洁净钢的成分控制探讨之一
发布时间:2008-11-13 09:10
作者:互联网
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在
钢铁冶炼过程中,一部分杂质元素可以去除,但仍有一部分将残留在
钢中,这些残余元素的存在是
钢材质量产生不稳定的主要因素之一。在这些元素中,某些残余元素由于易于
偏析,即使其含量很低,也对
钢材性能产生很强的有害影响。因此正确认识
钢铁产品中残余元素问题,建立
洁净钢的概念及其
工艺控制是
保证现代钢
铁工业
生产优质钢材的重要前提。提高钢的洁净度,可以明显
改善钢材的
机械性能和加工性能。主要表现在:(1)洁净度对钢材机械性能的影响降低钢中的S、P、N等的杂质含量,可以明显提高钢材的
强度和
韧性,如当钢中的[S]≤0.004%时,NiCrMo钢的冲击韧性明显提高;对于AIST4340钢,[P]从0.03%下降到0.003%,室温C型
缺口冲击能约提高20%,而对于含B钢,控制[N]≤20ppm,可以获得很高的强度和低温韧性。对于
轴承钢,降低钢中的全氧含量,可以明显提高
轴承的寿命。因此,高质量的轴承钢,要求钢中T[O]≤10×10-4%。同时,钢中
夹杂物的尺寸、分布与性质对钢材的
疲劳极限也有很大的影响。降低钢中夹杂物,有利于提高钢材的疲劳强度。对于
硅钢(Si=3%),降低钢中的S和T[O]的含量([S]≤20ppm,T[O]≤15ppm),可以使无取向
硅钢片的铁芯损失降低到2.3w/kg以下。而降低钢中的[C]和[N]含量,可以提高
硅钢片的最大导
磁率,降低
矫顽力。(2)洁净度对钢材加工性能的影响
焊接性能是钢材最重要的使用性能之一,降低钢中的含C量或降低钢的
碳当量,有利于改善钢的
焊接性能。
汽车板、家用
电器和DI罐用钢等钢材,不仅要求一定的强度,还要求要有良好的
深冲性能,降低钢中C含量,可以明显改善钢的深冲性能。
汽车用高质量
IF钢,要求钢中C+N≤50ppm。此外,生产
热轧薄板,必须严格控制钢中大型Al2O3夹杂物的数量,才能避免轧制过程中产生
裂纹,获得良好的表面质量。如生产0.3mmDI罐用
钢板的关键技术是彻底杜绝30~40mm的大型脆性夹杂的出现。钢中夹杂物的数量与类型对切削
刀具寿命有明显的影响,这是由于钢种的脆性夹杂增大了
工件与刀具间的
摩擦阻力,不利于钢材的切削性能。因此,尽量降低钢中的脆性夹杂物的含量,有利于改善钢材的切削性能。钢中的脆性夹杂物对耐磨性有着极坏的影响,对于
钢轨钢和轴承钢,钢中Al2O3等脆性夹杂往往造成钢材表面剥落、
腐蚀。因此,严格控制钢中Al2O3近似等于零,可以解决表面
磨损的问题,提高钢材的耐磨性能。N和C一样,是间隙型杂质。低温时,容易在Fe原子晶格内扩散,引起
时效,使钢材低温
锻造性能下降。对于0.35%的
碳钢,如果控制钢中的
固溶N含量≤50ppm,可以明显降低钢材冷锻时裂纹的产生率。钢中含有硅及
锰元素时,将大大促进残余元素引起的第二类
回火脆性。这可能是由于硅、锰促进残余元素在钢中的扩散及偏析
能力。相反,钢中如果添加适量的
钼,一般为0.2~0.5,则可有效地以致第二类回火脆性。理论研究和生产实践都证明钢材的纯净度越高,其性能越好,使用寿命也越长。钢中杂质含量降低到一定
水平,钢材的性能将发生质变。如钢中碳含量从40×10-6降低到20×10-6,深冲钢的
伸长率可增加7%。提高钢的纯净度还可以赋予钢新的性能(如提高耐磨腐蚀性等),因此
纯净钢已成为生产各种用于苛刻条件下高
附加值产品的
基础,其生产具有巨大的
社会经济效益。
需要指出的是对不同钢种其中的杂质元素的种类是不同的,如硫在一般钢中都视为杂质元素,但在易切削钢中其为有益元素;IF钢中氮是杂质元素,但在
不锈钢中氮可以代替一部分
镍和其它贵
重合金元素,其固溶强化和弥散强化作用可提高钢的强度。钢中[H]含量过多,易于产生氢发裂和
白点,导致钢的严重
缺陷。硫是钢中的有害元素之一,是表面活性元素,常以MnS的形式在钢材
晶界上或异相
界面上偏析聚集。硫对钢材最大的危害是引起钢的
热脆,显著降低了钢的
热加工性能。而对于
铁素体不锈钢,要求钢中S≤20ppm,保证钢材的热加工性能。碳钢的S≤ppm,热加
工时可避免产生热裂纹现象。此外,硫降低钢材的韧性,恶化钢的Z向性能,并对氢致裂纹有较大影响。因此,要求
管线钢具有较高的抗氢致裂纹(HIC)和抗硫
应力裂纹(SSCC)的能力,要求控制钢中S≤10×10-6。近20年来,随着宇航、航空、
石油、汽车、国防及微电子工业的蓬勃发展,对钢铁杂质含量的要求越来越苛刻,因为人们发现钢的纯净度愈高,性能愈好。例如轴承钢:当含氧量[O%]由30×10-4%降为15×10-4%时接触疲劳寿命提高5倍:降到10×10-4%时接触疲劳寿命提高15倍:降到5×10-4%时接触疲劳寿命提高30倍;又如为满足汽车工业对深
冲压成型薄板的
需求而推出的IF钢(无间隙相元素钢)对碳含量的要求更降至[%C]<30×10-4%已属于超
低碳钢。(来源:制钢参考网)
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。