冶金质量分析

名词解释：4*10=40

1、冶金概念：广义冶金：包括矿石的开采、选矿、冶炼和金属加工。由于科学

技术的进步和工业的发展，采矿、选矿和金属加工已各自形成独立的学科。

狭义冶金：指矿石或精矿的冶炼，即提取冶金

2、白点：由钢中氢和应力作用而形成的一种裂纹。

3、炉外精炼：在转炉、电弧炉之外，加上必要的精炼装置，对初炼钢液进行精炼或处理，这一精炼过程，统称为炉外精炼。

4、喷射冶金：利用氩气直接将粉料喷射到钢液的深部。

5、铸锭：是把在炼钢炉中冶炼好的钢水倒入盛钢桶内，进行最后的脱氧、调整成分和调整温度处理后、注入钢锭模中凝固成为钢锭；或是在连续铸钢设备中铸成钢坯。

6、铸钢：钢液注入一定形状的模型中直接得到冶金产品的过程称为铸钢。

7、模铸：就是把在各种炼钢炉中熔炼合格的钢液倒入盛钢桶内，然后注入到具有一定形状的钢锭模中，使之凝固形成钢锭的工艺过程。

8、偏析：钢液结晶过程中出现化学成分和非金属夹杂物或相分的不均匀现象称为偏析

9、点状偏析：由于钢中气体过多，钢液粘稠，气体排不出去，因此气泡被一层钢液包围，由于气泡导热性差，致使它周围的钢液降温缓慢，大量低熔点物质和夹杂物在此聚集而最后凝固形成点状偏析。

