微量元素銅、砷對鋼材質(zhì)量的影響分析與控制—冶金之家投稿

1、微量元素銅、砷對鋼材質(zhì)量的影響分析與控制劉海濤 肖洪達(dá) 郎元禮 王建生 趙少飛(玉溪匯溪金屬鑄造制品有限公司，云南 玉溪，653103)摘 要：針對目前匯溪鋼鐵銅、砷高的現(xiàn)狀，在軋制過程中存在的邊裂、毛邊等一系列問題，通過采用對鐵水進(jìn)行分裝、中和以及鐵前配料的調(diào)整等措施，來降低鋼中的銅、砷含量，從而降低了對鋼材質(zhì)量的危害，使帶鋼及型鋼的裂邊問題得到了實質(zhì)性的解決，保證了鑄坯的質(zhì)量。關(guān)鍵詞：微量元素銅、砷 危害 控制 措施0 前言玉溪匯溪金屬鑄造制品有限公司位于云南省玉溪市大營街黑龍?zhí)豆I(yè)區(qū)，由于受到地理位置及運輸成本的限制，從成本角度來分析使用云南本地礦比較經(jīng)濟(jì)。云南地區(qū)鐵礦石的特點是品位低，

2、雜質(zhì)元素mn、p、cu、as等含量比較高。其中mn、p在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中就可以控制，而鋼液中的cu、as在轉(zhuǎn)爐簡易精煉連鑄過程中無法去除。cu、as屬于易偏析元素，在生產(chǎn)過程中容易引起連鑄漏鋼，軋制時產(chǎn)生邊裂、毛邊等缺陷，在焊接過程中導(dǎo)致焊接部位產(chǎn)生裂紋，在鋼材的鍍鋅過程中出現(xiàn)漏鍍現(xiàn)象。1銅、砷對鋼材性能的危害匯溪鋼鐵煉鋼廠現(xiàn)用鐵水中雜質(zhì)元素含量比較高，其中cu和as的含量可以達(dá)到cu：0.0800.500%、as：0.040%0.244%。cu、as在煉鋼過程中都不氧化，導(dǎo)致在煉鋼過程中cu、as不能去除；在吹煉過程中鋼液有吹損，吹煉終點的cu、as含量比入爐時還要提高；所以，在原材料里的cu

3、、as含量高，到了鋼材中的雜質(zhì)元素cu、as會更有所提高。as是很脆的淺灰白色結(jié)晶，具有強(qiáng)的金屬光澤，熔點為817。天然as是極為罕見的，大多與重有色金屬共生，鋼中的as主要來源于煉鋼原料，冶煉中很難去除。砷在鋼中主要以固溶體和化合物形態(tài)存在，如fe3as、fe3as2、feas等。鋼中的砷增加會降低鋼的沖擊韌性，增加鋼的脆性，形成嚴(yán)重的偏析，是鋼中的有害元素。cu的熔點1083。鋼中含銅較高時導(dǎo)致鋼具熱脆性，當(dāng)cu0.20%時，加熱過程中由于表面發(fā)生選擇性氧化，使fe先于cu而發(fā)生氧化而表面cu含量即相對增加形成一層薄膜，然后擴(kuò)散形成銅網(wǎng)絡(luò)，在1030即容易斷裂。cu、as在大部分鋼中屬于有

4、害元素，只有在耐候鋼、硅鋼等少數(shù)鋼中cu屬于有益元素。而且cu、as都是低熔點物質(zhì)，兩者在一起反應(yīng)后能形成更低熔點的化合物，cu本身在鋼中容易引起“熱脆”，cu與as富集到一起時更加劇了鋼材的“熱脆”傾向。2銅、砷對鋼質(zhì)量影響的試驗及分析在軋制帶鋼和型鋼時，經(jīng)常間斷性的出現(xiàn)邊裂和毛邊等質(zhì)量問題，不斷的細(xì)化煉鋼及連鑄工藝，而裂邊及毛邊問題未能得到根本的解決。經(jīng)過討論、分析、查資料以及與同行業(yè)相關(guān)人士交流，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)邊裂及毛邊的爐次cu、as含量都比較高，最終決定從cu、as上開始查找問題。以下圖片是我廠生產(chǎn)帶鋼及型鋼時產(chǎn)生的邊裂及毛邊的情況。圖1是匯溪鋼鐵cu=0.287%、as=0.078%時的

