电渣重熔工艺参数变化对钢材性能的影响
[摘要]电渣重熔为特殊冶炼工序，把用一般方法冶炼的合金钢及超级合金，利用电渣渣洗进行二次精炼的电渣冶金过程，其目的是提高金属纯度，改善铸锭结晶。电渣重熔工艺参数变化会对其钢材内部成份和产品力学性能产生的影响。
[关键词]电渣重熔；工艺参数；变化；力学性能
中图分类号：tf14文献标识码：a文章编号：1009-914x（2013）17-0271-01
引言
电渣重熔其原理是电流通过液态渣池渣阻热，将金属电极熔化，熔化的金属汇集成熔滴，滴落时穿过渣层进入金属熔池，然后于水冷结晶器中结晶凝固成钢锭。本文电渣重熔工艺参数选择锭型和填充比变化来研究对钢材性能变化。
1 实验过程
1.1 试验用料
电炉3.2t钢锭，轧成320mm和250mm方坯，重熔3t电渣锭；电炉冶炼浇铸180mm方坯、320mm圆坯重熔2t电渣锭。4种母材经重熔后加工成φ185mm材。试样分别从φ185mm电渣材和φ180mm电炉钢材上切取。试样编号和冶炼工艺见表1。
1.2 实验方法
5种试样均采用推荐的热处理工艺：1030℃×15min油冷，580℃×2h回火×2次。测定夹杂物含量及氢和氧含量，室温下的拉伸和
电渣重熔 把平炉、转炉、电弧炉或感应炉冶炼的钢铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次 重熔的精炼工艺，英文简称ESR。美国霍普金斯(R.K.Hopkins)于20世纪40年代首先提 出这种精炼方法的原理。其后苏联和美国相继建立工业生产用的电渣炉。60年代中期由于 航空、航天、电子、原子能等工业的发展，电渣重熔在苏联、西欧、美国获得较快的发展。生产的品种包括：优质合金钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金以及铝、铜、钛、银等有 色金属的合金。1980年世界电渣重熔钢生产能力已超过120万吨。中国1960年建成第一 座电渣炉,其后得到很大发展。最大的是上海重型机器厂电渣炉，钢锭重达200吨。 电渣重熔基本过程如图所示。 在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渣，自耗电极一端插入熔渣内。自耗电极、渣池、金属 熔池、钢锭、底水箱通过短网导线和变压器形成回路。在通电过程中，渣池放出焦耳热， 将自耗电极端头逐渐熔化，熔融金属汇聚成液滴，穿过渣池，落入结晶器，形成金属熔池，受水冷作用,迅速凝固形成钢锭。在电极端头液滴形成阶段,以及液滴穿过渣池滴落阶段,钢- 渣充分接触，钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收。钢中有害元素（硫、铅、锑、铋、锡）通 过钢-渣反应和高温气化比较有效地去除。液态金属在渣池覆盖下，基本上避免了再氧化。因为是在铜制水冷结晶器内熔化、精炼、凝固的，这就杜绝了耐火材料对钢的污染。钢锭 凝固前，在它的上端有金属熔池和渣池，起保温和补缩作用，保证钢锭的致密性。上升的 渣池在结晶器内壁上形成一层薄渣壳，不仅使钢锭表面光洁，还起绝缘和隔热作用，使更 多的热量向下部传导,有利于钢锭自下而上的定向结晶。由于以上原因,电渣重熔生产的钢 锭的质量和性能得到改进，合金钢的低温、室温和高温下的塑性和冲击韧性增强，钢材使 用寿命延长。 电渣重熔设备简单，投资较少，生产费用较低。电渣重熔的缺点是电耗较高，目前通用的 渣料含CaF较多，在重熔过程中，污染环境，必须设除尘和去氟装置
电渣钢和电炉钢什么区别 电渣钢比电炉钢贵是因为电渣钢全称是电渣重熔钢, 顾名思义是需要溶化两次出来的钢锭, 这个工艺上要比电炉钢复杂一些, 相对的钢的性能也要好很多, 包括钢的纯净度等以下是其好处钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收。钢中有害元素（硫、铅、锑、铋、锡）通过钢-渣反应和高温气化比较有效地去除。液态金属在渣池覆盖下，基本上避免了再氧化。因为是在铜制水冷结晶器内熔化、精炼、凝固的，这就杜绝了耐火材料对钢的污染。钢锭凝固前，在它的上端有金属熔池和渣池，起保温和补缩作用，保证钢锭的致密性。上升的渣池在结晶器内壁上形成一层薄渣壳，不仅使钢锭表面光洁，还起绝缘和隔热作用，使更多的热量向下部传导,有利于钢锭自下而上的定向结晶。由于以上原因,电渣重熔生产的钢锭的质量和性能得到改进，合金钢的低温、室温和高温下的塑性和冲击韧性增强，钢材使用寿命延长。 炼钢的方法，一般可分为转炉炼钢、平炉炼钢和电炉炼钢三种方法。 现分别介绍如下： 1. 转炉炼钢法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。 2. 平炉炼钢法（平炉炼钢法也叫马丁法）平炉炼钢使用的氧化剂通入的空气和炉料里的氧化物，（废铁，废钢，铁矿石）。反应所需的热量是由燃烧气体燃料（高炉煤气，发生炉煤气）或液体燃料（重油）所提供。平炉的炉膛是一个耐火砖砌成的槽，上面有耐火砖制成的炉顶盖住。平炉的前墙上有装料口，装料机就从这里把炉料装进去。熔炼时关上耐火砖造成的门。炉膛的两端都筑有炉头，炉头各有两个孔道，供导入燃料与热空气，或从炉里导炉气之用。平炉炼钢所用的原料有废钢、废铁、铁矿石和溶剂（石灰石和生石灰）。开始冶炼时，燃料遇到导入的热空气就在燃料面上燃烧，温度高达1800摄氏度。热量直接由火焰传给炉料，使炉料迅速熔化（铁的熔点是1535摄氏度，钢略低）。同时有一部分熔化的生铁生成氧化亚铁，生铁里的杂质硅、锰被氧化亚铁氧化，声成炉渣。由于炉里放有过量的石灰石，磷与硫等杂质就生成磷酸钙和硫化钙成为炉渣。其次碳也进行氧化，生成一氧化碳从熔化的金属里冒出，好象金属在沸腾一样。反应快要进行完毕的时候，加入脱氧剂并定时把炉渣扒出。在冶炼将完成时要根据炉前分析（用快速分析法，几分钟可完成）来检验钢的成分是否合乎要求。炼锝的钢从出钢口流入钢水包里，
