《金属材料工程概论（第2版）》3-1金属冶炼与质量控制课件

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金属材料生产及加工本章仅就几个重要的过程——冶炼、铸造、压力加工、切削加工、焊接、热处理、粉末冶金、表面工程等进行简单的讨论和介绍。3.1金属冶炼与质量控制本节着重讨论与金属材料内部质量密切相关的冶金问题：（1）成分的控制；（2）气体与夹杂；（3）组织结构控制。3.1.1

金属冶炼方法钢的生产过程大致为：采矿－选矿－炼铁－炼钢－铸锭－锻造或轧钢－钢材。钢主要是用氧气碱性转炉法和电弧炉法生产的。图3-1转炉炼钢法示意图（a）顶吹法；（b）底吹法；（c）顶底复吹法

图3-2电弧炉示意图1-倾炉液压缸；2-倾炉摇架；3-炉门；4-熔池；5-炉盖；6-电极；7-电极夹持器；8-炉体；9-电弧；10-出钢槽3.1.2

成分的控制

生产金属材料时，由于难于精确控制多相反应的物理化学过程，势必要求合金中需要控制的合金元素及杂质含量具有尽量宽的规格。从冶金学角度考虑，应该尽可能改善设备及原材料状态，并提高技术水平。这样便可生产成分较为复杂而规格较狭的金属材料。冶炼高合金钢时，需要使用较大量的铁合金，因而铁合金中杂质的含量对于成分控制的影响是需要计算的，否则成分易于脱格而报废。由于同样的原因，发展合金钢时，也应该考虑铁合金的品种及其成本。冶炼合金钢时，一般使用大量的废钢，因而废钢中残存元素的含量对于成分的控制会有影响。使用部门所需要的是合金的性能，冶金部门所生产的是具有给定成分的合金。从冶金学上改进成分控制的技术。3.1.3减少气体与夹杂金属材料的成分也应该包含气体与夹杂，它们不仅影响金属材料的性能，也影响冶金生产过程的进行，因此它们的控制是一个重要的冶炼问题。金属中的气体在绝大多数情况下并不是以气体形态(气孔、气泡)而是以溶液、固溶体或化合物的形态存在于金属中，液态金属中的气体，在液态金属冷却、结晶过程中析出并逸入大气中，或者残存在金属锭中。除了硫化物外，金属中非金属夹杂物(简称为夹杂)如氧化物、硅酸盐、氮化物、氢化物等，都可认为是金属中气体存在的特殊形式—化合物。因此金属的气体与夹杂的关系很密切，常常是难以分开的问题。

关于纯净钢、洁净钢的概念，一般认为,洁净钢是指对钢中非金属夹杂物(主要是氧化物、硫化物)进行严格控制的钢种,这主要包括:钢中总氧含量低,非金属夹杂物数量少、尺寸小、分布均匀、脆性夹杂物少以及合适的夹杂物形状。而纯净钢则是指除对钢中非金属夹杂物进行严格控制以外,钢中其它杂质元素含量也少的钢种。一是钢中杂质元素要超低量，即钢中S、P、O、N、H甚至包括C应超低量，二是要严格控制钢中非金属夹杂物的数量和形态。目前国内外已建立大规模生产纯净钢IF深冲汽车钢板生产体系,运作正常,钢中C、S、P、N、H、O质量分数之和不大于100×10-6。不少冶金学家将超纯净钢界定为S、P、N、H、O质量分数之和不大于40×10-6（40ppm）。3.1.4组织结构控制除了化学成分，金属材料的组织结构是决定性能的最重要的因素。组织结构除了受成分制约外，还要由铸造条件、压力加工条件、特别是热处理条件来确定。冶金产品，如钢材、型钢、棒材等通过锻造、轧制，热处理等一系列工序，改善钢的组织结构，提高钢的冶金质量，对于后续机械产品的加工和性能，非