5、熱軋工字鋼邊裂圖片，圖2是cu=0.182%、as=0.069%時的熱軋工字鋼毛邊圖片。 圖1熱軋工字鋼腿部邊裂 圖2熱軋工字鋼腿部毛邊圖1中工字鋼腿部出現(xiàn)的邊裂問題只有在幾座高爐cu、as同時出現(xiàn)問題時才會發(fā)生；在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)像圖2這種工字鋼腿部出現(xiàn)的毛邊問題，但檢測工字鋼的性能均能達(dá)到使用要求，只是外表上看起來非常不美觀。經(jīng)過對鐵水中cu、as含量的控制使得毛邊和裂邊問題得到了解決，生產(chǎn)至今沒有出現(xiàn)過大批量的邊裂及毛邊等問題，只是零星的出現(xiàn)工字鋼腿部邊裂現(xiàn)象。圖3是cu=0.482%、as=0.081%時的熱軋帶鋼邊裂圖片，圖2是cu=0.355%、as=0.072%時的熱軋帶鋼毛邊圖片

6、。 圖3熱軋帶鋼邊部邊裂 圖4熱軋帶鋼邊部毛邊圖1中所示圖片為在熱軋帶鋼中出現(xiàn)的邊裂現(xiàn)象，一般此種現(xiàn)象出現(xiàn)在鋼中cu含量達(dá)到0.300%以上，而且as含量也偏高時才會出現(xiàn)；圖2中所示圖片為熱軋帶鋼中出現(xiàn)的毛邊現(xiàn)象，出現(xiàn)毛邊的帶鋼冷軋到0.8mm時邊部就會產(chǎn)生邊裂，一般只能用作普通的焊管料。 2.1帶鋼軋制跟蹤情況針對此情況進(jìn)行了跟蹤試驗，并對含cu、as不同的板坯進(jìn)行分批軋制，并對軋制情況全程跟蹤，最終確定鋼中cu、as含量的上限值。第一批軋制帶鋼，cu含量為：0.3180.392%、as含量為：0.0650.083%，共計軋制217卷，裂邊39卷，毛邊78卷；第二批軋制帶鋼，cu含量為：0.

7、2590.322%、as含量為：0.0580.071%，共計軋制326卷，裂邊11卷，毛邊37卷；第三批軋制帶鋼，cu含量為：0.1830.272%、as含量為：0.0610.076%，共計軋制253卷，裂邊0卷，毛邊0卷；經(jīng)過以上跟蹤試驗，最終確定軋制帶鋼要求鋼中的cu0.280%，as0.080%。2.2工字鋼軋制跟蹤情況由于前面軋制時cu、as含量比較高，出現(xiàn)的邊裂比例比較高，試驗跟蹤時就選擇cu、as含量相對較低的鑄坯進(jìn)行軋制。第一批軋制工字鋼，cu含量為：0.1540.176%、as含量為：0.0540.067%，共計軋制657支，裂邊6支，毛邊17支；第二批軋制工字鋼，cu含量為：

8、0.1080.140%、as含量為：0.0550.062%，共計軋制710支，裂邊0支，毛邊12支；第三批軋制工字鋼，cu含量為：0.0710.112%、as含量為：0.0430.051%，共計軋制629支，裂邊1支，毛邊0支；經(jīng)過以上跟蹤試驗，最終確定軋制工字鋼要求鋼中的cu0.100%，as0.050%。2.3銅、砷對鋼質(zhì)量影響的分析 導(dǎo)致帶鋼和型鋼邊裂及毛邊的主要因素是鋼中的cu、as含量高造成的，在此對銅、砷對鋼質(zhì)量的影響做一簡要分析：2.3.1cu、as在鋼中的含量越高，在軋制過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題就會越嚴(yán)重，隨之出現(xiàn)的邊裂和毛邊問題也就越嚴(yán)重。2.3.2cu與as單獨存在于鋼中，對鋼

9、的危害性要小得多，但兩種元素同時存在于鋼中就會加劇對鋼性能的危害性。3減少鋼中銅、砷的措施鑒于我公司生產(chǎn)現(xiàn)狀的復(fù)雜狀況，70%的鐵水主要是外購，對生產(chǎn)關(guān)系、產(chǎn)品質(zhì)量等問題造成很大的影響。因cu、as在煉鋼過程中不能去除，而在普碳鋼中cu0.140%，as0.070%時對軋制帶鋼（冷軋料）和型材時容易產(chǎn)生邊裂和毛邊的現(xiàn)象，我們在生產(chǎn)中采取了以下一些列措施。3.1鐵前配料調(diào)整銅、砷含量我廠生產(chǎn)鐵水根據(jù)礦中含cu、as的含量，按不同的比例配比粉礦、普通鐵精粉、釩鈦鐵精粉來調(diào)整鐵水中的cu、as含量，以確保鐵水中的cu、as含量達(dá)到煉鋼的使用要求。3.2鐵水分裝調(diào)整銅、砷含量匯溪煉鋼廠目前有600t、