钢材的物理力学性能和机械性能表 钢材的主要机械性能(也叫力学性能)通常是指钢材在标准条件下均匀拉伸.冷弯和冲击等. 单独作用下所显示的各种机械性能。钢材通常有五大主要的机械性能指标：通过一次拉伸试验可得到抗拉强度，伸长率和屈服点三项基本性能； 通过冷弯试验可得到钢材的冷弯性能； 通过冲击韧性试验可得到冲击韧性。 1.屈服点(σs) 钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。 设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N(牛顿)/mm2，(MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2) 2.屈服强度(σ0.2) 有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值(一般为原长度的0.2%)时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。 3.抗拉强度(σb) 材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。 设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σb= Pb/Fo (MPa)。
4.伸长率(δs) 材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。 5.屈强比(σs/σb) 钢材的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为 0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。 6.硬度 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 ⑴布氏硬度(HB) 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 ⑵洛氏硬度(HR) 当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示： HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。 HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材
2 电渣重熔原理 2．1 渣池 电渣重熔工艺的核心部分是熔池。金属从熔池上方进入渣池，然后被加热、熔化、精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。渣有如下几方面的作用。 （1）发热元件的作用 重熔过程中热量通过焦耳效应产生，也就是通常的电阻发热定律。因此，应该确保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。所用的大多数渣的电阻率在熔炼温度下为0.2.0.ssl-cm ，熔炼温度通常比金属熔化温度高200 -- 3001C。显然，在该温度下，渣既要呈液态，又要稳定，所以重熔电流、电压、渣池深度和渣电阻率之间的关系很复杂。好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。 (2)熔渣对于非金属材料来说是熔剂 当金属电极进入到渣池中时，电极端部达到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，暴露的非金属夹杂将溶解在渣里。因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。 (3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂 重熔过程中的化学反应主要部位是电极端部渣／金界面，这里金属膜条件对于快速反应是最理想的。 (4)涟起保护金属免受污染的作用 渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。由于金属在渣下熔化和凝固，被熔化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，而这种氧化在常规工艺中是不可避免的。另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。 (5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣壳。这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，至少在稳定操作条件下，渣壳起着上述作用。在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。可能存在差异。 为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。一般情况下，它的熔化温度应在被熔化金属的熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点，一般约高200 -- 300℃。渣的电阻率是其成分的函数，只要不是明确地影响化学要求，可在一定界限内调整。渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生，又保证反应物留在渣里；对于硫，其反应产物应能排到大气中去。另外，渣应能抑制不希望反应的发生，因为这些反应会造成微量元素的损失，这一点也非常重要。渣的黏度（其值一般在毫帕秒范围内）影响熔滴在渣中的停留时间、气体排出速度、渣池搅拌程度、传质动力学以及渣壳厚度等。渣与金属的密度差也同样影响熔滴停留时间和熔滴大小。渣与金属间的表面张力应该比较小，这样可增加传质速度且易产生小熔滴。但这样不利于渣与金属的分离且增加夹渣危险。表面张力也影响杂质溶解机理。 2.2 渣成分和渣组成 电渣重熔渣的成分通常以氟化钙（Ca凡）、氧化钙(CaO) ,氧化镁(Mgo)、三氧化
