钢水

钢水(Molten Steel)

目录

  • 1 什么是钢水[1]
  • 2 钢水的成分控制[2]
  • 3 参考文献

什么是钢水

  钢水是指液体状态的钢,钢水一般都镉成钢锭,也可以直接浇铸成铸件。

钢水的成分控制

  钢水的成分应符合钢种规格要求,但符合规格要求的钢水不一定完全适合连铸工艺。钢水是经过冶炼一精炼后才到达连铸的,实际上连铸无法控制钢水成分,即使成分微调,其范围也很有限。因而应根据连铸工艺的特点及铸坯质量的需要向连铸提供钢水,其主要原则为:

  (1)成分的稳定性。多炉连浇,炉与炉钢水成分必须相近,做到相对稳定,以保铸坯性能的均匀。

  (2)抗裂纹敏感性。铸坯是在运行过程中强制冷却成形,因而铸坯不仅受热应力、组织应力和钢水静压力等应力的作用,铸坯还受弯曲、拉坯矫直等机械应力的作用;一旦薄弱部位形成应力集中,必然引起铸坯内部和表面的裂纹。所以对钢中可能引起裂纹的元素含量要严加控制,或者避开成分裂纹敏感区,或者加入第三种元素消除其危害。

  (3)钢水的可浇性,也是指钢水的流动性。在浇注温度合适的情况下,一定程度上也反映了钢水本身的纯净度。钢水中夹杂物、氮、氢、氧含量低,纯净度高,就会保持良好的流动性,这对小方坯的浇铸尤为重要。钢水中若含有Ti、Al、Cr等元素时,由于形成高熔点夹杂物,也会影响流动性。

  1.碳成分

  碳是影响钢组织性能的基本元素,尤其是需要在热处理状态使用的钢种,其影响就更为显著,为此钢水碳含量要精确控制。在多炉连浇时,各炉次间钢水ω[C]的差别最好在±0.02%。

  钢中ω[C]=0.09%~0.12%范围内,对铸坯纵裂纹最敏感,主要是由于钢水凝固过程有包晶反应,体积收缩形成应力,导致裂纹,所以碳含量的控制应尽量避开裂纹敏感区,或者采用热顶式结晶器,或减弱结晶器冷却强度,在钢水凝固发生包晶反应时缓慢冷却,避免产生裂纹。

  2.硫、磷的成分

  硫和磷一般是钢的有害元素。

  硫对钢的热裂纹敏感性有突出的影响。因此硫是关系铸坯质量和连铸工艺的重要元素之一。生产经验证明,当钢水中ω[S]>0.020%时,板坯的表面热裂纹明显增多。同样,浇铸小方坯时产品也会产生缺陷。例如某厂浇铸115mm×115mm的小方坯,轧成线材,根据对钢中硫含量与线材缺陷关系的调查统计表明,ω[S]<0.025%的炉次,产品的缺陷率为零;钢水0.026%<ω[S]<0.030%的炉次,产品缺陷率在20%左右,随钢的让,ω[S]的增加,产品缺陷率也增多;对ω[S]≥0.040%的炉次,其缺陷率达100%,可见降低硫含量是保证产品质量的基本条件。当然,钢种不同,对让,ω[S]要求也不同。普通碳钢出钢时ω[S]≤0.020%,同时ω[Mn] / ω[S]>20,才能避免铸坯出现裂纹,并避免漏钢。对于含硫易切钢来讲,要求钢中ω[S]<0.30%,其含锰量相应也高。因而就不会产生热裂纹,所以含硫易切钢也可以用连铸工艺。

  还有研究认为:钢的凝固裂纹与的关系更具有规律性,当>5时,就不会出现凝固裂纹。

  钢中ω[P]<0.030%,磷对连铸过程一般不会产生影响,应根据钢种要求控制含量。有些钢种对硫、磷要求极低,如深冲钢、高压容器钢、管线钢等,熔炼成分要求ω[S]<0.005%,为此,对进入转炉的铁水都要进行预脱硫处理。其他人炉材料硫含量也应有明确的技术要求,钢水精炼过程还可深脱硫达到钢的品种标准。

  3.硅、锰成分

  硅、锰成分不仅影响钢的性能,还影响着钢水的可浇性。炉与炉之间硅、锰含量波动最好控制ω[Si]<±0.02%、ω[Mn]±0.02%,以保铸坯成分、性能稳定。非合金钢的硅、锰成分是通过脱氧加入的合金达到的,并要求一定的ω[Mn] / ω[Si]比,一般钢种ω[Mn] / ω[Si]>2.5,某些钢种ω[Mn] / ω[Si]>2.8,个别钢要求ω[Mn] / ω[Si]>3.0。钢水经过炉外精炼处理,成分微调后,能够实现成分的精确控制。

  4.残留元素的含量

  钢的成分中有些元素不是有意加入的,而是随炼钢原料带入炉内,冶炼过程又不能去除而残留于钢中,称之为残留元素,如Cu、Sn、Sb、As等。对钢性能影响最大的是铜和锡,其含量应限制在0.20%以下。由于这些元素的综合作用较为复杂,通常以铜当量来表示,即:
ω[Cu]=ω[Cu] + 10ω[Sn] − ω[Ni] − 2ω[S]

  其中10ω[Sn]包括了砷与锑的隐蔽作用,所以对电弧炉炼钢精选入炉废钢尤为重要,限制这些元素的含量。铜含量最高应在0.20%以下,也可加入第三元素抵消其不良影响,如向钢水中加镍,可以抵消铜的危害,还要控制铸坯表面层凝固组织及表面温度,减轻铜的富集,避免表面渗铜而产生裂纹。

参考文献

  1. 黄瑞琦主编.冶金 现代行业语词典.南海出版公司,2000.12.
  2. 王雅贞,张岩编著.4 连铸操作工艺 新编连续铸钢工艺及设备 (第2版).冶金工业出版社,2007.1.
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