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氧對(duì)鑄造鑄鋼件生產(chǎn)的影響作用，如何規(guī)避缺陷-鑄件展-鑄件采購(gòu)會(huì)-國(guó)際鑄件展-鑄造工業(yè)展-2024第二十四屆廣州國(guó)際鑄件產(chǎn)品及鑄造工業(yè)展會(huì)-巨浪展覽-The 24th China(Guangzhou )Int’l Casting product Exhibition
2023年10月16日 鑄件展-鑄件展會(huì)-casting expo-casting exhibition |
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一、氧對(duì)鑄鋼質(zhì)量的有害影響
氧對(duì)鑄鋼的有害影響，是由于氧在液態(tài)和固態(tài)鋼中的溶解度相差懸殊而形成的。主要有害影響有：
1、氧是構(gòu)成鑄鋼件氣孔的緣由之一
在鋼液凝固過(guò)程中，由于氧的溶解度隨溫度的降落而顯著降低，因而，析出的氧便與鋼液中的碳發(fā)作反響，產(chǎn)生的CO氣泡若滯留于鋼中便成為氣孔。
2、氧促使鑄鋼熱裂的構(gòu)成
鋼液含氧量過(guò)高時(shí)，會(huì)加劇鑄鋼熱裂傾向，緣由是FeO與FeS相遇時(shí)構(gòu)成低熔點(diǎn)（940℃）共晶體（FeO·FeS），并以薄膜狀散布于晶界上，因此易形成熱裂。
3、氧是構(gòu)成非金屬夾雜物的主要元素之一
氧可與多種元素發(fā)作氧化反響，構(gòu)成氧化物夾雜，這些夾雜若滯留于鋼中，將降低鑄鋼的性能。
二、鋼液的擴(kuò)散脫氧
應(yīng)用氧在鋼液中的擴(kuò)散行為，使鋼液中的氧轉(zhuǎn)入渣中而到達(dá)降低鋼液含氧量的辦法，稱為擴(kuò)散脫氧。詳細(xì)做法是，在熔煉復(fù)原期稀薄渣造好后，將粉狀脫氧劑撒于渣面上，首先降低渣中的含氧量，毀壞氧在熔渣與鋼液溶解度的均衡，鋼液中的氧必然向熔渣中擴(kuò)散。因而，不時(shí)降低渣中的氧，鋼液中的氧就不時(shí)地向渣中擴(kuò)散，從而降低鋼中的含氧量。
擴(kuò)散脫氧常用的粉狀脫氧劑有；碳粉、硅鐵粉、硅鈣粉、鋁粉、碳化鈣粉等。這些脫氧劑中的C、Si、Al、Ca等元素進(jìn)入渣層后便于（FeO）發(fā)作復(fù)原反響，如：
脫氧產(chǎn)物進(jìn)入爐氣或被熔渣吸收，因而，擴(kuò)散脫氧不污染鋼液。但由于擴(kuò)散脫氧是在渣與鋼液界面上停止，氧由鋼液中向渣中擴(kuò)散需求的時(shí)間較長(zhǎng)，因而，消費(fèi)效率低，能耗高。
三、鋼液的沉淀脫氧
沉淀脫氧是將塊狀的脫氧劑直接參加鋼液中，脫氧劑與（FeO）發(fā)作沉淀反響而脫氧。沉淀脫氧又稱強(qiáng)迫脫氧，沉淀脫氧法脫氧產(chǎn)物的掃除，影響脫氧效果。按脫氧產(chǎn)物的構(gòu)成時(shí)間劃分，脫氧產(chǎn)物可分為：
一次脫氧產(chǎn)物——在爐內(nèi)或包內(nèi)參加脫氧劑后立刻構(gòu)成的脫氧產(chǎn)物；
二次脫氧產(chǎn)物——已脫氧的鋼液在其冷卻至液相線之前所構(gòu)成的脫氧產(chǎn)物；
三次脫氧產(chǎn)物——在液相線與固相線之間凝固時(shí)所構(gòu)成的脫氧產(chǎn)物。
這三類脫氧產(chǎn)物統(tǒng)稱為內(nèi)生脫氧產(chǎn)物。