电渣重熔渣系选择的工艺探索 攀钢钢城企业总公司冶炼厂王宾陈涛李艳丽 【摘要】通过大量的工艺实践探索 , 掌握了电渣重熔渣系对脱硫、脱磷和合金元素烧损和生产效率的关系 , 提出了根据不同钢种选择渣系的方法。 【关键词】电渣重熔渣系工艺 1前言 电渣重熔过程中 , 熔融渣池起着重要的作用 , 因此在整个重熔过程中 , 渣池成分、温度、深度、 态下。 方法 , , 又 、熔点、表面张力、粘度、氧化性等与重熔金属品种相适应的最佳条件下进行 , 因此对渣系进行适当的选择调整是十分必要的。我厂有 250K VA 的电渣重熔炉 2座 , 主要生产电工纯铁、高速工具钢、模具钢电渣重熔锭。长期以来一直选用 CaF 2∶ Al 2O 3=7∶ 3的渣系 , 生产实践表明, “三?七渣系” 对不同钢种在纯净度、合金元素的损耗、 P 、 S 等有害元素的去除、生产效率、产品质量、电耗等方面作用是不相同的。为了摸索电渣重熔渣系选择的较好方案 , 我们对电渣重熔的渣系选择进行了一定的工艺探索。 2电渣重熔用渣系所要求的主要基本特性和成分 电渣重熔用渣系的各种特性 , 取决于其主要成分 CaF 2、 Al 2O 3、 CaO 等 , 以及加入渣中的氧化物 , 碳酸盐等 , 渣中加入氧化物 , 会降低电导率和电耗 , 提高熔点和粘度。
熔点下降 , 会使电导率上升 , 使钢锭产生空洞、气孔、夹杂等缺陷 , 提高熔点将降低电导率 , 妨碍脱硫反应 , 100~200 , , 。 (例如在 CaF 2量多 , 粘 0110~0115泊的渣子 , 和 Al 2O 3量多 , 粘度为0110~0115泊的 , 采用后者夹杂物有所增加。 为了防止熔渣卷入金属内 , 熔融金属和熔渣之间应具有足够大的表面张力以及对非金属夹杂物相适应的高吸附能力。 CaF 2含量少及 Al 2O 3、 CaO 含量高时 , 具有大的表面张力 , 因为 Ca +与 F -结合能比 O -结合能力小的缘故 , 此外氧化物渣子对于刚玉、石英玻璃具有较好的吸附能力。 3电渣重熔锭质量和渣系成分关系工艺探讨 为了探索电渣重熔过程中脱硫、脱氧和合金元素变化 , 杂质去除等行为 , 以及它们和渣料成分关系 , 我们采用高速钢 W9M o3Cr4V 、 W6M o5Cr4V (M2 、电工纯铁 (DT4、 DT3 、通过变换渣系 , 对电渣重熔、脱氧、脱硫等行为进行了生产实践工艺探索。 311电渣重熔脱硫机理。脱硫是电渣重熔的重要特征之一 , 其按照下列反应进行 :①硫由金属向渣中转移的行为 : [S]金属 +(O 2- 渣 [[O]金属 +(S 2- 渣 ? ②转移进渣中的硫和大气中氧反应而逸出 :
16Mn 16Mn 为钢材中的一种材质。过去钢材的一种叫法。现在的称法为：Q345。（见Q34 5) 16，所代表的为这种钢材中的碳的含量在0.16%左右。而Mn单独提出来，是因为五大元素（碳C，硅Si，锰Mn，磷P，硫S）中，锰的含量高，才单独提出来。大约在1.20-1.60%左右。 16Mn属低合金钢板系列，在此系列中，为最普通材质，或者牌号的钢板。 根据特殊的要求，可以对钢板进行一些特殊的处理：热处理和Z向性能。 热处理：控轧，正火等等。 Z向性能：Z15，Z25，Z35 主要特性:综合性能好，低温性能好，泠冲压性能，焊接性能和可切削性能好。 应用举例：矿山，运输，化工等各种机械。 16Mn锻件的化学成分： C ：0.13～0.19 Si ：0.20～0.60 Mn ：1.20～1.60 Cr≤0.30 P≤0.030 S≤0.0 30 Ni≤0.30 Cu≤0.25 45号钢和16mn的杨式模量,泊松比,热膨胀系数 悬赏分：0 - 解决时间：2007-7-4 11:07 提问者：xingwenwu - 一级最佳答案 碳钢和锰钢的E为196~216GPa,一般按210GPa计;μ为0.25~0.33,一般按0.3计.α为12.3*10^6 45号钢 目录[隐藏] 简介 化学成分 处理方法 用途
简介 化学成分 处理方法 用途 [编辑本段] 简介 45号钢,是GB中的叫法,JIS中称为:S45C,ASTM中称为1045,080M46,DIN称为: C45 。 [编辑本段] 化学成分 含碳（C）量是0.42~0.50%，Si含量为0.17~0.37%，Mn含量0.50~0.80%，C r含量<=0.25%。 [编辑本段] 处理方法 热处理 推荐热处理温度：正火850，淬火840，回火600. 45号钢为优质碳素结构用钢,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理。 1. 45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。 实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。 2. 45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。 调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。
