合金钢冶炼

合金结构钢分类：

按用途分：（常用方法）

1.建筑工程用钢

2.机械用钢（调质钢、表面硬化钢、弹簧钢、易切削钢、冷塑性成型钢）

3.超高强韧结构钢（炮钢、高压容器钢、火箭、飞机、宇航等用钢）

按热处理方法分：

1.渗碳合金结构钢2调质合金结构钢

按化学成分分：

铬锰钢、铬镍钢、氮化钢、硼钢、硅锰钢

合金元素作用

C：使钢获得足够的强度和硬度

Mn：显著提高淬透性，降低脆性转变温度。改善热加工性

Si：提高强度和硬度

Cr：显著提高淬透性，提高耐腐蚀性

Ni：提高淬透性和耐腐蚀性，降低脆性温度转变温度

Mo：显著提高淬透性和强度，提高耐磨性和抗回火稳定性

W：显著提高强度和韧性，提高淬透性和耐腐蚀性

V：细化晶粒，改善焊接性

Ti：细化晶粒，提高强度

Nb：细化晶粒，提高强度，改善焊接性

Al：提高氮化钢的耐磨性，硬度和疲劳强度

B：显著提高淬透性

五大合金化原则：

1.提高淬透性

2.细化晶粒（A）

3.降低高温回火脆性

4.“多元少量”原则

5.非调质化趋势

合金钢：Alloy Steel 不锈钢：Stainless Steel （SS）

AOD炉精炼工艺

主要进行脱碳、还原精炼及成分调整操作

前期：脱碳期（50-60min）

控制好O2和稀释气体Ar（或N2）的混合比（O2/Ar（N2））。吹炼过程中根据不同阶段的熔池温度和含碳量及时调整O2/Ar比，以达到“去碳保铬”的目的。氧气的消耗量是根据钢包内初炼钢液C、Si、Cr、Mn的分析值和钢液重量来确定的。

AOD炉精炼超低碳不锈钢一般采用三阶段吹炼法，其配气比例为：

第一阶段：Ar：O2=1:3，吹至[C]=0.3%

第二阶段：Ar：O2=1:2，吹至[C]=0.13-0.15%

第三阶段：Ar：O2=2:1,（或3:1）。吹至[C]<0.03%

晶粒取向：

d（体心立方）：晶粒各向的磁性不同，轧制方向最容易磁化。

组织：各个晶粒取向趋于一致的状态。

单取向：平行轧制方向；双取向：平行、垂直轧制方向

合适的冷变形程度和退火温度，加热时防止初次再结晶晶粒长大，这样有可能在高温退火时依靠晶界能作为动力，使二次晶粒猛然长大，发展成为大小均匀的取向晶粒。

成分对钢性能的影响

合金结构钢最主要的合金元素是Mn、Cr、Ni、Si；其次是Mo、W、Al、Cu等，少量使用的有Nb、V、Ti、B等。

1.[C]:

C是决定强度指标的最主要元素，当钢的的组织一定时，[C]增加，强度、硬度增加，塑性和韧性下降。

近似关系式：σb=250*（0.4+C）αk=（2/（0.4+C））2，且σb提高，αk下降。

所以，[C]是控制在一个合适范围，保证钢的良好强韧性能。

2.合金元素：目的是获得良好的综合机械性能，主要是：

（1）提高淬透性：Mn、B、Cr、Mo显著，其次是W、Ni、Si、Cu等；

（2）细化A晶粒：Al、V、Ti、Nb等；

（3）保证特殊性能：

耐磨性：W、Mo、Mn、Al等

耐蚀性：Cr、Ni等

切削性：Mn、S等

焊接性：Nb等，降低：C、P、Si等

冷变形性：降低：S、P、Cu、Si等

组织状态对钢性能的影响

通常结构钢最主要的组织：F+P、B、M

强度：弱→强

热处理可以改变钢的组织类型。

综合力学性能：退火钢优于铸态钢；

正火钢优于退火钢；

调质钢优于正火钢；

在不同的组织状态下，合金元素通过不同的途径影响钢的性能。

如：F+P：固溶强化（加Si、Mn、Al等）、沉淀强化和细化晶粒（K、氮化物的形成元素：Ti、Nb、V、Cu、W）

非金属夹杂物

A-硫化物；B-氧化铝；C-硅酸盐；D-点状不变形夹杂

轴承钢中的碳化物

P 体重原始K 钢材 网状K

（室温下）

带状K （共析K ：A →P+K Ⅱ）

K 液析（共晶K ：L →A+K Ⅰ）

碳化物形成及根本原因：枝晶偏析引起的显微组织不均匀，凡是增加枝晶偏析的因素，都会增大碳化物的不均匀程度。

碳化物不均匀分布及消除措施

1. 带状碳化物

2. 碳化物液析

3. 网状碳化物

（1） 带状碳化物

1. 枝晶偏析（富Cr 和富C ）引起的显微区的共析碳化物（二次碳化物），经压力加工后，

顺延展方向分布成条带状。

2. 严重带状碳化物，黑白区域分明，带条宽度大，带与带之间也宽。

3. 为了降低带状碳化物级别，主要措施是钢锭或钢坯进行扩散退火

（2） 碳化物液析

1. 液相中碳及合金元素富集（液态偏析）产生的压纹态莱氏体共晶（一次碳化物），在热

加工时被压碎并沿轧向呈条带状分布。

2. 消除和改善措施

控制C 、Cr 中下限，加V ；低温浇注；采用较大锻压比；扩散退火；热处理过程不能太慢。

（3） 网状碳化物

沿A 晶粒边界析出的呈网状分布的碳化物。

原始碳化物偏析大，易出现；停轧温度高及冷却太慢，使网状碳化物的连续性和粗大程度显著增加。

消除或减轻措施：

控制C 、Cr 中下限，Si 、Mn 有破坏和减小网状碳化物作用；控制低的终轧温度和强化轧后冷却速度。

硅的良好作用（硅钢）

1. 随着[Si]增加、钢的电阻率增大，从而使涡流损失减小；

2. 减小晶体的各向异性，使磁化容易，磁阻减小，因而降低磁滞损失；

3. 促使铁素体晶粒粗化，减小晶界面，降低顽矫力，提高磁导率；

4. 促使钢中碳的石墨化，改善碳对磁性的危害；

5. 强的脱氧元素，能脱除对磁性不利的氧

钝化理论（不锈钢）

薄膜理论：金属与周围介质作用时，在表面上生成一种非常薄、致密的，保护性能良好的钝化膜。δCr =10-4mm ，（FeCrO 4）或（Cr 2O 3）

吸附理论：金属表面形成一层氧的吸附层，导致金属的电极电位↑，使Me +不易进入电解质

热加工及冷却阶段和热处理及冷

却阶段 凝固阶段