根据冶炼时脱氧程序的不同,钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。
沸腾钢为脱氧不完全的钢。钢在冶脸后期不加脱氧剂(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。
沸腾钢含碳量低,由于不用硅铁脱氧,钢中含硅量也低(Si<0.07%)。沸腾钢的外层是在沸腾所造成的钢液剧烈搅动的条件下结晶成的,故表层纯净、致密,表面质量好,有很好的塑性和冲压性能,没有大的集中缩孔,切头少,成材率高,而且沸腾钢生产工艺简单,铁合金消耗少,钢材成本低。沸腾钢板大量用于制造各种冲压件,建筑及工程结构及一些不太重要的机器结构零部件。但沸腾钢心部杂质较多,偏析较严重,组织不致密,力学性能不均匀。同时由于钢中气体含量较多,故韧性低,冷脆和时效敏感性较大,焊接性能也较差。故沸腾钢板不适于制造承受冲击载荷、在低温条件下工作的焊接结构及其他重要结构。
镇静钢为完全脱氧的钢。通常注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。
在正常操作条件下,镇静钢中没有气泡,匀致密;由于含氧量低,钢中氧化物夹杂较少,纯净度较高,冷脆和时效倾向小;同时,镇静钢偏析较小,性能比较均匀,质量较高。镇静钢的缺点是有集中缩孔,成材率低,价格较高。因此,镇静钢材主要用于低温下承受冲击的构件、焊接结构及其他要求强度较高的构件。
低合金钢板都是镇静钢和半镇静钢钢板。由于强度较高,性能优越,能节约大量钢材,减轻结构重量,其应用已越来越广泛。
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,但是碳素钢中此类钢是值得提倡和发展的。
半镇静钢的钢水含氧量接近或略高于与碳平衡的含量,通常在(40~80)×10-6范围内。浇注过程中一般不析出气体,只在注毕后排出少量气体,在模内发生短时间的微弱沸腾。残留于钢锭中的气泡容积大体上抵消钢的冷凝收缩,无集中缩孔,且形成微凸的顶部。故半镇静钢又称为“平衡钢”。半镇静钢钢锭的结构与沸腾钢钢锭相似,而性能却与镇静钢钢锭相近,成分偏析小,综合机械性能好。
用半镇静钢代替镇静钢,由于切头减少,成坯率可提高7%~10%,还可以节约脱氧用硅铁和铝1/2~1/3。由于它的偏析较小和轧制废品少,成材率可接近沸腾钢,钢材性能却比沸腾钢好。而且半镇静钢钢锭浇注无需强制封顶,又特别适宜于快速上注,使铸锭生产能力比沸腾钢更高。半镇静钢的含碳量和含锰量也没有严格限制([c]可为0.05%~0.90%,[Mn]可为0.25%~1.70%,[Si]<0.12‰),还允许含有一定量的合金元素,(如Nb、Cu等),因而可浇铸的钢种多。
在20世纪中叶,半镇静钢的应用达到高峰。世界上一些主要产钢国家(苏、美、英、日等)的半镇静钢产量约占其钢产量的10%~