钢材力学性能指标汇总表 钢筋的公称横截面积与公称重量 公称直径，mm 公称横截面积mm 2 公称重量，Kg/m 6.5 33.18 8 50.27 0.395 10 78.54 0.617 12 113.1 0.888 14 153.9 1.21 16 201.1 1.58 18 254.5 2.00 20 314.2 2.47 22 380.1 2.98 25 490.9 3.85 28 615.8 4.83 32 804.2 6.31 36 1018 7.99 40 1257 9.87 50 1964 15.42 注：表中公称重按密度为7.85g/cm3计算。 一、钢筋混凝土用热轧带肋钢精GB1499-1998 1、力学性能 牌号公称直径mm 屈服点σsMpa 抗拉强度 σbMpa 伸长率δs% 不小于 HRB335 6~25 28~50 335 490 16 HRB400 6~25 28~50 400 570 14 HRB500 6~25 28~50 500 630 12 2、弯曲性能（按下表规定的弯心直径弯曲180°后，钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹） 牌号公称直径mm 弯曲试验弯心直径 HRB335 6~25 28~50 3a 4a HRB400 6~25 28~50 4a 5a HRB500 6~25 28~50 5a 7a 二、钢筋混凝土用热轧光圆钢筋GB13013-91 表面形状钢筋级别强度等级代号公称直径 mm 屈服点σsMpa 抗拉强度σbMpa 伸长率 δs% 冷弯d弯心直径a公称直径 不小于 光 圆Ι R235 8~20 235 370 25
共享知识分享快乐 电渣重熔原理2 2．1 渣池 熔化、然后被加热、电渣重熔工艺的核心部分是熔池。金属从熔池上方进入渣池，精炼和过热，并且承受振动、搅拌和电化学作用。因此，形成渣池并使其保持在合适的条件下，显然是很重要的。渣有如下几方面的作用。 （1）发热元件的作用 应该确也就是通常的电阻发热定律。因此，重熔过程中热量通过焦耳效应产生，所用的大多数渣的电阻率在熔保渣阻与供给功率的电压、电流之间的正确平衡。。显然，，熔炼温度通常比金属熔化温度高200 -- 3001C炼温度下为0.2.0.ssl-cm 在该温度下，渣既要呈液态，又要稳定，所以重熔电流、电压、渣池深度和渣电阻率之间的关系很复杂。好的电渣重熔操作必须把它们调到最佳值。 熔渣对于非金属材料来说是熔剂 (2)当金属电极进入到渣池中时，电极端部达 到其熔化温度，就会形成金属熔化膜。暴露的非金属夹杂当熔化金属与熔渣接触时，熔化的金属在汇聚成熔滴的同时，将溶解在渣里。因此，渣的成分必须能溶解杂质而又不影响其性质，为此，在重熔时必须采取连续调整渣成分的步骤。 (3)渣是电渣重熔工艺的精炼剂这里金属膜条件对于快重熔过程中的化学反应 主要部位是电极端部渣／金界面，速反应是最理想的。涟起保护金属 免受污染的作用(4) 被熔由于金属在渣下熔化和凝固，渣对于反应成分来说，起着传递介质的作用。而这种氧化在常规工艺中是不可避免化的金属绝不会与大气接触而被直接氧化，的。另一方面，由于熔渣可以传递反应物质，如氧和水蒸气，所以使用惰性气体做保护气氛非常必要。 (5)位形成结晶器衬 由于结晶器壁温度维持在渣熔点以下，那么熔渣和结晶器壁之间必定有凝固渣至少在稳定操作这层渣壳起着结晶器衬的作用，金属锭在衬里形成并凝固，壳。条件下，渣壳起着上述作用。在环形结晶器（短模）情况下，锭表面渣皮很少。可能存在差异。它的熔化温一般情况下，为了实现上述作用，渣必须具有某些相当明确的性质。200 度应在被熔化金属的熔化温度以下。操作温度显然高于金属熔点，一般约高℃。渣的电阻率是其成分的函数，只要不是明确地影响化学要求，可在一-- 300又保证反应渣的成分应该既保证所希望的化学反应能快速发生，定界限内调整。物留在渣里；对于硫，其反应产物应能排到大气中去。另外，渣应能抑制不希望渣的黏这一点也非常重要。反应的发生，因为这些反应会造成微量
2.3影响钢材力学性能的因素 影响钢材力学性能的因素有： 化学成分冶金和轧制过程时效冷作硬化温度 应力集中和残余应力复杂应力状态 1.化学成分 钢的基本元素为铁（Fe），普通碳素钢中占99%，此外还有碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）等杂质元素，及硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等有害元素，这些总含量约1%，但对钢材力学性能却有很大影响。 碳：除铁以外最主要的元素。碳含量增加，使钢材强度提高，塑性、韧性，特别是低温冲击韧性下降，同时耐腐蚀性、疲劳强度和冷弯性能也显著下降，恶化钢材可焊性，增加低温脆断的危险性。一般建筑用钢要求含碳量在0.22%以下，焊接结构中应限制在 0.20%以下。 硅：作为脱氧剂加入普通碳素钢。适量硅可提高钢材的强度，而对塑性、冲击韧性、冷弯性能及可焊性无显著的不良影响。一般镇静钢的含硅量为0.10%～0.30%，含量过高（达1%），会降低钢材塑性、冲击韧性、抗锈性和可焊性。 锰：是一种弱脱氧剂。适量的锰可有效提高钢材强度，消除硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材热加工性能，并改善钢材的冷脆倾向，同时不显著降低钢材的塑性、冲击韧性。 普通碳素钢中锰的含量约为0.3%～0.8%。含量过高（达1.0%～1.5%以上）使钢材变脆变硬，并降低钢材的抗锈性和可焊性。 硫：有害元素。引起钢材热脆，降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性等。一般建筑用钢含硫量要求不超过0.055%，在焊接结构中应不超过0.050%。 磷：有害元素。虽可提高强度、抗锈性，但严重降低塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性，