10、缩孔：钢液凝固时体积收缩而形成的孔洞。

11、疏松：凝固时钢液补充不足而残留下局部的缝隙，或是钢水中夹杂物和气体造成的孔洞。

12、轴心晶间裂纹：特征是横向断面的中心处，呈链珠状，断续排列成放射状或蜘蛛网状细小裂纹，因其分布在轴心粗大树枝状晶的晶界上。

13、皮下气泡：是单个的或成簇的纺锤形小孔洞分布在钢锭表皮下一定深度处，通常是在距表皮几毫米的区域为多，有时穿透钢材表皮呈小裂缝，但其末端呈圆角。

14、鼓肚变形：带液心的铸坯在运行过程中，于两支撑辊之间，高温坯壳中钢液静压力作用下，发生鼓胀成凸面的现象，称之为鼓肚变形

15、脱方（菱形变形）：菱形变形也叫脱方。是指铸坯的一对角小于90°，另一对角大于90°；两对角线长度之差称为脱方量。

16、显微组织检验（高倍检验）：用金相显微镜来观察，分析钢中的微观组织状态和缺陷的检验方法。

17、宏观组织检验：用肉眼或放大镜在材料或零件上检查由于冶炼、轧制及各种加工过程所带来的化学成分及组织不均匀性或缺陷的方法。

18、连铸轻压下的定义：是在容易形成铸坯中心偏析的凝固末端实施一定的压下量，使容易形成偏析及疏松的地方的非浓化钢液均匀流动。

简答（6题 45分）论述（15）

1、冶炼质量评价指标:成分控制范围、纯洁度及、铸态组织。

合格的冶金产品：成分应控制在最佳范围，纯度要高，铸态组织要均匀、致密。

2、常用的氧化剂：铁矿石、氧化铁皮、锰矿、氧气。

作用：完成并加速炼钢过程中氧化精炼任务。

3、炼钢的基本任务：1）降低C到规定的范围

2）除去杂质（Si、Mn、S、P等）3）添加合金元素进行合金化

4、根据炉子类型、炉底材料、炉渣性质及操作内容等来进行分类：氧气转炉、平炉、感应炉。

5、显微组织检验的过程：取样、预磨、抛光、腐蚀、观察。

6、钢与合金中金属杂质元素（内吸附元素）是指：铅Pb、锡Sn、铋Bi、锑Sb、砷As等。它们容易在晶界处偏聚。

7、炉外精炼目的：脱碳，脱气（N,H）、脱氧、脱硫，去除夹杂物，控制夹杂物形态和进行成分微调等。

8、电弧炉炼钢法的特点

1）本身清洁、无污染，而且能量易于调节，便于控制熔池温度。

2）炉体密封性好，热效率高⑶不仅能形成氧化性气氛也能形成还原性气氛

⑷经济效益好

9、氢对钢质量的影响：1）降低钢的塑性。2）使钢产生氢脆。3）使钢产生白点

10、真空脱气包括真空脱氧、脱氮和脱氢。

原理：冶金过程中的各种化学反应，都是向平衡状态方向自发进行。改变系统压力可以影响化学平衡，例如反应生成物为气体时，减少系统的压力，可以使化学平衡向增多气体物质的方向移动。

11、常用的铸锭缺陷:裂纹、残余缩孔、疏松、白点、发纹、气泡、结疤、偏析、翻皮、非金属夹杂物等

12、不同炼钢法的选用原则

（一）根据钢的质量要求来选择

⑴. 对不同钢种质量要求重点不同如：轴承钢以要求纯净度为主，而齿轮钢

则以控制钢的化学成分为主

⑵不同炼钢法的质量特征如：对氮有特别要求的钢种，不易采用电

炉冶炼。

⑶对钢及合金铸态组织的要求如：高速工具钢的碳化物偏析等。（二）从原材料和资源条件来选择

（三）从市场和经济效益来选择

（四）结合现有设备及技术特点来选择

13、防止白点的措施：根本方法是设法减少钢中的氢含量。

⑴炼钢过程中,使用干燥原料和促进熔池沸腾。

⑵冶炼后的钢液,进行真空处理

⑶锻轧后的钢件，利用氢在高温区扩散能力强来减少固态钢中的氢含量。

通常使用的方法有扩散退火和锻轧后的等温退火等。

14、钢锭凝固组织分布及原因：

钢锭的结晶在前期因温度梯度大，由表皮里顺序进行，形成晶体定向生长的激冷层和柱状晶区；在后期则因温度梯度很小而得以普遍形核，形成等轴的粗大晶区。

15、偏析度（k）和偏析系数（1-k）来表示元素的偏析倾向，其k为固体中的元素与原始液体中元素含量的比值，当k＞1为正偏析，k＜1为负偏析，在钢中溶解度小的元素或使钢液熔点降低的元素偏析程度较大，如S、P、C等偏析程度较大，不同钢种偏析也不同：

镇静钢的特点是有两个正偏析层和沉积锥区域呈现的负偏析。

沸腾钢锭在边部呈负偏析，在内部呈正偏析。半镇静钢锭兼有上两者偏析特点。

16、中间包作用：

⑴稳定钢流，减少钢流对结晶器中坯壳的冲刷；

⑵均匀成分、温度，促使夹杂物上浮；

⑶对多流连铸机，可对钢水进行分流；

⑷多炉连浇时，起承上启下的作用。

17、中间包怎样去夹杂物：通过埋设于中间包底部的透气管或透气梁向钢液中吹入气泡，与流经此处钢液中的夹杂物颗粒相互碰撞聚合吸附，同时也增加了夹杂物的垂直向上运动，从而达到净化钢液目的。

