氧元素在鋼材中有著什么樣重要的作用

       氧在鋼中的形態不同于氫和氮,不以形成間隙式固溶體的方式溶于鐵中,而與鐵形成化合物,以FeO的分子形態存在,相當一部分FeO溶于鐵中。氧在鐵中的溶解度通常都以FeO在鐵中的溶解度表示。在鐵的熔化溫度(1535),FeO在鐵液中的溶解度為0.94%;在1700下,FeO的溶解度約為2%。在煉鋼過程的各階段,FeO都溶于鋼液中。還原結束后出鋼前,鋼液中的FeO含量一般為0.045%~0.13%;氧含量低的可到0.035%;氧含量高的則可高達0.18%~0.27%

FeO在固體狀態的鋼中也有一定的溶解度,有資料稱1000下可溶0.45%。

氧化是煉鋼時不可缺少的重要精煉手段,脫氫、脫氮、清除各種夾雜物,都必須借助于“氧化”。除采用重熔工藝者外,無論是常規煉鋼還是爐外精煉,如何用好氧都是作業中的關鍵所在。但是,氧化畢竟只是煉鋼的手段,鋼煉好后,必須將其完全脫除,不可留在鋼中,否則就會嚴重損害鋼的質量。像醫生用精良的手術刀做好手術后不可將其留在患者體內一樣。

一、氧的來源

空氣中含有大量的氧,是最廉價的氧源。高爐煉鐵和沖天爐熔鐵,可以大量利用空氣中的氧,而煉鋼則不行。因為煉鐵、熔鐵過程中要氧化的是焦炭,煉鋼時要氧化的則是溶于鋼中的碳和其他元素

常規煉鋼作業中,以往多以鐵礦石作為氧源。鐵礦石的來源廣,且價格低廉、儲運方便,自人類掌握液態煉鋼技術以來,一直沿用至今。隨著科學技術的發展和對鋼的品質要求日益提高,鐵礦石的缺點也日益顯現,主要表現在兩方面：一是含有脈石和其他雜質;二是使鐵礦石熔化、分解耗能很多。

近30年來,氣態氧在煉鋼工業中的應用迅猛發展。無論是常規冶煉,還是爐外精煉都需要大量氧氣,可以說,氧氣的應用推動了煉鋼技術的發展和進步。當前,煉鋼行業是氣態氧的大用戶。

但是,在鑄鋼行業中,冶煉能力一般都不大,備有制氧設備的企業很少,大多數鑄鋼廠仍然以鐵礦石為主要氧源。即使采用吹氧助熔、吹氧脫碳或爐外精煉等工藝,也還需用鐵礦石。

對于煉鋼而言,大氣中的氧不但不能利用,而且一般都是有害的,出鋼和澆注過程中,會使鋼液二次氧化,導致鑄件產生宏觀夾雜物和氣孔等缺陷。

氧在鋼中的作用

煉鋼過程中,用氧脫碳,造成強烈沸騰,是脫除有害氣體、非金屬夾雜物和其他雜質的最有效的手段。但是,冶煉結束后用以制造鑄件的鋼中如存在超過允許數量的氧,就會造成很大的危害。

如果鋼液中FeO含量較高,澆注入鑄型后,隨著凝固的進行和鋼液溫度的下降FeO可以與鋼中的碳反應,產生CO,在鑄件中造成氣孔。

如果鋼液脫氧不夠充分,雖不致造成氣孔,但FeO會在鋼結晶過程偏析于晶界,使鋼的塑性和韌性下降。

脫氧不充分的鋼液,會加劇澆注過程中的二次氧化,使鑄件表面的夾渣缺陷大幅度增多,甚至還可能導致氣孔缺陷。