尤其低温时发生冷脆，含量需严格控制，一般不超过0.050%，焊接结构中不超过 0.045%。 氧：有害元素。引起热脆。一般要求含量小于0.05%。 氮：能使钢材强化，但显著降低钢材塑性、韧性、可焊性和冷弯性能，增加时效倾向和冷脆性。一般要求含量小于0.008%。 为改善钢材力学性能，可适量增加锰、硅含量，还可掺入一定数量的铬、镍、铜、钒、钛、铌等合金元素，炼成合金钢。钢结构常用合金钢中合金元素含量较少，称为普通低合金钢。 2.冶金轧制过程 ?按炉种分： 结构用钢我国主要有三种冶炼方法：碱性平炉炼钢法、顶吹氧气转炉炼钢法、碱性侧吹转炉炼钢法。 平炉钢和顶吹转炉钢的力学性能指标较接近，而碱性侧吹转炉钢的冲击韧性、可焊性、时效性、冷脆性、抗锈性能等都较差，故这种炼钢法已逐步淘汰。 ?按脱氧程度分： 沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。 沸腾钢脱氧程度低，氧、氮和一氧化碳气体从钢液中逸出，形成钢液的沸腾。沸腾钢的时效、韧性、可焊性较差，容易发生时效和变脆，但产量较高、成本较低；半镇静钢脱氧程度较高些，上述性能都略好；而镇静钢的脱氧程度最高，性能最好，但产量较低，成本较高。 3.其他因素 时效
Q235 The Grad and Chemical Composition of Carbon Construction Steel G rade: Q235 Quality Grade: B Chemical composition Quality Score %|C: 0.12～0.20 Chemical composition Quality Score %|Mn: 0.30～0.70① Chemical composition Quality Score %|Si②≤: 0.30 Chemical composition Quality Score %|S≤: 0.045 Chemical composition Quality Score %|P≤: 0.045 method of deoxidation: F、b、Z The Mechanical Property of Carbon Construction Steel Grade: Q235 Quality Grade: B Tensile testing |Yield Point σ s/MPa≥| Steel Thickness or Diameter/mm|≤16: 235 Tensile testing |Yield Point σ s/MPa≥| Steel Thickness or Diameter/mm |＞16～40: 225 Tensile testing |Yield Point σ s/MPa，≥| Steel Thickness or Diameter/mm |＞40～60: 215 Tensile testing |Yield Point σ s/MPa，≥| Steel Thickness or Diameter/mm |＞60～100: 205 Tensile testing |Yield Point σ s/MPa，≥| Steel Thickness or Diameter/mm |＞100～150: 195 Tensile testing |Yield Point σ s/MPa，≥| Steel Thickness or Diameter/mm |＞150: 185 Tensile testing | Tensile Strengthσb/MPa: 375～500 Tensile testing | Elongationδ5(%)，≥| Steel Thickness or Diameter/mm |≤16: 26 Tensile testing | Elongationδ5(%)，≥| Steel Thickness or Diameter/mm |＞16～40: 25 Tensile testing |Elongationδ5(%)，≥| Steel Thickness or Diameter/mm |＞40～60: 24 Tensile testing |Elongationδ5(%)，≥| Steel Thickness or Diameter/mm |＞60～100: 23 Tensile testing |Elongationδ5(%)，≥| Steel Thickness or Diameter/mm m|＞100～150: 22 Tensile testing |Elongationδ5(%)，≥| Steel Thickness or Diameter/mm |＞150: 21 AKV |temperature/℃: 20 AKV |V-shaped(longitudinal) AKV AK/J，≥: 27 Bend Testing，B=2a，180°| Steel Thickness or Diameter/mm |≤60|flexural core diameter d/mm: longitudinal : a，horizontal: 1.5a Bend Testing，B=2a，180°| Steel Thickness or Diameter/mm m|＞60～100| flexural core diameter d/mm: longitudinal : 2a，horizontal:2.5a Bend Testing，B=2a，180°| Steel Thickness or Diameter/mm |＞100～200| flexural core diameter d/mm : longitudinal : 2.5a，horizontal: 3a