10、1300t混鐵爐各一座，遇到鐵水cu、as含量高時，對所來鐵水進(jìn)行化驗，cu0.140%，as0.070%的鐵水裝入600t混鐵爐，cu、as含量低于標(biāo)準(zhǔn)的鐵水裝入1300t混鐵爐。低cu、as鐵水主要用于生產(chǎn)冷軋料和型鋼用料，而高cu、as鐵水主要用于生產(chǎn)普通熱軋帶鋼和螺紋鋼。經(jīng)過以上調(diào)整，鋼液中的銅、砷含量可以控制在cu0.100%，as0.050%，可以滿足生產(chǎn)冷軋料、型材的要求。3.3鐵水中和調(diào)整銅、砷含量鐵水中cu、as含量比較均衡時，對鐵水采取中和調(diào)整cu、as的措施。鐵水集中往一個混鐵爐裝，待鐵水達(dá)到500噸以上鐵水成分均勻，取樣化驗成分合格后進(jìn)行生產(chǎn)。經(jīng)中和的鐵水銅、砷含量可以

11、控制在cu0.130%，as0.060%，也可以滿足生產(chǎn)需要。此方法易于操作，便于生產(chǎn)組織，也是我廠常用的。3.4加硅鈣合金降低鐵水中的砷含量鐵水中的砷去除主要采用cao或cac2與caf2，硅鈣合金脫除鐵水中的殘余元素砷，但使用硅鈣合金成本比較高，而且對鐵水溫度的要求也比較高，鐵水溫度要求達(dá)到13501450?？紤]到成本因素，使用cac2脫砷比較經(jīng)濟(jì)。鐵水溫度在1350，渣中cac2含量為5060%，渣量為15%，處理時間40min時，脫砷效果最好，脫砷率可以達(dá)到80%。4鋼中銅、砷含量的控制4.1對鋼水化學(xué)成分中的cu、as控制為保證產(chǎn)品質(zhì)量，對軋制帶鋼、型鋼、線材、鍍鋅帶鋼等時鋼中銅、砷

12、含量的控制作出嚴(yán)格的要求。具體控制標(biāo)準(zhǔn)（見表1）表1 銅、砷含量控制要求標(biāo)準(zhǔn)牌號cuas軋制線材q195、q235b0.140%0.060%軋制螺紋鋼20mnsi0.280%0.080%軋制型材q235b0.100%0.050%軋制普通帶鋼q195、q235b0.280%0.080%軋制冷軋料q195l0.100%0.050%軋制鍍鋅帶鋼q195、q235b0.140%0.060%4.2添加其它抑制元素添加抑制元素是減輕銅等殘余元素對鋼性能不利影響較為有效的方法。如在鋼中添加一定量的鎳，可使在晶間產(chǎn)生高熔點的銅鎳化合物，還可阻礙銅向奧氏體晶界滲透，提高銅在奧氏體中的溶解度，防止鋼坯在加熱過程中

13、在表面形成cu與as等的合金相。在鋼中添加適量的b或ti可以在不同程度上減少或消除鋼中銅所造成的熱脆。而添加稀土元素la、ce等不僅可能與鋼中的殘余元素作用形成高熔點的化合物，也有效抑制殘余有害元素在晶界的偏聚。但是添加抑制元素來控制cu、as對鋼材性能的影響，會造成成本的大幅度提高，不建議采用此方法來控制cu、as對鋼材性能的影響。4.3軋制控制控制加熱爐內(nèi)的氣氛，采用弱氧化氣氛，最好是還原性氣氛加熱。加快升溫速度，縮短加熱時間，以減輕低熔點殘余元素在鋼基體與氧化層界面的富集析出。對于殘余元素較高的爐次，鑄坯加熱溫度按下限控制，溫度控制在1150左右。5結(jié)束語5.1通過采取鐵前配料的調(diào)整、鐵水的分裝、中和等一系列的措施，