研討標(biāo)明：一次脫氧產(chǎn)物具有匯集、長(zhǎng)大和上浮的有利條件，故絕大局部能排出鋼液。二次、三次脫氧產(chǎn)物均不能排出鑄件，特別是三次脫氧產(chǎn)物是鋼液在凝固過(guò)程中產(chǎn)生的，常滯留于枝晶之間，對(duì)鑄鋼質(zhì)量具有決議性影響。鑄鋼中所看到的氧化物夾雜，絕大多數(shù)是三次脫氧產(chǎn)物。
（一）包內(nèi)沉淀脫氧機(jī)理
1、脫氧反響即脫氧劑與（FeO）的化學(xué)反響；
2、脫氧產(chǎn)物的形核、聚合長(zhǎng)大、上浮和排出。
整個(gè)過(guò)程都隨同著熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)作用。研討證明，采用強(qiáng)脫氧劑脫氧時(shí)，脫氧產(chǎn)物可疾速排出鋼液，如脫氧產(chǎn)物Al2O3雖為固態(tài)顆粒，但其排出速度很快。
脫氧產(chǎn)物的排出速度主要取決于脫氧劑的品種，而與脫氧產(chǎn)物的狀態(tài)及其尺寸無(wú)明顯關(guān)系。特別是用鋁脫氧時(shí)，在出鋼過(guò)程中參加鋁1~2min，鋼中的氧便與鋁構(gòu)成Al2O3并排出。其緣由是，Al2O3與鋼液的潤(rùn)濕性差和相間張力大（2N/m）。
此外，鋼液流入鋼包時(shí)，有足夠的攪動(dòng)，使脫氧產(chǎn)物因碰撞而聚合長(zhǎng)大，同時(shí)攪動(dòng)也使鋼液和熔渣猛烈運(yùn)動(dòng)，促使脫氧產(chǎn)物被熔渣捕獲或粘附于包襯外表。
（二）沉淀脫氧用脫氧劑引見(jiàn)
沉淀脫氧用脫氧劑應(yīng)具有強(qiáng)的脫氧才能，其脫氧產(chǎn)物不溶于鋼液，并易于從鋼液中排出。
1、元素的脫氧才能研討證明：脫氧元素對(duì)氧的親和力越大，其脫氧才能越強(qiáng)，鋼中的溶解氧就越低。元素的脫氧才能，普通隨溫度的降低而進(jìn)步。
通常說(shuō)鋼中的含氧量是指總氧量，它包括溶解氧和化合氧。所以，元素的脫氧才能只反映其降低鋼中溶解氧的才能，而降低化合氧的才能，則與脫氧產(chǎn)物的化學(xué)組成和物理特性、鋼液溫度及動(dòng)力學(xué)要素等有關(guān)。
當(dāng)脫氧元素的含量為0.1%時(shí)，各元素的脫氧才能由強(qiáng)到弱排序?yàn)椋?/span>
Ca＞RE＞Zr＞Al＞Ti＞B＞Si＞C＞V＞Cr＞Mn。
脫氧元素在一定含量范圍內(nèi)，隨其含量的增加，與其相均衡的氧含量對(duì)應(yīng)降低，但是，當(dāng)脫氧元素超越這一含量后，隨著脫氧元素含量的增加，相應(yīng)的均衡氧含量反而增大，這闡明并非脫氧劑參加愈多，鋼液中的溶解氧就降低的多。
2、單元素脫氧劑引見(jiàn)
⑴Mn錳是較弱的脫氧劑，是常用的脫氧劑之一。
⑵Si硅是較強(qiáng)的脫氧劑，是常用的脫氧劑之一，其脫氧產(chǎn)物SiO2是高熔點(diǎn)的固體質(zhì)點(diǎn)，能被鋼液所潤(rùn)濕，排出較為艱難。感應(yīng)爐內(nèi)用硅脫氧時(shí)，氧的降低速度是較快的，硅參加后5~10min，氧含量便可降至最低值。包內(nèi)用硅脫氧的速度與爐內(nèi)根本相同。