钢材力学性能指标汇总表钢筋的公称横截面积与公称重量 公称直径，mm 公称横截面积mm 2 公称重量，Kg/m 6.5 33.18 8 50.27 0.395 10 78.54 0.617 12 113.1 0.888 14 153.9 1.21 16 201.1 1.58 18 254.5 2.00 20 314.2 2.47 22 380.1 2.98 25 490.9 3.85 28 615.8 4.83 32 804.2 6.31 36 1018 7.99 40 1257 9.87 50 1964 15.42 注：表中公称重按密度为7.85g/cm3计算。 一、钢筋混凝土用热轧带肋钢精GB1499-1998 1、力学性能 牌号公称直径mm 屈服点σsMpa 抗拉强度σbMpa 伸长率δs%
不小于 HRB335 6~25 28~50 335 490 16 HRB400 6~25 28~50 400 570 14 HRB500 6~25 28~50 500 630 12 2、弯曲性能（按下表规定的弯心直径弯曲180°后，钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹）牌号公称直径mm 弯曲试验弯心直径 HRB335 6~25 28~50 3a 4a HRB400 6~25 28~50 4a 5a HRB500 6~25 28~50 5a 7a 二、钢筋混凝土用热轧光圆钢筋GB13013-91 表面形状钢筋级别强度等级代号公称直径mm 屈服点σsMpa 抗拉强度σbMpa 伸长率δs% 冷弯d弯心直径a公称直径 不小于 光圆ΙR235 8~20 235 370 25 180°d=a 三、低碳钢热轧圆盘条GB/T701-1997 牌号屈服点σsMpa 抗拉强度σbMpa 伸长率δs% 冷弯180°d弯心直径a公称直径 不小于 Q215 215 375 27 d=0 Q235 235 410 23 d=0.5a 四、冷轧扭钢筋JG3046-1999 表一轧扁厚度、节距
大型锻造用电渣重熔锭的冶炼工艺 天津赛瑞机器设备有限公司 闫崇榜林军福王刚刘元飞 158********yanchongbang@https://www.doczj.com/doc/fb1786669.html, 摘要：结合大型筒形锻件产品的使用环境和技术条件，对大型电渣锭的电渣重熔工艺的编制进行了讨论。重点阐述了三相电渣炉生产大型电渣锭时，工艺参数的设定原则和经验，并结合生产产品的生产技术指标对工艺的合理性进行了评价。为今后此类产品的生产积累了经验。 关键词：筒形锻件大型电渣锭三相电渣炉工艺参数 The Process of ESR Large Ingot with Forging Tianjin SERI Machinery Equipment Corporation Limited YAN Chong-bang,LIN Jun-fu,WANG Gang and LIU Yuan-fei Abstract:The use of environmental and technical conditions of this combination of large tubular forgings products,preparation of large ESR ingot electroslag remelting process was discussed.Focuses on the production of large three-phase electroslag ingot,setting principle and experience of process parameters,Combined with the production index of the production technology products of technology rationality was evaluated.Accumulate experience for future production of such products. Key words:Cylinder forging；Large electroslag remelting ingot；Three-phase electroslag furnace;process parameters 1引言 电渣重熔在中型及大型锻件生产中，处于优势地位[1]。随着国内大锻件生产能力的逐步增强，市场对电渣重熔锻件的需求量也逐渐增大。在各种大型设备上，凡是较为关键的部件或主要受力部件都会采用大型锻件，复杂恶劣的工作环境，要求其必须拥有可靠性及安全性等特点，这也决定了大型锻件必须有着过硬的机械性能和超声波探伤等质量指标。为了满足这些指标，又畏于大型铸锭的缩孔、疏松、偏析、夹杂物聚集等冶金缺陷，大多数厂家会选用电渣重熔锭作为原材料进行生产。 本文所述的大型电渣锭用于一种筒类锻件的生产，该锻件将用于一种大型挤压机，并且是该挤压机的关键部件。该产品生产难度较大，国内关于大型电渣锭的生产经验较 1 第页；共8页
电渣重熔免费编辑添加义项名 材料 电渣重熔钢（electroslag remelting）是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法。 中文名称 电渣重熔 外文名称 electroslag remelting 主要目的 提纯金属 热源 主要目的 锭。经电渣重熔的钢，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、 钢锭表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。 电渣钢的铸态机械性能可达到或超过同钢种锻件的指标。电 渣钢锭的质量取决于合理的电渣重熔工艺和保证电渣工艺 的设备条件。 主要产品
