沸騰鋼（rimmed steel；rimming steel）是指煉鋼時未能很好脫氧的鋼。煉鋼時要依靠氧氣去除多餘的碳，而過量的氧將生成多種氧化物成為夾雜物，為此必須脫氧。沸騰鋼的脫氧是僅加弱脫氧劑，如加錳鐵可生成氧化錳，同時生成氧化鐵。但氧化鐵在澆注鋼錠時還會與鋼中的碳生成一氧化碳和鐵，此時一氧化碳氣體逸出鋼錠使之成沸騰狀，故稱沸騰鋼。沸騰鋼中的孔多，使結構疏鬆，偏析也多，質量較差，可用於不十分重要的鋼結構中。
基本介紹
- 中文名：沸騰鋼
- 外文名：rimmed steel
- 實質：脫氧不完全的鋼
- 領域：冶金
- 優點：表面質量好
- 缺點：偏析嚴重
簡介,結構,性質,分類及特點,過氧化鋼的危害,
簡介
指脫氧程度極低的鋼。鋼水含有很多的氧，在凝固過程中和鋼中的碳產生激烈反應，放出CO氣泡，使鋼水在鋼錠模內發生“沸騰”現象而得名。鋼水凝固時析出的CO氣體壓力pCO=140kPa±25kPa。沸騰鋼只限於生產含碳量0.02%～0.30%的低碳鋼，含碳量過高或過低的鋼水，在凝固時模內沸騰都很微弱，難以得到良好的沸騰鋼鋼錠。生產沸騰鋼鋼錠的關鍵是鋼水在模內有強烈而適當的沸騰，過強或過弱的沸騰都不能得到良好的沸騰鋼鋼錠結構。模內沸騰靠鋼水氧化性來保證，鋼水氧化性依靠合適的鋼水溫度和加入適量的錳鐵來控制。沸騰鋼鋼錠軋成的板材表面質量好，但偏析嚴重。沸騰鋼只能用模鑄法生產而不能用連鑄法生產。
結構
沸騰鋼鋼錠的結構如圖所示，可分為5個帶：
(1)堅殼帶。鋼液接觸模壁後受到強烈冷卻，形成由細小等軸晶組成的無氣泡的緻密、堅實的外殼帶。一般厚度為12～25mm。
(2)蜂窩氣泡帶。鋼錠下部的柱狀晶在向錠心生長時，平行於柱狀晶生長方向而逐漸長大成為橢圓形氣泡組成。
(3)中心堅固帶。為防止出現過分嚴重的偏析在鋼液上面加蓋封頂後，抑制了碳氧反應，氣體停止析出，蜂窩氣泡終止生長，而結晶繼續進行，形成無氣泡的由柱狀晶組成的中心堅固帶。
(4)二次氣泡帶。隨柱狀晶的生長，由於偏析作用碳氧富集到一定程度時，碳氧反應重新發生，產生的氣泡分布在鋼錠整個高度，成為二次氣泡帶。
(5)錠心帶。當模壁溫度與鋼錠中心溫度之差很小時，鋼錠心部形成等軸晶，成為錠心帶。此時沸騰已大致停止，但仍有少量氣孔形成，部分氣泡還能逐漸上移聚合長大為頭部大氣泡。構成頭部疏鬆區。
性質
沸騰鋼由於有良好的沸騰作用，鋼錠可形成一個純淨、堅實的外殼，故軋成的產品表面質量較好，特別適於製造薄板。並因含碳、矽量較低，有良好的焊接、冷彎和衝壓性能，一些冷衝壓件如拖拉機箱、汽車殼體等均使用沸騰鋼。還用它軋制一般型鋼、中板、線材、窄帶和管材。沸騰鋼鋼錠頭部沒有集中縮孔，軋製成坯後切頭率低，且消耗脫氧劑和耐火材料少，故成本較低。大多數國家沸騰鋼的產量占模鑄鋼總產量的40%～50%。但沸騰鋼偏析嚴重、組織不緻密、力學性能波動較大，在軋材的不同部位抗拉強度和伸長率有明顯差別。其低溫衝擊性差，鋼板易於失效使韌性降低，故不適於製造對力學性能要求較高的零部件。此外，為保證模內正常沸騰，沸騰鋼碳含量不能超過0.28%，錳含量不大於0.60%，矽含量不大於0.03%，因此只限於生產普通低碳鋼，使沸騰鋼的鋼種受到很大限制。
分類及特點
鎮靜鋼為完全脫氧的鋼。通常鑄成上大下小帶保溫帽的錠型，澆注時鋼液鎮靜不沸騰。由於錠模上部有保溫帽（在鋼液凝固時作補充鋼液用），這節帽頭在軋制開坯後需切除，故鋼的收得率低，但組織緻密，偏析小，質量均勻。優質鋼和合金一般都是鎮靜鋼。
半鎮靜鋼為脫氧較完全的鋼。脫氧程度介於沸騰鋼和鎮靜鋼之間，澆注時有沸騰現象，但較沸騰鋼弱。這類鋼具有沸騰鋼和鎮靜鋼的某些優點，在冶煉操作上較難掌握。
過氧化鋼的危害
過氧化鋼的危害主要是由於鋼中溶解過多的氧對鋼質產生的影響。鋼中溶解過多的氧，將得不到理想的鋼錠結構，因而得不到良好機械性能的鋼材。氧在液體鋼中的溶解度較大，而在固體鋼中溶解度很小。因此，氧將以氧化物夾雜形式存在於鋼中，使鋼的塑性和韌性大為下降,使鋼的切削性變壞，降低鋼的疲勞強度和衝擊韌性。
氧在鋼液中的溶解度隨溫度降低而減少,當鋼液在鋼錠模內凝固時，由於選分結晶,較純的金屬先凝固，把雜質推向未凝固的鋼液，故使鋼液中[C]、[O]發生偏析而引起了碳的再氧化，生成CO氣體，使鋼錠內部產生氣泡;鋼中氧還使硫的危害作用增加，因為FeO與S可以生成熔點僅為940℃的低熔點共晶體，造成鋼錠軋制時熱脆。
由於過氧化鋼鋼中含氧量高，因此脫氧很難控制,往往在澆注過程中表現為沸騰極強，此時，堅殼帶生成時受到循環鋼液沖刷少，得到的鋼錠結構不緻密，且不純淨，當氣體在澆注完畢大量排出後,鋼液面下降，鋼錠頭部成為“靴筒”，在澆注過程中，為了防止鋼液在注管“上嘔”，保證澆注順利，採用刺鋁調整鋼液氧化性，它是一種補救措施，但易產生鋼液面急劇下陷，使鋼錠造成重皮、接痕等嚴重缺陷，同時，增加氣囊軋後廢品，造成鋼材如線棒材中心孔洞和帶鋼分層廢品。
建議及措施
1）轉爐在冶煉Q195一F這種易過氧化的沸騰鋼時,選擇鐵水成分條件好的鐵水冶煉。
2）加強白灰造渣劑的質量控制,不能生燒或過燒,否則,生燒造成鋼水溫度下降,冶煉時間延長,過氧化出鋼。
3）化檢驗要及時準確,否則也會因化驗不及時影響冶煉時間加長,導致過氧化。