中间包去夹杂物方法：改善中间包形状、加大中间包容积、安装挡渣墙。

18、结晶器的作用：⑴高效的热交换器：⑵精心制造的凝固工具：

⑶成型的模具：⑷反应容器：

19、改善钢水在结晶器的流动状态的方式：吸氩搅拌、电磁搅拌、电磁制动。

20、结晶器吹氩的作用：

①吹氩的搅拌作用，缩短了夹杂物向钢液表面移动的距离，增大了夹杂物上浮的速度；

②增大夹杂物颗粒间碰撞的几率，促进了夹杂物的长大；

③使夹杂物附着于气泡表面，起到浮选的作用。

21、结晶器保护渣作用：

⑴绝热保温、防止钢液面结壳⑵隔绝空气防止二次氧化

⑶吸收钢水中的夹杂物⑷渣膜的润滑作用⑸改善结晶器传热

22、连铸坯的凝固分为四个阶段：

1）钢液在结晶器内形成薄的坯壳；

2）坯壳增厚、收缩，与结晶器壁间形成气隙；

3）坯壳出结晶器，在二冷区进一步冷却凝固；

4）坯壳进入空冷区进行缓慢冷却，整个断面上温度逐渐趋于均匀。

23、二冷区作用：

24、二冷区出现中心裂纹原因和措施：

25、减少鼓肚变形应采取措施

⑴降低连铸机的高度⑵二冷区采用小辊距密排列；

⑶铸机从上到下辊距应由密到疏布置

⑷支撑辊要严格对中⑸加大二冷区冷却强度

⑹防止支撑辊的变形，板坯的支撑辊最好选用多结辊

26、应对菱形变形的措施

⑴选用合适锥度的结晶器⑵结晶器最好用软水冷却

⑶保持结晶器内腔正方形，以使凝固坯壳为规规正正的形状.

⑷结晶器以下的600mm距离要严格对弧；并确保二冷区的均匀冷却。

⑸控制好钢液成分。

27、控制内部裂纹措施：⑴采用压缩浇铸和多点矫直技术

⑵二冷区采用合适夹辊辊距，支撑辊准确对弧

⑶二冷水分配适当，保持铸坯表面温度均匀

⑷合适拉辊压下量，最好采用液压控制技术。

28、连铸坯的质量评价⑴连铸坯的纯净度

⑵连铸坯的表面质量⑶连铸坯的内部质量⑷连铸坯的外观性质

29、提高钢纯净度的措施

⑴无渣出钢⑵选择合适的精炼处理方式⑶采用无氧化浇注技术

⑷充分发挥中间罐冶金净化器的作用⑸选用优质耐火材料优质耐火材料

⑹充分发挥结晶器的作用⑺采用电磁搅拌技术，控制注流运动电

30、钢材表面缺陷（常见宏观组织和缺陷(重点））

宏观组织及缺陷包括：一般疏松、中心疏松、锭型偏析、斑点状偏析、白亮带、中心偏析、帽口偏析、皮下气泡、残余缩孔、翻皮、白点、轴心晶间裂缝、内部气泡、非金属夹杂物（肉眼可见）及夹渣、异金属夹杂等15种。

31、硫印试验：用来直接检验硫并间接检验其他元素在钢中偏析或分布的方法。原理：在试验过程中，相纸上的硫酸与式样面上的硫化物发生作用，产生H2S 气体，H2S又与印相纸上的AgBr发生作用，生成Ag2S,沉积在印相纸相应的位置上，形成黑色或深褐色斑点，即是钢中硫化物存在的部位。斑点越大，色泽越深，则表示硫化物颗粒越大，硫含量越大。反之亦然。