电渣重熔的产品品种多，应用范围广。其钢种有:碳素钢、合金结构钢、轴承钢、模具钢、高速钢、不锈钢、耐热钢、超高强度钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金、电热合金等400多个钢种。此外，可用电渣法直接熔铸异形铸件，可以铸代锻，简化生产工序，提高金属的利用率。 主要作用 电渣熔铸工艺从根本上解决了一般铸造工艺的主要矛盾，它综合了电渣重溶-获得高冶金质量的金属和铸造-浇铸异型零件精化毛坯的长处，并具有与普通冶炼的变形金属相近的致密组织以及无各向异性的特点。与普通锻件相比，电渣熔铸件的各项性能指标完全达到同钢种的变型金属指标，甚至还避免了锻件的一些不足之处。 应用成果 近些年来，电渣熔铸新工艺逐渐引起了国内外工程技术界的重视，许多工业部门在加紧研究和使用电渣熔铸产品。在发展这项新工艺方面，原苏联、日本和美国的研究成果较多，其次是西德、捷克斯洛伐克、英国、瑞典和法国。东北大学电冶金研究室在发展电渣熔铸新工艺以及研制使用它的异型件方面取得了以下成果:? 电渣熔铸冷轧辊、阀体、三通管、厚壁中空管、石油裂解炉管、齿轮毛坯、各种模具(包括冲压模具)和柴油机曲轴等。 目前，国外著名的电渣炉制造厂家，如美国的CONSARC、德国的ALD和奥地利的INTECO等公司均采用基于PLC和工控机的2级计算机控制系统，能实现整个重熔过程的设备和工艺的全自动控制。 东北大学从20世纪90年代开始研制以液压传动或滚珠丝杠传动为核心的新型机械设备，以工控机和PLC为硬件，以专家控制为软件的智能化计算控制系统的新一代电渣炉，目前已有近20台设备成功应用于国内的工业生产中，使用效果良好。 把平炉、转炉、电弧炉或感应炉冶炼的钢铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺，英文简称ESR。美国霍普金斯(R.K.Hopkins)于20世纪40年代首先提出这种精炼方法的原理。其后苏联和美国相继建立工业生产用的电渣炉。60年代中期由于航空、航天、电子、原子能等工业的发展，电渣重熔在苏联、西欧、美国获得较快的发展。
一、设备差别 电弧炉与中频炉 中频炉一种将工频50HZ交流电转变为中频（300HZ以上至20K HZ）的电源装置，把三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的中频电流，供给由电容和感应线圈里流过的中频交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流。这种涡流同样具有中频电流的一些性质，即金属自身的自由电子在有电阻的金属体里流动要产生热量。例如，把一根金属圆柱体放在有交变中频电流的感应圈里，金属圆柱体没有与感应线圈直接接触，通电线圈本身温度已很低，可是圆柱体表面被加热到发红，甚至熔化，而且这种发红和熔化的速度只要调节频率大小和电流的强弱就能实现。如果圆柱体放在线圈中心，那么圆柱体周边的温度是一样的，圆柱体加热和熔化也没有产生有害气体、强光污染环境。 中频炉炼钢相对电弧炉来说成本低些，适合中小型企业使用（小作坊） 炼出的钢杂质多，含碳量高所以炼出的钢不纯，要求不高的可以选择中频炉炼的钢 电弧炉体积大一般都是3吨以上的，所以只有具备一定规模的企业才用的起电弧炉，它炼出的钢比较纯电渣钢与精炼钢 电渣重熔是用自耗电极将钢液滴落通过渣层去掉钢液中夹渣等缺陷 电渣炉装入的是什么? 把平炉、转炉、电弧炉或感应炉冶炼的钢铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺 将自耗电极端头逐渐熔化，熔融金属汇聚成液滴，穿过渣池，落入结晶器，形成金属熔池，受水冷作用,迅速凝固形成钢锭。在电极端头液滴形成阶段,以及液滴穿过渣池滴落阶段,钢-渣充分接触，钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收。。 电渣重熔 把平炉、转炉、电弧炉或感应炉冶炼的钢铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺电渣重熔基本过程如图所示。 在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渣，自耗电极一端插入熔渣内。自耗电极、渣池、金属熔池、钢锭、底水箱通过短网导线和变压器形成回路。在通电过程中，渣池放出焦耳热，将自耗电极端头逐渐熔化，熔融金属汇聚成液滴，穿过渣池，落入结晶器，形成金属熔池，受水冷作用,迅速凝固形成钢锭。在电极端头 液滴形成阶段,以及液滴穿过渣池滴落阶段,钢-渣充分接触，钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收。钢中有害 元素（硫、铅、锑、铋、锡）通过钢-渣反应和高温气化比较有效地去除。液态金属在渣池覆盖下，基本上避免了再氧化。因为是在铜制水冷结晶器内熔化、精炼、凝固的，这就杜绝了耐火材料对钢的污染。钢锭凝固前，在它的上端有金属熔池和渣池，起保温和补缩作用，保证钢锭的致密性。上升的渣池在结晶器内壁上形成一层薄渣壳，不仅使钢锭表面光洁，还起绝缘和隔热作用，使更多的热量向下部传导,有利于 钢锭自下而上的定向结晶。由于以上原因,电渣重熔生产的钢锭的质量和性能得到改进，合金钢的低温、 室温和高温下的塑性和冲击韧性增强，钢材使用寿命延长。 电渣重熔设备简单，投资较少，生产费用较低。电渣重熔的缺点是电耗较高，目前通用的渣料含CaF较多，在重熔过程中，污染环境，必须设除尘和去氟装置。 二、产品特点 钢中有害元素（硫、铅、锑、铋、锡）通过钢-渣反应和高温气化比较有效地去除。液态金属在渣池覆盖下，基本上避免了再氧化。因为是在铜制水冷结晶器内熔化、精炼、凝固的，这就杜绝了耐火材料对钢的污染。钢锭凝固前，在它的上端有金属熔池和渣池，起保温和补缩作用，保证钢锭的致密性。上升的渣池在结晶器内壁上形成一层薄渣壳，不仅使钢锭表面光洁，还起绝缘和隔热作用，使更多的热量向下部传导,有利于钢锭自下而上的定向结晶。由于以上原因,电渣重熔生产的钢锭的质量和性能得到改进，合金钢的低温、室温和高温下的塑性和冲击韧性增强，钢材使用寿命延长
