质量年·第八讲丨钢中气体来源与预防

钢中气体是指溶解在钢中的氧、氮和氢等气体。炼钢所用的原材料中含有一定数量的气体，而且冶炼中钢液不可避免地要与空气接触，因此成品钢中或多或少会含有一定量的氧、氮和氢.........

钢中气体是指溶解在钢中的氧、氮和氢等气体。炼钢所用的原材料中含有一定数量的气体，而且冶炼中钢液不可避免地要与空气接触，因此成品钢中或多或少会含有一定量的氧、氮和氢等，它们存在于钢中会形成气泡或夹杂物(氧化物、氮化物)，因此大量气体存在对钢材的质量将产生各种各样的不良影响。钢中气体的危害并不小，它们严重时会导致钢材成批地报废，因此尽可能地减少钢中各种气体的含量也是炼钢的重要任务之一。由于氧在固态钢中的溶解度远低于在钢液中的溶解度，所以液态钢中溶解的氧在温度降低和凝固时将会以氧化物夹杂的形式析出。炼钢过程是一个氧化和还原的过程，因此在冶炼过程中要向炉内供氧，用来氧化钢中的杂质元素。但是所产生的氧化产物，会部分地残留在钢中成为夹杂物，降低钢的塑性、韧性、强度、疲劳强度等力学性能，并且提高钢的脆性转变温度;氧还会与碳反应生成CO气泡，形成气孔缺陷。钢中的氮主要来自炉料和炉气，氮能固溶于钢中，也能以氮化物和气体形式存在于钢中。钢中氮直接影响钢铁材料的性能，降低钢的成形性、焊接性能及高温韧性及塑性，同时会加剧钢材的时效和冷脆，氮会造成铸坯裂纹;钢中的氮会造成铸坯皮下气泡、中心疏松等缺陷。氢一般是以间隙原子形式固溶在钢中，所以氢在固态钢中的溶解度很小。随着钢液中氢含量的增加，铸坯产生的白点、气泡、针孔、纵裂等缺陷也相应增多。氢会使钢的塑性、韧性降低，易于脆断，引起“氢脆”。

氧在转炉冶炼终点时都以一定量存在于钢水中，因为炼钢过程首先是氧化过程，脱磷、脱硫、脱碳都需要向铁水供氧。在转炉熔池中钢液的C-O的关系却有着共同的规律性，即随着[C]的逐步降低，[O]却在逐步增高，[C]和[O]有着相互对应的平衡关系;出钢时钢水裸露过程中吸入氧气，使钢水的氧含量增加;加合金、增碳时吹氩量较大，钢水裸露在空气中吸氧;连铸过程中若钢水保护浇铸装置有缝隙产生负压吸入大量空气时会发生钢水二次氧化。氮气在炉气中的分压力很高，大气中氮的分压力大体保持在7.8x104Pa。因此钢中的氮主要是钢水裸露过程中吸入并溶解。转炉出钢过程中氮含量明显增加，尤其在终点碳小于0.05%，出钢口差很空气容易卷入而造成钢水吸氮;铁合金、废钢铁和渣料中的氮也会随炉料带入钢水中，导致钢中氮增加;加合金、增碳时吹氩量较大，钢水裸露在空气中吸氮;精炼炉升温电弧加热，加速了气体的解离，使钢水中的氮含量增加;连铸过程中若保护浇铸装置有缝隙产生负压吸入大量空气时会发生钢水上氮。氢气在炉气中的分压力很低，大气中氢的分压力为0.053 Pa。因此钢中的氢主要由炉气中的水蒸汽的分压力来决定。氢进入钢液的主要途径是:废钢表而的铁锈，增碳剂、覆盖剂、石灰等表面吸附的水份和化合水，铁合金中的气体，未烤干的钢包、中间包、水口等，结晶器渗水以及大气中的水份与钢水或炉渣作用而进入钢中。

钢坯中的残留氧含量取决于脱氧后钢液中所含的氧，全氧T[0]等于溶解氧[0]溶和夹杂物中含氧[0]夹之和，脱氧前降低[0]溶是脱氧的关键。脱氧后钢中夹杂物含氧[0]基本上代表了T[0]，降低钢中氧含量就是降低钢中夹杂物含量。

转炉吹炼终点碳含量、温度和渣的氧化性对钢中氧含量有直接影响。氧含量越高，生成的一次和二次脱氧产物越多，在精炼和连铸过程中仅能去除部分夹杂物。因此，转炉冶炼提高吹炼终点碳含量和温度的双命中率、减少补吹效果和利用底吹工艺是降低转炉终点氧含量的有效措施。

LF炉整个精炼处理过程控制好底吹氩气量，防比钢水大面积裸露而吸氧;采用微正压操作，防止钢水吸氧;造白渣处理，白渣具有良好的流动性，保证[Fe0]+ [Mn0]

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