合金钢是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或脱氧元素 外，还含有其他合金元素如铬、镍、钼、钛、钒、铜、钨、 铝、钴、铌、锆和稀土元素等，有的还含有某些非金属元
素如硼、氮等的钢。
根据钢中合金元素含量的多少，又可分为低合金钢， 中合金钢和高合金钢。一般合金元素总含量小于3%的为普
通低合金钢，总含量为3%～5%的为低合金钢，大于10%的叫 高合金钢，总含量介于5%～10%之间为中合金钢。
按钢中所含有的主要合金元素不同可分为锰钢、硅钢、
硼钢、铬镍钨钢、铬锰硅钢等。
按冶炼方法和质量水平分类
• 按炼钢炉设备不同可分为转炉钢、电炉钢、平炉钢。其中 电炉钢包括电弧炉钢、感应炉钢、电渣钢、电子束熔炼及 有关的真空熔炼钢等。
•
按脱氧程度不同可分为沸腾钢（不经脱氧或微弱脱氧）、
镇静钢（脱氧充分）和半镇静钢（脱氧不完全，介于镇静 钢和沸腾钢之间）。
[S]≤0.025%
[S]≤0.005%,甚至更
低。
有些钢种，如易切削钢硫则作为合金元素加入，
要求[S]=0.08%-0.20%。
三、钢中的氧
• 在吹炼过程中，向熔池供入了大量的氧气，到吹炼
终点时，钢水中含有过量的氧，即钢中实际氧含量
高于平均值。 • 如不脱氧，在出钢、浇铸中，温度降低，氧溶解度 得不到正确凝固组织结构的连铸坯。
脱氧的任务
• 根据具体的钢种，将钢中的氧含量降低到所需的水平，
以保证钢水在凝固时得到合理的凝固组织结构；
• 使成品钢中非金属夹杂物含量最少，分布合适，形态适 宜，以保证钢的各项性能指标； • 得到细晶结构组织。 常用的脱氧剂有Fe-Mn，Fe-Si，Mn-Si，Ca-Si等合金。
四、钢中的气体
• 钢液中的气体会显著降低钢的性能，而且容易
降低，促使碳氧反应，钢液剧烈沸腾，使浇铸困难，
• 钢中氧含量高，还会产生皮下气泡，疏松等缺陷， 并加剧硫的热脆作用。在钢的凝固过程中，氧将 会以氧化物的形式大量析出，会降低钢的塑性， 冲击韧性等加工性能。 • 一般测定的是钢中的全氧，即氧化物中的氧和溶 解的氧之和，在使用浓差法定氧时才是测定钢液 中溶解的氧，在铸坯或钢材中取样时是全氧样。
工过程中，晶界处的共晶体熔化，钢受压时造成
晶界破裂，即发生“热脆”现象。 • 如果钢中的氧含量较高，FeS与FeO形成的共晶体 熔点更低（940℃），更加剧了钢的“热脆”现 象的发生。
• 锰可在钢凝固范围内生成MnS和少量的FeS，
纯 MnS 的 熔 点 为 1610℃ ， 共 晶 体 FeS-MnS （占93.5%）的熔点为1164℃，它们能有 效的防止钢热加工过程的生产镇静钢时，[Al]多在0.005%-0.05%，
通常为0.01%-0.03%。钢中铝的加入量因氧量而异，对高碳钢 应少加些，而低碳钢则应多加，加入量一般为:0.3-1.0kg/t钢。 铝加到钢中将与氧发生反应生成Al2O3，在出钢、镇静和浇 铸时生成的Al2O3大部分上浮排除，在凝固过程中大量细小分散
硫还会明显降低钢的焊接性能，引起高温龟
裂，并在焊缝中产生气孔和疏松，从而降低焊缝
的强度。硫含量超过0.06%时，会显著恶化钢的耐
蚀性。硫还是连铸坯中偏析最为严重的元素。
• 不同钢种对硫含量有严格的规定：
非合金钢中普通质量级钢[S]≤0.045%
优质级钢 [S]≤0.035%，
特殊质量级钢
有的钢种要求如管线钢
的Al2O3还能促进形成细晶粒钢。铝是调整钢的晶粒度的有效元
素，它能使钢的晶粒开始长大并保持到较高的温度。
七、钢的分类
• 按化学成分分类
按是否加入合金元素可钢分为把碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢是指钢中除含有一定量为了脱氧而加入硅（一
般≤0.40%）和锰（一般≤0.80%）等合金元素外，不含其 他合金元素的钢。根据碳含量的高低又可分成低碳钢 （ [C]≤0.25% ） ， 中 碳 钢 (0.25%≤[C]≤0.60%) 和 高 碳 钢 ([C]>0.60%)。
第一节 炼钢的任务及钢的分类
炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧， 去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整 成分。
归纳为：“四脱”（碳、氧、磷和硫），
“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分
和温度）。采用的主要技术手段为：供氧，造渣，
升温，加脱氧剂和合金化操作。
一、钢中的磷
• 对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的 含量高会引起钢的 “冷脆”，即从高温降到0℃ 以下，钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接
• 钢中加入适量的铝，可生成稳定的AlN，能够
压抑Fe4N生成和析出，不仅改善钢的时效性，
还可以阻止奥氏体晶粒的长大。氮可以作为合
金元素起到细化晶粒的作用.在冶炼铬钢，镍 铬系钢或铬锰系等高合金钢时，加入适量的氮， 能够改善塑性和高温加工性能。
五、钢中的夹杂
• 钢中非金属夹杂按来源分可以分成外来夹 杂和内生夹杂。
