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沸腾钢（炼钢时未能很好脱氧的钢）

次浏览 | 更新时间：2023-05-20

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沸腾钢

炼钢时未能很好脱氧的钢

沸腾钢（rimmed steel；rimming steel）是指炼钢时未能很好脱氧的钢。炼钢时要依靠氧气去除多余的碳，而过量的氧将生成多种氧化物成为夹杂物，为此必须脱氧。沸腾钢的脱氧是仅加弱脱氧剂，如加锰铁可生成氧化锰，同时生成氧化铁。但氧化铁在浇注钢锭时还会与钢中的碳生成一氧化碳和铁，此时一氧化碳气体逸出钢锭使之成沸腾状，故称沸腾钢。沸腾钢中的孔多，使结构疏松，偏析也多，质量较差，可用于不十分重要的钢结构中。

基本信息

中文名	沸腾钢
外文名	rimmed steel
特点	生产成本低、收率高等
优势	表面质量好
缺点	偏析严重
领域	冶金
实质	脱氧不完全的钢

收起

简介

指脱氧程度极低的钢。钢水含有很多的氧，在凝固过程中和钢中的碳产生激烈反应，放出CO气泡，使钢水在钢锭模内发生“沸腾”现象而得名。钢水凝固时析出的CO气体压力pCO=140kPa±25kPa。沸腾钢只限于生产含碳量0.02%～0.30%的低碳钢，含碳量过高或过低的钢水，在凝固时模内沸腾都很微弱，难以得到良好的沸腾钢钢锭。生产沸腾钢钢锭的关键是钢水在模内有强烈而适当的沸腾，过强或过弱的沸腾都不能得到良好的沸腾钢钢锭结构。模内沸腾靠钢水氧化性来保证，钢水氧化性依靠合适的钢水温度和加入适量的锰铁来控制。沸腾钢钢锭轧成的板材表面质量好，但偏析严重。沸腾钢只能用模铸法生产而不能用连铸法生产。

结构

沸腾钢钢锭的结构如图所示，可分为5个带：

(1)坚壳带。钢液接触模壁后受到强烈冷却，形成由细小等轴晶组成的无气泡的致密、坚实的外壳带。一般厚度为12～25mm。

(2)蜂窝气泡带。钢锭下部的柱状晶在向锭心生长时，平行于柱状晶生长方向而逐渐长大成为椭圆形气泡组成。

(3)中心坚固带。为防止出现过分严重的偏析在钢液上面加盖封顶后，抑制了碳氧反应，气体停止析出，蜂窝气泡终止生长，而结晶继续进行，形成无气泡的由柱状晶组成的中心坚固带。

(4)二次气泡带。随柱状晶的生长，由于偏析作用碳氧富集到一定程度时，碳氧反应重新发生，产生的气泡分布在钢锭整个高度，成为二次气泡带。

(5)锭心带。当模壁温度与钢锭中心温度之差很小时，钢锭心部形成等轴晶，成为锭心带。此时沸腾已大致停止，但仍有少量气孔形成，部分气泡还能逐渐上移聚合长大为头部大气泡。构成头部疏松区。

沸腾钢

性质

沸腾钢由于有良好的沸腾作用，钢锭可形成一个纯净、坚实的外壳，故轧成的产品表面质量较好，特别适于制造薄板。并因含碳、硅量较低，有良好的焊接、冷弯和冲压性能，一些冷冲压件如拖拉机箱、汽车壳体等均使用沸腾钢。还用它轧制一般型钢、中板、线材、窄带和管材。沸腾钢钢锭头部没有集中缩孔，轧制成坯后切头率低，且消耗脱氧剂和耐火材料少，故成本较低。大多数国家沸腾钢的产量占模铸钢总产量的40%～50%。但沸腾钢偏析严重、组织不致密、力学性能波动较大，在轧材的不同部位抗拉强度和伸长率有明显差别。其低温冲击性差，钢板易于失效使韧性降低，故不适于制造对力学性能要求较高的零部件。此外，为保证模内正常沸腾，沸腾钢碳含量不能超过0.28%，锰含量不大于0.60%，硅含量不大于0.03%，因此只限于生产普通低碳钢，使沸腾钢的钢种受到很大限制。

分类及特点

根据冶炼时脱氧程度的不同，钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢(新标准取消半镇静钢)。沸腾钢为脱氧不完全的钢。钢在冶炼后期不加脱氧剂（如硅、铝等），浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象（气体逸出），钢锭凝固后，蜂窝气泡分布在钢锭中，在轧制过程中这种气泡空腔会被粘合起来。这类钢的特点是钢中含硅量很低，标准规定为痕量或不大于0.07%，通常注成不带保温帽的上小下大的钢锭。优点是钢的收率高（约提高15%），生产成本低，表面质量和深冲性能好。缺点是钢的杂质多，成分偏析较大，所以性能不均匀。

镇静钢为完全脱氧的钢。通常铸成上大下小带保温帽的锭型，浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收得率低，但组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金一般都是镇静钢。

半镇静钢为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点，在冶炼操作上较难掌握。

过氧化钢的危害

过氧化钢的危害主要是由于钢中溶解过多的氧对钢质产生的影响。钢中溶解过多的氧，将得不到理想的钢锭结构，因而得不到良好机械性能的钢材。氧在液体钢中的溶解度较大，而在固体钢中溶解度很小。因此，氧将以氧化物夹杂形式存在于钢中，使钢的塑性和韧性大为下降，使钢的切削性变坏，降低钢的疲劳强度和冲击韧性。

氧在钢液中的溶解度随温度降低而减少，当钢液在钢锭模内凝固时，由于选分结晶，较纯的金属先凝固，把杂质推向未凝固的钢液，故使钢液中[C]、[O]发生偏析而引起了碳的再氧化，生成CO气体，使钢锭内部产生气泡；钢中氧还使硫的危害作用增加，因为FeO与S可以生成熔点仅为940℃的低熔点共晶体，造成钢锭轧制时热脆。

由于过氧化钢钢中含氧量高，因此脱氧很难控制，往往在浇注过程中表现为沸腾极强，此时，坚壳带生成时受到循环钢液冲刷少，得到的钢锭结构不致密，且不纯净，当气体在浇注完毕大量排出后，钢液面下降，钢锭头部成为“靴筒”，在浇注过程中，为了防止钢液在注管“上呕”，保证浇注顺利，采用刺铝调整钢液氧化性，它是一种补救措施，但易产生钢液面急剧下陷，使钢锭造成重皮、接痕等严重缺陷，同时，增加气囊轧后废品，造成钢材如线棒材中心孔洞和带钢分层废品。

建议及措施

1）转炉在冶炼Q195一F这种易过氧化的沸腾钢时，选择铁水成分条件好的铁水冶炼。

2）加强白灰造渣剂的质量控制，不能生烧或过烧，否则，生烧造成钢水温度下降，冶炼时间延长，过氧化出钢。

3）化检验要及时准确，否则也会因化验不及时影响冶炼时间加长，导致过氧化。

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