般用Mn和S的质量百分数的比值来表示，简称“锰硫比” ，一般用Mn/S表示。
一般来说，Mn/S高则晶界处形成的MnS量多、FeS量生成量少，提高了钢的热塑性，减少了钢裂纹倾向。高温下的延伸率与Mn/S的关系如P11图2-4所示。
在轧制过程中，一般认为Mn/S>7即可消除热脆，但在连铸过程中，Mn/S>20才能有效的控制铸坯裂纹。因此，冶炼中应控制Mn/S>20。
在合金钢时，采用其它元素也可以控制S的危害，如P10所示。Ca、Ti等形成硫化物的能力更强，但Ca、Ti等原料昂贵、溶解度低、添加困难、CaS还导致水口堵塞，而标准内也没有要求其含量。因此实际上，生产中最常采用Mn来控制S的危害。
（2） 降低S含量：尽管Mn可以控制S的热脆危害，但过高的S会产生较多的MnS夹杂，
影响钢的性能。因此，实际钢中应尽量降低〔S〕含量。
? 炼钢中常用的脱硫方法：铁水预脱硫、炉内脱硫、炉外脱硫三种。 ? 实际证明，降低硫含量的作用，大于提高Mn/S的影响。
4． 含量：国家标准按硫含量规定了钢种的级别，可见其重要性。如P9，表2-1。
钢种 [S]% 普通钢 ≤0.050 优质钢 ≤0.040 高级优质钢 ≤0.030 薄板等 ≤0.005 二． 钢中磷：磷是钢中有害元素之一。 1． 钢水中P的来源
（1） 铁水：铁水中P含量一般在0.050~2%范围内，我省大部分为低磷铁水（0.050~0.120%P）。
铁 水 P，％ 低磷铁水 <0.30% 中磷铁水 0.30~1.0% 高磷铁水 >1%P 铁水中的P主要来自矿石，矿石中的P在高炉内全部被还原进入铁水。
（2） 合金料：有些合金中P含量较高，例如：FeMn（<0.40%）和MnSi合金（<0.25%），
第2章 炼钢任务.