三、简答题 1．简述哪些因素对钢材性能有影响？ 化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。2．钢结构用钢材机械性能指标有哪几些？承重结构的钢材至少应保证哪几项指标满足要求？ 钢材机械性能指标有：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯性能、冲击韧性； 承重结构的钢材应保证下列三项指标合格：抗拉强度、伸长率、屈服点。3．钢材两种破坏现象和后果是什么？ 钢材有脆性破坏和塑性破坏。塑性破坏前，结构有明显的变形，并有较长的变形持续时间，可便于发现和补救。钢材的脆性破坏，由于变形小并突然破坏，危险性大。 4．选择钢材屈服强度作为静力强度标准值以及将钢材看作是理想弹性一塑性材料的依据是什么？ 选择屈服强度f y 作为钢材静力强度的标准值的依据是：①他是钢材弹性及塑性工作的分界点，且钢材屈服后，塑性变开很大（2%~3%），极易为人们察觉，可以及时处理，避免突然破坏；②从屈服开始到断裂，塑性工作区域很大，比弹性工作区域约大200倍，是钢材极大的后备强度，且抗拉强度和屈服强度的比例又较 大（Q235的f u /f y ≈1.6~1.9）,这二点一起赋予构件以f y 作为强度极限的可靠安 全储备。 将钢材看作是理想弹性—塑性材料的依据是：①对于没有缺陷和残余应力影响的 试件，比较极限和屈服强度是比较接近（f p =(0.7~0.8)f y ），又因为钢材开始屈服 时应变小（ε y ≈0.15%）因此近似地认为在屈服点以前钢材为完全弹性的，即将屈服点以前的б-ε图简化为一条斜线；②因为钢材流幅相当长（即ε从0.15%到2%~3%），而强化阶段的强度在计算中又不用，从而将屈服点后的б-ε图简化为一条水平线。 5．什么叫做冲击韧性？什么情况下需要保证该项指标？ 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量(包括弹性和非弹性能)来度量，韧性是钢材强度和塑性的综合指标。在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具有常温(℃ 20)冲击韧性指标，还要求具有负温(℃ 0、℃ 20 -或℃ 40 -)冲击韧性指标。
．钢筋的应力—应变曲线和力学性能指标 钢筋混凝土及预应力混凝土结构中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋(一般称为软钢)和无明显屈服点的钢筋(一般称为硬钢)。 有明显屈服点的钢筋的应力-应变曲线如图11-30所示。图中，a点以前应力与应变按比例增加，其关系符合虎克定律，这时如卸去荷载，应变将恢复到0，即无残余变形，a点对应的应力称为比例极限；过ad 点后，应变较应力增长为快；到达b点后，应变急剧增加，而应力基本上不变，应力—应变曲线呈现水平段cd，钢筋产生相当大的塑性变形，此阶段称为屈服阶段。b、c两点分别称为上屈服点和下屈服点。由于上屈服点b为开始进入屈服阶段的应力，呈不稳定状态，而下屈服点c比较稳定，因此，将下屈服点c的应力称为“屈服强度”。当钢筋屈服塑流到一定程度，即到达图中的d点，cd段称为屈服台阶，过d点后，应力应变关系又形成上升曲线，但曲线趋平，其最高点为e，de段称为钢筋的“强化阶段”，相应于e点的应力称为钢筋的极限强度，过e点后，钢筋薄弱断面显著缩小，产生“颈缩”现象(图11-31)，此时变形迅速增加，应力随之下降，直至到达f点时，钢筋被拉断。
钢筋的力学性能指标有4个，即屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和冷弯性能 (1)屈服强度 如上所述，对于软钢，取下屈服点c的应力作为屈服强度。对无明显屈服点的硬钢，设计上通常取残余应变为0．2％时所对应的应力作为假想的屈服点，称为条件屈服强度，用σ0．2来表示。对钢丝和热处理钢筋的0．2，规范统一取0．8倍极限抗拉强度。 (2)极限抗拉强度 对于软钢，取应力-应变曲线中的最高点e为极限抗拉强度；对于硬钢，规范规定，将应力—应变曲线的最高点作为强度标准值的依据。 (3)伸长率 伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指称，用δ表示。δ为钢筋试件拉断后的残余应变，其值为： 式中 l1——钢筋试件受力前的量测标距长度； 12——试件经拉断并重新拼合后的量测得到的标距长度。 应变量测标距按规定有l1=5d(d为试件直径)、10d，和按固定长度100mm三种，相应的伸长率分别为δ5、δ10、δ100，标距越短，平均残余应变越大，因此，一般δ5>δ10>δ100。 伸长率大的钢筋塑性性能好，拉断前有明显的预兆；伸长率小的钢筋塑性性能差，其破坏会突然发生，呈脆性特征，具有明显屈服点的钢筋有较大的伸长率，而无明显屈服点的钢筋伸长率很小。 (4)冷弯试验 冷弯试验是检验钢筋塑性的另一种方法。伸长率一般不能反映钢筋的脆化倾向，而冷弯性能可间接地反映钢筋的塑性性能和内在质量。冷弯试验的两个主要参数是弯心直径D和冷弯角度α。将要试验的钢筋(直径为d)绕某一规定直径的钢辊轴(直径为D)进行弯曲(图11-33)。冷弯试验合格的标准为在规定的D和α下