32、如何减少钢中的氢的含量：

⑴降低熔化期钢液氢含量的主要措施是：

①装料前在炉底部加入适量的渣料，这样当炉底部形成熔池的初期，钢液就在

渣层的覆盖下与大气隔离，从而减轻了钢液自大气中吸收的氢量。

②选用氢含量较低的炉料，如炉料中有大量含氢较高的合金时，应预先进行去

氢退火处理，以减少其中的氢含量。

③尽可能不在大气湿度高的天气冶炼对氢敏感的钢种。

⑵在精炼与合金化时，为降低钢液氢的质量分数可采取以下措施：

①选择合适的炉渣。在冶炼低氢钢时，应选用低碱度渣进行精炼。

②精炼使用的脱氧剂与渣料，应充分烘烤，以减少由其带入的水分。

③合理选择精炼期时间和温度。避免钢液过热和时间过长。

⑶减少出钢浇注过程钢液氢含量的主要措施有以下几点：

①使用干燥的耐火材料，新的出钢槽与盛钢筒应进行充分地烘烤。

②采用钢包吹氩脱氢工艺对钢液进行处理。

的二次冷却会极大地扩展铸坯在结晶器中凝固初期所产生的缺陷，导致裂纹、偏析、穿晶等严重的铸坯质量问题。

名词解释：4*10=40

2、冶金概念：广义冶金：包括矿石的开采、选矿、冶炼和金属加工。由于科学

技术的进步和工业的发展，采矿、选矿和金属加工已各自形成独立的学科。

狭义冶金：指矿石或精矿的冶炼，即提取冶金

2、白点：由钢中氢和应力作用而形成的一种裂纹。

3、炉外精炼：在转炉、电弧炉之外，加上必要的精炼装置，对初炼钢液进行精炼或处理，这一精炼过程，统称为炉外精炼。

4、喷射冶金：利用氩气直接将粉料喷射到钢液的深部。

5、铸锭：是把在炼钢炉中冶炼好的钢水倒入盛钢桶内，进行最后的脱氧、调整成分和调整温度处理后、注入钢锭模中凝固成为钢锭；或是在连续铸钢设备中铸成钢坯。

6、铸钢：钢液注入一定形状的模型中直接得到冶金产品的过程称为铸钢。

7、模铸：就是把在各种炼钢炉中熔炼合格的钢液倒入盛钢桶内，然后注入到具有一定形状的钢锭模中，使之凝固形成钢锭的工艺过程。

8、偏析：钢液结晶过程中出现化学成分和非金属夹杂物或相分的不均匀现象称为偏析

9、点状偏析：由于钢中气体过多，钢液粘稠，气体排不出去，因此气泡被一层钢液包围，由于气泡导热性差，致使它周围的钢液降温缓慢，大量低熔点物质和夹杂物在此聚集而最后凝固形成点状偏析。

