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鋼水

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鋼水(Molten Steel)

什麼是鋼水[1]

  鋼水是指液體狀態的鋼,鋼水一般都鎘成鋼錠,也可以直接澆鑄成鑄件。

鋼水的成分控制[2]

  鋼水的成分應符合鋼種規格要求,但符合規格要求的鋼水不一定完全適合連鑄工藝。鋼水是經過冶煉一精煉後才到達連鑄的,實際上連鑄無法控制鋼水成分,即使成分微調,其範圍也很有限。因而應根據連鑄工藝的特點及鑄坯質量的需要向連鑄提供鋼水,其主要原則為:

  (1)成分的穩定性。多爐連澆,爐與爐鋼水成分必須相近,做到相對穩定,以保鑄坯性能的均勻。

  (2)抗裂紋敏感性。鑄坯是在運行過程中強製冷卻成形,因而鑄坯不僅受熱應力、組織應力和鋼水靜壓力等應力的作用,鑄坯還受彎曲、拉坯矯直等機械應力的作用;一旦薄弱部位形成應力集中,必然引起鑄坯內部和錶面的裂紋。所以對鋼中可能引起裂紋的元素含量要嚴加控制,或者避開成分裂紋敏感區,或者加入第三種元素消除其危害。

  (3)鋼水的可澆性,也是指鋼水的流動性。在澆註溫度合適的情況下,一定程度上也反映了鋼水本身的純凈度。鋼水中夾雜物、氮、氫、氧含量低,純凈度高,就會保持良好的流動性,這對小方坯的澆鑄尤為重要。鋼水中若含有Ti、Al、Cr

等元素時,由於形成高熔點夾雜物,也會影響流動性。

  1.碳成分

  碳是影響鋼組織性能的基本元素,尤其是需要在熱處理狀態使用的鋼種,其影響就更為顯著,為此鋼水碳含量要精確控制。在多爐連澆時,各爐次間鋼水ω[C]的差別最好在±0.02%。

  鋼中ω[C]=0.09%~0.12%範圍內,對鑄坯縱裂紋最敏感,主要是由於鋼水凝固過程有包晶反應,體積收縮形成應力,導致裂紋,所以碳含量的控制應儘量避開裂紋敏感區,或者採用熱頂式結晶器,或減弱結晶器冷卻強度,在鋼水凝固發生包晶反應時緩慢冷卻,避免產生裂紋。

  2.硫、磷的成分

  硫和磷一般是鋼的有害元素。

  硫對鋼的熱裂紋敏感性有突出的影響。因此硫是關係鑄坯質量和連鑄工藝的重要元素之一。生產經驗證明,當鋼水中ω[S]>0.020%時,板坯的錶面熱裂紋明顯增多。同樣,澆鑄小方坯時產品也會產生缺陷。例如某廠澆鑄115mm×115mm的小方坯,軋成線材,根據對鋼中硫含量與線材缺陷關係的調查統計表明,ω[S]<0.025%的爐次,產品的缺陷率為零;鋼水0.026%<ω[S]<0.030%的爐次,產品缺陷率在20%左右,隨鋼的讓,ω[S]的增加,產品缺陷率也增多;對ω[S]≥0.040%的爐次,其缺陷率達100%,可見降低硫含量是保證產品質量

的基本條件。當然,鋼種不同,對讓,ω[S]要求也不同。普通碳鋼出鋼時ω[S]≤0.020%,同時ω[Mn] / ω[S]>20,才能避免鑄坯出現裂紋,並避免漏鋼。對於含硫易切鋼來講,要求鋼中ω[S]<0.30%,其含錳量相應也高。因而就不會產生熱裂紋,所以含硫易切鋼也可以用連鑄工藝。

  還有研究認為:鋼的凝固裂紋與\omega_{[Mn]}^3/\omega_{[S]}的關係更具有規律性,當\omega_{[Mn]}^3/\omega_{[S]}>5時,就不會出現凝固裂紋。

  鋼中ω[P]<0.030%,磷對連鑄過程一般不會產生影響,應根據鋼種要求控制含量。有些鋼種對硫、磷要求極低,如深沖鋼、高壓容器鋼、管線鋼等,熔煉成分要求ω[S]<0.005%,為此,對進入轉爐的鐵水都要進行預脫硫處理。其他人爐材料硫含量也應有明確的技術要求,鋼水精煉過程還可深脫硫達到鋼的品種標準。

  3.硅、錳成分

  硅、錳成分不僅影響鋼的性能,還影響著鋼水的可澆性。爐與爐之間硅、錳含量波動最好控制在ω[Si]<±0.02%、ω[Mn]±0.02%,以保鑄坯成分、性能穩定。非合金鋼的硅、錳成分是通過脫氧加入的合金達到的,並要求一定的ω[Mn] / ω[Si]比,一般鋼種ω[Mn] / ω[Si]>2.5,某些鋼種ω[Mn] / ω[Si]>2.8,個別鋼要求ω[M

n] / ω[Si]>3.0。鋼水經過爐外精煉處理,成分微調後,能夠實現成分的精確控制。

  4.殘留元素的含量

  鋼的成分中有些元素不是有意加入的,而是隨煉鋼原料帶入爐內,冶煉過程又不能去除而殘留於鋼中,稱之為殘留元素,如Cu、Sn、Sb、As等。對鋼性能影響最大的是銅和錫,其含量應限制在0.20%以下。由於這些元素的綜合作用較為複雜,通常以銅當量來表示,即:
ω[Cu]=ω[Cu] + 10ω[Sn] − ω[Ni] − 2ω[S]

  其中10ω[Sn]包括了砷與銻的隱蔽作用,所以對電弧爐煉鋼精選入爐廢鋼尤為重要,限制這些元素的含量。銅含量最高應在0.20%以下,也可加入第三元素抵消其不良影響,如向鋼水中加鎳,可以抵消銅的危害,還要控制鑄坯錶面層凝固組織及錶面溫度,減輕銅的富集,避免錶面滲銅而產生裂紋。

參考文獻

  1. ↑ 黃瑞琦主編.冶金 現代行業語詞典.南海出版公司,2000.12.
  2. ↑ 王雅貞,張岩編著.4 連鑄操作工藝 新編連續鑄鋼工藝及設備 (第2版).冶金工業出版社,2007.1.