金属材料工程毕业论文优质碳素结构钢中的非金属夹杂物研究Study of nonmetallic inclusions in thehigh-quality carbon structural steels学生姓名薛芳学院材料科学与工程专业金属材料工程年级2008级指导教师姓名李胜利教授2012年5月23 日摘要优质碳素结构钢中的非金属夹杂物对其质量和性能有重要影响，所以，必须控制非金属夹杂物以提高钢的质量，本文分析了45钢中非金属夹杂物的种类、数量和来源。
采用的研究方法为：取45热轧圆钢磨制做金相观察，观察其中的夹杂物种类和数量，进行评级；取拉伸试样和冲击试样断口，对断口上特定区域的夹杂物进行成分分析，确定夹杂物成分及类型。
研究表明，45钢中硫化物类夹杂较少，而氧化物类和硅酸盐类夹杂的含量较多，这主要是由于在炼钢和连铸过程中，脱氧不充分造成的内生夹杂和卷渣滞留及耐火材料脱落造成的外来夹杂，但不排除原材料中自带得内生夹杂。
根据夹杂物来源，给出控制夹杂物的建议。
关键词：45优质碳素结构钢；非金属夹杂物；评级；断口分析ABSTRACTThe nonmetallic inclusions in the steels have an important effect on their qualities and properties, so, it's necessary to keep the quantities of the nonmetallic inclusions in control. This thesis is mainly to study the species composition,quantities and origins of the nonmetallic inclusions.The experiments of this study are as follows: take 45 samples from different furnaces to make metallographic test, identify the types and quantities of the nonmetallic inclusions and equal to rate; take tensile and impact fracture samples from bars after finishing treatment to observe the grain structure of fracture with Scanning Electron Microscopy, determine the species composition and types of the areas those are thought as nonmetallic inclusions and confirm the sources of them.The result shows: during the steel making and continuous casting, deoxidation is not enough and roll residue is trapped, so it will become endogenous inclusion, of course, it's also including the inclusions of the raw materials aggregation, this will become exogenous nonmetallic inclusions. Then according to the sources of the nonmetallic inclusions, we will propose proper measures.Key words：45 high-quaility carbon structural steels; nonmetallic inclusions; rate; fracture analysis目录摘要 (I)ABSTRACT ........................................................................................................ I I 目录 .. (III)第一章绪论 (1)1.1 优质碳素结构钢技术背景 (1)1.1.1 优质碳素结构钢工艺发展 (1)1.1.2 优质碳素结构钢用途 (2)1.1.3 非金属夹杂物对优质碳素结构钢性能的影响 (2)1.2 优质碳素结构钢生产工艺及夹杂物分类 (4)1.2.1优质碳素结构钢生产工艺 (4)1.2.2可能出现夹杂物的环节 (6)1.2.3 非金属夹杂物的分类 (7)1.3 夹杂物的鉴定方法 (9)1.4 课题研究的目的及内容 (10)1.4.1 课题研究目的 (10)1.4.2 课题研究内容 (10)第二章实验方法及内容 (11)2.1 实验材料及设备 (11)2.2 试样制备 (12)2.2.1 金相试样的制备 (12)2.2.2 电镜试样制备 (13)2.3 实验方法 (14)2.3.1夹杂物的观察方法 (14)2.3.2 非金属夹杂物的类型判定及评级方法 (16)2.3.3 夹杂物成分分析方法 (17)第三章实验结果及分析 (18)3.1 典型非金属夹杂物的类型和形态 (18)3.2 非金属夹杂物的评级 (23)3.3夹杂物的成分分析及相应改进措施 (31)3.3.1 夹杂物成分分析 (31)3.3.2 夹杂物改进措施 (36)第四章结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)第一章绪论钢铁工业是原材料工业，也是基础工业。