10、缩孔：钢液凝固时体积收缩而形成的孔洞。

11、疏松：凝固时钢液补充不足而残留下局部的缝隙，或是钢水中夹杂物和气体造成的孔洞。

12、轴心晶间裂纹：特征是横向断面的中心处，呈链珠状，断续排列成放射状或蜘蛛网状细小裂纹，因其分布在轴心粗大树枝状晶的晶界上。

13、皮下气泡：是单个的或成簇的纺锤形小孔洞分布在钢锭表皮下一定深度处，通常是在距表皮几毫米的区域为多，有时穿透钢材表皮呈小裂缝，但其末端呈圆角。

14、鼓肚变形：带液心的铸坯在运行过程中，于两支撑辊之间，高温坯壳中钢液静压力作用下，发生鼓胀成凸面的现象，称之为鼓肚变形

15、脱方（菱形变形）：菱形变形也叫脱方。是指铸坯的一对角小于90°，另一对角大于90°；两对角线长度之差称为脱方量。

16、显微组织检验（高倍检验）：用金相显微镜来观察，分析钢中的微观组织状态和缺陷的检验方法。

17、宏观组织检验：用肉眼或放大镜在材料或零件上检查由于冶炼、轧制及各种加工过程所带来的化学成分及组织不均匀性或缺陷的方法。

18、连铸轻压下的定义：是在容易形成铸坯中心偏析的凝固末端实施一定的压下量，使容易形成偏析及疏松的地方的非浓化钢液均匀流动。

简答（6题 45分）论述（15）

1、冶炼质量评价指标:成分控制范围、纯洁度及、铸态组织。

合格的冶金产品：成分应控制在最佳范围，纯度要高，铸态组织要均匀、致密。

2、常用的氧化剂：铁矿石、氧化铁皮、锰矿、氧气。

作用：完成并加速炼钢过程中氧化精炼任务。

3、炼钢的基本任务：1）降低C到规定的范围

2）除去杂质（Si、Mn、S、P等）3）添加合金元素进行合金化

4、根据炉子类型、炉底材料、炉渣性质及操作内容等来进行分类：氧气转炉、平炉、感应炉。

5、显微组织检验的过程：取样、预磨、抛光、腐蚀、观察。

6、钢与合金中金属杂质元素（内吸附元素）是指：铅Pb、锡Sn、铋Bi、锑Sb、砷As等。它们容易在晶界处偏聚。

7、炉外精炼目的：脱碳，脱气（N,H）、脱氧、脱硫，去除夹杂物，控制夹杂物形态和进行成分微调等。

8、电弧炉炼钢法的特点

1）本身清洁、无污染，而且能量易于调节，便于控制熔池温度。

2）炉体密封性好，热效率高⑶不仅能形成氧化性气氛也能形成还原性气氛

⑷经济效益好

9、氢对钢质量的影响：1）降低钢的塑性。2）使钢产生氢脆。3）使钢产生白点

10、真空脱气包括真空脱氧、脱氮和脱氢。

原理：冶金过程中的各种化学反应，都是向平衡状态方向自发进行。改变系统压力可以影响化学平衡，例如反应生成物为气体时，减少系统的压力，可以使化学平衡向增多气体物质的方向移动。

11、常用的铸锭缺陷:裂纹、残余缩孔、疏松、白点、发纹、气泡、结疤、偏析、翻皮、非金属夹杂物等

12、不同炼钢法的选用原则

（一）根据钢的质量要求来选择

⑴. 对不同钢种质量要求重点不同如：轴承钢以要求纯净度为主，而齿轮钢

则以控制钢的化学成分为主

⑵不同炼钢法的质量特征如：对氮有特别要求的钢种，不易采用电

炉冶炼。

⑶对钢及合金铸态组织的要求如：高速工具钢的碳化物偏析等。（二）从原材料和资源条件来选择

（三）从市场和经济效益来选择

（四）结合现有设备及技术特点来选择

13、防止白点的措施：根本方法是设法减少钢中的氢含量。

⑴炼钢过程中,使用干燥原料和促进熔池沸腾。

⑵冶炼后的钢液,进行真空处理

⑶锻轧后的钢件，利用氢在高温区扩散能力强来减少固态钢中的氢含量。

通常使用的方法有扩散退火和锻轧后的等温退火等。

14、钢锭凝固组织分布及原因：

钢锭的结晶在前期因温度梯度大，由表皮里顺序进行，形成晶体定向生长的激冷层和柱状晶区；在后期则因温度梯度很小而得以普遍形核，形成等轴的粗大晶区。

15、偏析度（k）和偏析系数（1-k）来表示元素的偏析倾向，其k为固体中的元素与原始液体中元素含量的比值，当k＞1为正偏析，k＜1为负偏析，在钢中溶解度小的元素或使钢液熔点降低的元素偏析程度较大，如S、P、C等偏析程度较大，不同钢种偏析也不同：

镇静钢的特点是有两个正偏析层和沉积锥区域呈现的负偏析。

沸腾钢锭在边部呈负偏析，在内部呈正偏析。半镇静钢锭兼有上两者偏析特点。

16、中间包作用：

⑴稳定钢流，减少钢流对结晶器中坯壳的冲刷；

⑵均匀成分、温度，促使夹杂物上浮；

⑶对多流连铸机，可对钢水进行分流；

⑷多炉连浇时，起承上启下的作用。

17、中间包怎样去夹杂物：通过埋设于中间包底部的透气管或透气梁向钢液中吹入气泡，与流经此处钢液中的夹杂物颗粒相互碰撞聚合吸附，同时也增加了夹杂物的垂直向上运动，从而达到净化钢液目的。