⑶Al鋁是最常用的強(qiáng)脫氧劑，感應(yīng)爐熔煉時(shí)參加鋁0.1%，鋁脫氧后僅在3~4min內(nèi)，鋼中的溶解氧便降至0.01%以下，包內(nèi)脫氧時(shí)，出鋼前先將鋁參加包內(nèi)，然后出鋼，出鋼后2~3min內(nèi)，鋼液中的氧含量便可降至0.02%以下。出鋼后由于鋼液溫度的降低，鋁的脫氧才能進(jìn)步，這樣鋼液在包內(nèi)鎮(zhèn)靜時(shí)，鋼液中的氧含量仍能遲緩的降落。
⑷Ca鈣是很強(qiáng)的脫氧劑，也是強(qiáng)的脫硫劑，但由于鈣的氣化而顯著降低其脫氧效果。為克制其缺陷，必需降低其蒸氣壓，Si、Al不只能降低鈣的蒸氣壓，而且還可進(jìn)步鈣的溶解度。用硅鈣合金脫氧，還可改善夾雜物的形態(tài)成為球狀，因此改善鋼的性能。此為硅鈣合金脫氧的突出優(yōu)點(diǎn)。
⑸Ti鈦是較強(qiáng)的脫氧劑，脫氧才能強(qiáng)于硅而弱于鋁。其脫氧產(chǎn)物因鈦含量不同而不同。當(dāng)Ti＜0.2%時(shí)，脫氧產(chǎn)物是TiO2或Ti3O5。Ti的脫氧產(chǎn)物尺寸為16~18μ，近似球狀，并平均地散布在晶粒內(nèi)部。
另外，Ti在鋼液中還可構(gòu)成高度彌散的TiN，其尺寸為4~14μ，可作為非自發(fā)結(jié)晶中心，而細(xì)化晶粒。TiN還可避免鑄鋼件產(chǎn)生脆性斷口。
當(dāng)Ti含量為0.06%時(shí)，沿晶界會(huì)構(gòu)成片狀共晶硫化物而降低鋼的沖擊韌性。因而，鈦脫氧時(shí)，鋼中適合的鈦含量為0.02~0.06%。
通常為避免AlN對(duì)鑄鋼件性能的不良影響而采用鈦替代鋁終脫氧。
⑹Zr鋯是極強(qiáng)的脫氧劑，在1650℃時(shí)，鋯的脫氧才能強(qiáng)于鋁，只需參加少量的鋯終脫氧，便可取得氧含量極低的鋼。鋯的脫氧產(chǎn)物為直徑3μ的小球。
Zr脫氧時(shí)構(gòu)成的ZrN，可作為非自發(fā)結(jié)晶中心，細(xì)化晶粒，同時(shí)還可避免脆性斷口。
⑺RE也是良好的脫氧劑。稀土金屬通常是鑭（La）系元素的總稱。La、Ce、Pr、Nd四個(gè)元素與鑄鋼消費(fèi)較為親密，稀土的脫氧才能強(qiáng)于Zr、Al、Ti，接近于Be，而稍低于Ca、Mg。
采用稀土脫氧有如下特性：
①脫氧反響的同時(shí)隨同有脫硫反響。RE能同時(shí)與O、S反響，生成稀土氧化物、稀土硫化物和稀土氧硫化物，同時(shí)降低鋼中的氧和硫。
②稀土氧化物、硫化物熔點(diǎn)高、密度大、質(zhì)點(diǎn)小，不易排出而滯留于鋼中。
③稀土金屬的突出優(yōu)點(diǎn)是，使鋼中夾雜物球化，而有利于進(jìn)步鋼的性能。
3、常用復(fù)合脫氧劑引見(jiàn)
⑴硅錳合金復(fù)合脫氧Mn是弱脫氧元素，Si是較強(qiáng)脫氧元素，Si、Mn配合運(yùn)用，可取得良好的脫氧效果，如運(yùn)用硅錳合金復(fù)合脫氧劑。消費(fèi)中常用“先加錳鐵后加硅鐵于爐內(nèi)”的復(fù)合脫氧法，也可取得較好的效果。
⑵硅錳鋁合金復(fù)合脫氧Si和Mn可進(jìn)步Al的脫氧才能。采用硅錳鋁復(fù)合脫氧劑時(shí)，無(wú)論在爐內(nèi)或包內(nèi)脫氧，效果均好。消費(fèi)中常用“先錳鐵后硅鐵”爐內(nèi)預(yù)脫氧，再用鋁包內(nèi)終脫氧，效果也很好。
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