它的发展是和整体经济发展规模和速度相适应的。
钢铁产品又是用途广、用度大的材料，钢铁工业和各经济部门的发展密切相关，各经济部门使用钢材的数量和品种质量是不尽相同的，因此产品结构的变化和发展将直接影响到钢铁工业的发展速度和产品结构。
中国自1996年以来，连续6年钢产量超过了1亿吨。
2000年我国钢铁企业的连铸比平均达到87.5％，连铸坯产量已经超过了 1.04亿吨；钢产量达到了1.2764亿吨，约占世界钢产量的15.40％；钢材、粗钢和生铁产量连续5年居世界第一为，成为产钢大国。
[1]随着我国经济的健康发展，钢产品的需求还将不断增加，钢铁工业的也会不断向前发展。
而在钢铁中尤其以优质碳素结构钢的应用最为广泛。
1.1 优质碳素结构钢技术背景1.1.1 优质碳素结构钢工艺发展上世纪90年代初开始，我国钢铁企业陆续开展了“技术改造、结构调整及产品更新换代”的优化钢铁生产流程改造，钢铁冶金工业中各种新装备、新技术不断涌现，炼钢工艺和冶炼水平都得到了长足的发展，钢的化学成分及组织控制日益精确，钢的洁净[21]化程度不断提高。
例如，随着铁水预处理技术的逐步发展，脱硅、脱硫、脱磷技术开发成功并转入工业化生产，为转炉冶炼优质碳素结构钢钢提供低硫、磷铁水创造了条件。
同时转炉顶底复合吹炼技术日益完善，使转炉吹炼优质碳素结构钢的冶金条件更加优越。
更重要的是自上世纪日本发明LF钢包精炼炉以来，炉外精炼技术发展十分迅猛，大大缩短转炉冶炼时间，由于炉外精炼具有效率高、温度易控制、钢水成分控制精度高等优点，为“转炉－精炼－连铸”优质碳素结构钢工艺创造了很好的条件。
目前，不管是电炉流程还是转炉流程，低夹杂含量、高洁净度钢材的生产和技术操作已没有理论方面的障碍，存在的最大问题是生产过程的非稳态现象，如浸入式水口破裂等，必须不断优化工艺及设备来杜绝和减少此类问题的发生。
本世纪钢铁工业发展的关键在于：（1）采用新流程、新技术（超声波技术[14]）、新装备代替传统的全流程生产方式，达到高生产率、高效率、产品优质。
（2）节约资源、能源，降低制造成本、设备成本、及劳动成本。
（3）满足国民经济个部门对钢材使用性能及质量上不断提高的要求，钢中[C]+[P]+[S]+[O]+[N]+[H]总和不大于0.01％。
（4）保护环境、根治污染，保持生态平衡。
[1]1.1.2 优质碳素结构钢用途优质碳素结构钢用途广泛，本研究所用的45钢是优质碳素结构钢中用量最大的钢种之一，广泛应用于汽车、航空工业及机械行业。
作为钢铁工业中的高附加值产品，在国民经济结构的提升过程中具有重要地位，市场需求极大。
45钢属中碳优质碳结钢，具有高的强度、一定的塑性和韧性，切削加工性能良好，成本较低，适当热处理后可获得良好的综合力学性能，多用于制造各种强度要求较高，韧性中等的运动零件，如空压机、泵的活塞，蒸气透平机的叶轮，重型和通用机械中的轧制轴、连杆、蜗杆、曲轴、连杆、丝杠、齿轮、齿条、链轮、键、销子、套筒、重要螺钉和螺母等。
比如，将45钢进行调质后其抗拉强度达到800MPa左右[4]，可满足制造受力复杂、强度要求较高、韧性中等零件的一般需要，因此在汽车、航空工业及机械制造等行业有着广泛的应用。
45调质钢主要用于制造各种轴类、连杆、蜗杆、曲轴、连杆、丝杠、齿轮、齿条等承受交变载荷的零件，长期服役容易产生疲劳现象，疲劳断裂是其主要失效形式之一，而钢中存在的各种非金属夹杂物，尤其是大颗粒夹杂物，极易作为疲劳裂纹源而成为影响零件疲劳强度的重要因素。
因此，严格控制冶炼工艺、全流程实施有效的缺陷控制是生产优质45钢棒材的基本保证。
1.1.3 非金属夹杂物对优质碳素结构钢性能的影响洁净度对钢材的使用是非常重要的，钢材的性能决定了它们的用途和竞争能力，而性能又是由钢材化学成分和最终的微观组织决定的。
包括氧化物在内的各种非金属夹杂物在很大程度上恶化了钢材的微观组织，并由此对钢材性能带来多方面的不利影响，例如，降低钢的强韧性、疲劳寿命、耐蚀性及耐磨性，影响钢材冷、热加工性能等。
[7]近年来，随着科学技术的发展和钢材(特别是高附加值产品)市场竞争日趋激烈, 对钢材的性能要求日益严格，质量要求不断提高，国内外各大钢铁企业均在努力提高钢的洁净度, 严格控制非金属夹杂物的组成和数量，以期明显改善钢的加工和使用性能，提高产品竞争力。
减少非金属夹杂物，提高钢的洁净度，生产具有最佳性能的产品，已成为本世纪钢铁生产、研究的重要发展方向。
由于各类机械零件受力不同，加工各异，要求钢材必须适应切削、热压、拉拔、冲压等各种不同加工工艺的生产需要, 因此生产该钢种不但要保证化学成分合格, 还要保证其力学性能和工艺性能合格。
非金属夹杂物对优质碳素结构钢的洁净度具有重要影响。