中间包去夹杂物方法：改善中间包形状、加大中间包容积、安装挡渣墙。

18、结晶器的作用：⑴高效的热交换器：⑵精心制造的凝固工具：

⑶成型的模具：⑷反应容器：

19、改善钢水在结晶器的流动状态的方式：吸氩搅拌、电磁搅拌、电磁制动。

20、结晶器吹氩的作用：

①吹氩的搅拌作用，缩短了夹杂物向钢液表面移动的距离，增大了夹杂物上浮的速度；

②增大夹杂物颗粒间碰撞的几率，促进了夹杂物的长大；

③使夹杂物附着于气泡表面，起到浮选的作用。

21、结晶器保护渣作用：

⑴绝热保温、防止钢液面结壳⑵隔绝空气防止二次氧化

⑶吸收钢水中的夹杂物⑷渣膜的润滑作用⑸改善结晶器传热

22、连铸坯的凝固分为四个阶段：

1）钢液在结晶器内形成薄的坯壳；

2）坯壳增厚、收缩，与结晶器壁间形成气隙；

3）坯壳出结晶器，在二冷区进一步冷却凝固；

4）坯壳进入空冷区进行缓慢冷却，整个断面上温度逐渐趋于均匀。

23、二冷区作用：

24、二冷区出现中心裂纹原因和措施：

25、减少鼓肚变形应采取措施

⑴降低连铸机的高度⑵二冷区采用小辊距密排列；

⑶铸机从上到下辊距应由密到疏布置

⑷支撑辊要严格对中⑸加大二冷区冷却强度

⑹防止支撑辊的变形，板坯的支撑辊最好选用多结辊

26、应对菱形变形的措施

⑴选用合适锥度的结晶器⑵结晶器最好用软水冷却

⑶保持结晶器内腔正方形，以使凝固坯壳为规规正正的形状.

⑷结晶器以下的600mm距离要严格对弧；并确保二冷区的均匀冷却。

⑸控制好钢液成分。

27、控制内部裂纹措施：⑴采用压缩浇铸和多点矫直技术

⑵二冷区采用合适夹辊辊距，支撑辊准确对弧

⑶二冷水分配适当，保持铸坯表面温度均匀

⑷合适拉辊压下量，最好采用液压控制技术。

28、连铸坯的质量评价⑴连铸坯的纯净度

⑵连铸坯的表面质量⑶连铸坯的内部质量⑷连铸坯的外观性质

29、提高钢纯净度的措施

⑴无渣出钢⑵选择合适的精炼处理方式⑶采用无氧化浇注技术

⑷充分发挥中间罐冶金净化器的作用⑸选用优质耐火材料优质耐火材料

⑹充分发挥结晶器的作用⑺采用电磁搅拌技术，控制注流运动电

30、钢材表面缺陷（常见宏观组织和缺陷(重点））

宏观组织及缺陷包括：一般疏松、中心疏松、锭型偏析、斑点状偏析、白亮带、中心偏析、帽口偏析、皮下气泡、残余缩孔、翻皮、白点、轴心晶间裂缝、内部气泡、非金属夹杂物（肉眼可见）及夹渣、异金属夹杂等15种。

31、硫印试验：用来直接检验硫并间接检验其他元素在钢中偏析或分布的方法。原理：在试验过程中，相纸上的硫酸与式样面上的硫化物发生作用，产生H2S 气体，H2S又与印相纸上的AgBr发生作用，生成Ag2S,沉积在印相纸相应的位置上，形成黑色或深褐色斑点，即是钢中硫化物存在的部位。斑点越大，色泽越深，则表示硫化物颗粒越大，硫含量越大。反之亦然。

32、如何减少钢中的氢的含量：

⑴降低熔化期钢液氢含量的主要措施是：

③装料前在炉底部加入适量的渣料，这样当炉底部形成熔池的初期，钢液就在

渣层的覆盖下与大气隔离，从而减轻了钢液自大气中吸收的氢量。

④选用氢含量较低的炉料，如炉料中有大量含氢较高的合金时，应预先进行去

氢退火处理，以减少其中的氢含量。

③尽可能不在大气湿度高的天气冶炼对氢敏感的钢种。

⑵在精炼与合金化时，为降低钢液氢的质量分数可采取以下措施：

①选择合适的炉渣。在冶炼低氢钢时，应选用低碱度渣进行精炼。

②精炼使用的脱氧剂与渣料，应充分烘烤，以减少由其带入的水分。

③合理选择精炼期时间和温度。避免钢液过热和时间过长。

⑶减少出钢浇注过程钢液氢含量的主要措施有以下几点：

①使用干燥的耐火材料，新的出钢槽与盛钢筒应进行充分地烘烤。

②采用钢包吹氩脱氢工艺对钢液进行处理。

的二次冷却会极大地扩展铸坯在结晶器中凝固初期所产生的缺陷，导致裂纹、偏析、穿晶等严重的铸坯质量问题。