• 外来夹杂是指冶炼和浇铸过程中，带入钢
液中的炉渣和耐火材料以及钢液被大气氧
化所形成的氧化物。
内生夹杂包括：
• 脱氧时的脱氧产物；
• 钢液温度下降时，硫、氧、氮等杂质元素溶解 度下降而以非金属夹杂形式出现的生成物； • 凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的 产物； • 固态钢相变溶解度变化生成的产物。 钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产 生的。
• 按质量水平不同可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。
按用途分类
分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢。
• 结构钢是目前生产最多、使用最广的钢种，它包括碳素 结构钢和合金结构钢，主要用于制造机器和结构的零件 及建筑工程用的金属结构等。碳素结构钢是指用来制造 工程结构件和机械零件用的钢，其硫、磷等杂质含量比 优质钢高些，一般[S]≤0.055%，[P]≤0.045%，优质碳 素钢[S]和[P]均≤0.040%。碳素结构钢的价格最低，工 艺性能良好，产量最大，用途最广。
性能与冷弯性能变差。
• 磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷含量的增 加，钢液的表面张力降低显著，从而降低了钢的 抗裂性能。
• 磷是仅次于硫在钢的连铸坯中偏析度高的元素， 而且在铁固熔体中扩散速率很小，因而磷的偏
析很难消除，从而严重影响钢的性能，所以脱
磷是炼钢过程的重要任务之一。磷在钢中是以 [Fe3P]或[Fe2P]形式存在，但通常是以[P]来表 达。炼钢过程的脱磷反应是在金属液与熔渣界 面进行的。
调质钢的含碳量大于0.25%，所制成的零件经淬火和高温
回火调质处理后，可得到适当的高强度与良好的韧性。 氮化钢一般是指以中碳合金结构钢制成零件，先经过调 质或表面火焰淬火、高频淬火处理，获得所需要的力学性能， 最后再进行氮化处理，以进一步改善钢的表面耐磨性能。
工具钢包括碳素工具钢和合金工具钢及高速钢。 • 碳素工具钢的硬度主要以含碳量的高低来调整 （0.65%≤[C]≤1.30%），为了提高钢的综合性能，有的钢中 加入0.35%～0.60%的锰。
根据成分不同，夹杂物可分为
• 氧化物夹杂，即 FeO、MnO、SiO2、Al2O3 、Cr2O3
等简单的氧化物； • FeO-Fe2O3 、FeO-Al2O3、MgO-Al2O3等尖晶石类和 各种钙铝的复杂氧化物； • 2FeO-SiO2，、2MnO-SiO2、 3MnO-Al2O3-2SiO2等硅 酸盐； • 硫化物夹杂，如FeS、MnS、CaS等；
物的形态和分布以提高钢质；
锰是一种非常弱的脱氧剂，在碳含量非常低、
氧含量很高时，可以显示出脱氧作用，协助脱氧，
提高他们的脱氧能力； 锰还可以略微提高钢的强度，并可提高钢的淬 透性能，稳定并扩大奥氏体区，常作为合金元素生 成奥氏体不锈钢、耐热钢等。
硅 (Si)
硅是 钢 中 最 基 本的 脱 氧剂 。 普通 钢 中含 硅 在
硫在钢中以FeS的形式存在， FeS的熔点为1193℃， Fe与FeS组成的共晶体的熔点只有985℃。液态Fe与 FeS虽可以无限互溶，但在固熔体中的溶解度很小， 仅为0.015%-0.020%。
• 当 钢 中 的 [S]＞0.020% 时 ， 由 于 凝 固 偏 析 ， FeFeS共晶体分布于晶界处，在1150-1200℃的热加
不同用途的钢对磷的含量有严格要求：
非合金钢中普通质量级钢[P]≤0.045%；
优质级钢
特殊质量级钢 有的甚至要求
[P]≤0.035%；
[P]≤0.025%； [P]≤0.010%。
有些钢种:炮弹钢，耐腐蚀钢需加P元素。
二、钢中的硫
硫 对钢的性能会造成不良影响，钢中硫含量高，
会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的“热脆”性。
冶 炼 一 般 钢 种 时 要 求 将 [Mn] 控 制 在 0.4%0.8%。在实际生产中还将[Mn]/[S]比作为一个指
标进行控制，[Mn]/[S]对钢的热塑性影响很大。
从低碳钢高温下的拉伸实验发现提高[Mn]/[S]
比可以提高钢的热延展性。一般[Mn]/[S]≥7时不
产生热脆。
[Mn]/[S]比对低碳钢热延展性的影响
度。
• 碳能显著改变钢的液态和凝固性质，在16000C， [C]≤0.8%时，每增0.1%的碳
◆钢的熔点降低6.50C
◆密度减少4kg/m3
◆黏度降低0.7%
◆[N]的溶解度降低0.001% ◆[H]的溶解度降低0.4 cm3/100g ◆增大凝固区间17.790C 。
锰(Mn)
锰的作用是消除钢中硫的热脆倾向，改变硫化
因此在炼钢、精炼和连铸过程应最大限度地降低钢
液中夹杂物的含量，控制其形状、尺寸。
六、钢中的成分(碳)
• 炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化 脱除至所炼钢钟的要求。从钢的性质可看出碳
也是重要的合金元素，它可以增加钢的强度和