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1、微量元素铜、砷对钢材质量的影响分析与控制刘海涛 肖洪达 郎元礼 王建生 赵少飞(玉溪汇溪金属铸造制品有限公司，云南 玉溪，653103)摘 要：针对目前汇溪钢铁铜、砷高的现状，在轧制过程中存在的边裂、毛边等一系列问题，通过采用对铁水进行分装、中和以及铁前配料的调整等措施，来降低钢中的铜、砷含量，从而降低了对钢材质量的危害，使带钢及型钢的裂边问题得到了实质性的解决，保证了铸坯的质量。关键词：微量元素铜、砷 危害 控制 措施0 前言玉溪汇溪金属铸造制品有限公司位于云南省玉溪市大营街黑龙潭工业区，由于受到地理位置及运输成本的限制，从成本角度来分析使用云南本地矿比较经济。云南地区铁矿石的特点是品位低，
2、杂质元素Mn、P、Cu、As等含量比较高。其中Mn、P在转炉冶炼过程中就可以控制，而钢液中的Cu、As在转炉简易精炼连铸过程中无法去除。Cu、As属于易偏析元素，在生产过程中容易引起连铸漏钢，轧制时产生边裂、毛边等缺陷，在焊接过程中导致焊接部位产生裂纹，在钢材的镀锌过程中出现漏镀现象。1铜、砷对钢材性能的危害汇溪钢铁炼钢厂现用铁水中杂质元素含量比较高，其中Cu和As的含量可以达到Cu：0.0800.500%、As：0.040%0.244%。Cu、As在炼钢过程中都不氧化，导致在炼钢过程中Cu、As不能去除；在吹炼过程中钢液有吹损，吹炼终点的Cu、As含量比入炉时还要提高；所以，在原材料里的Cu
3、、As含量高，到了钢材中的杂质元素Cu、As会更有所提高。As是很脆的浅灰白色结晶，具有强的金属光泽，熔点为817。天然As是极为罕见的，大多与重有色金属共生，钢中的As主要来源于炼钢原料，冶炼中很难去除。砷在钢中主要以固溶体和化合物形态存在，如Fe3As、Fe3As2、FeAs等。钢中的砷增加会降低钢的冲击韧性，增加钢的脆性，形成严重的偏析，是钢中的有害元素。Cu的熔点1083。钢中含铜较高时导致钢具热脆性，当Cu0.20%时，加热过程中由于表面发生选择性氧化，使Fe先于Cu而发生氧化而表面Cu含量即相对增加形成一层薄膜，然后扩散形成铜网络，在1030即容易断裂。Cu、As在大部分钢中属于有
4、害元素，只有在耐候钢、硅钢等少数钢中Cu属于有益元素。而且Cu、As都是低熔点物质，两者在一起反应后能形成更低熔点的化合物，Cu本身在钢中容易引起“热脆”，Cu与As富集到一起时更加剧了钢材的“热脆”倾向。2铜、砷对钢质量影响的试验及分析在轧制带钢和型钢时，经常间断性的出现边裂和毛边等质量问题，不断的细化炼钢及连铸工艺，而裂边及毛边问题未能得到根本的解决。经过讨论、分析、查资料以及与同行业相关人士交流，发现出现边裂及毛边的炉次Cu、As含量都比较高，最终决定从Cu、As上开始查找问题。以下图片是我厂生产带钢及型钢时产生的边裂及毛边的情况。图1是汇溪钢铁Cu=0.287%、As=0.078%时的
5、热轧工字钢边裂图片，图2是Cu=0.182%、As=0.069%时的热轧工字钢毛边图片。 图1热轧工字钢腿部边裂 图2热轧工字钢腿部毛边图1中工字钢腿部出现的边裂问题只有在几座高炉Cu、As同时出现问题时才会发生；在生产中经常出现像图2这种工字钢腿部出现的毛边问题，但检测工字钢的性能均能达到使用要求，只是外表上看起来非常不美观。经过对铁水中Cu、As含量的控制使得毛边和裂边问题得到了解决，生产至今没有出现过大批量的边裂及毛边等问题，只是零星的出现工字钢腿部边裂现象。图3是Cu=0.482%、As=0.081%时的热轧带钢边裂图片，图2是Cu=0.355%、As=0.072%时的热轧带钢毛边图片
6、。 图3热轧带钢边部边裂 图4热轧带钢边部毛边图1中所示图片为在热轧带钢中出现的边裂现象，一般此种现象出现在钢中Cu含量达到0.300%以上，而且As含量也偏高时才会出现；图2中所示图片为热轧带钢中出现的毛边现象，出现毛边的带钢冷轧到0.8mm时边部就会产生边裂，一般只能用作普通的焊管料。 2.1带钢轧制跟踪情况针对此情况进行了跟踪试验，并对含Cu、As不同的板坯进行分批轧制，并对轧制情况全程跟踪，最终确定钢中Cu、As含量的上限值。第一批轧制带钢，Cu含量为：0.3180.392%、As含量为：0.0650.083%，共计轧制217卷，裂边39卷，毛边78卷；第二批轧制带钢，Cu含量为：0.
7、2590.322%、As含量为：0.0580.071%，共计轧制326卷，裂边11卷，毛边37卷；第三批轧制带钢，Cu含量为：0.1830.272%、As含量为：0.0610.076%，共计轧制253卷，裂边0卷，毛边0卷；经过以上跟踪试验，最终确定轧制带钢要求钢中的Cu0.280%，As0.080%。2.2工字钢轧制跟踪情况由于前面轧制时Cu、As含量比较高，出现的边裂比例比较高，试验跟踪时就选择Cu、As含量相对较低的铸坯进行轧制。第一批轧制工字钢，Cu含量为：0.1540.176%、As含量为：0.0540.067%，共计轧制657支，裂边6支，毛边17支；第二批轧制工字钢，Cu含量为：
8、0.1080.140%、As含量为：0.0550.062%，共计轧制710支，裂边0支，毛边12支；第三批轧制工字钢，Cu含量为：0.0710.112%、As含量为：0.0430.051%，共计轧制629支，裂边1支，毛边0支；经过以上跟踪试验，最终确定轧制工字钢要求钢中的Cu0.100%，As0.050%。2.3铜、砷对钢质量影响的分析 导致带钢和型钢边裂及毛边的主要因素是钢中的Cu、As含量高造成的，在此对铜、砷对钢质量的影响做一简要分析：2.3.1Cu、As在钢中的含量越高，在轧制过程中出现的质量问题就会越严重，随之出现的边裂和毛边问题也就越严重。2.3.2Cu与As单独存在于钢中，对钢
9、的危害性要小得多，但两种元素同时存在于钢中就会加剧对钢性能的危害性。3减少钢中铜、砷的措施鉴于我公司生产现状的复杂状况，70%的铁水主要是外购，对生产关系、产品质量等问题造成很大的影响。因Cu、As在炼钢过程中不能去除，而在普碳钢中Cu0.140%，As0.070%时对轧制带钢（冷轧料）和型材时容易产生边裂和毛边的现象，我们在生产中采取了以下一些列措施。3.1铁前配料调整铜、砷含量我厂生产铁水根据矿中含Cu、As的含量，按不同的比例配比粉矿、普通铁精粉、钒钛铁精粉来调整铁水中的Cu、As含量，以确保铁水中的Cu、As含量达到炼钢的使用要求。3.2铁水分装调整铜、砷含量汇溪炼钢厂目前有600T、
10、1300T混铁炉各一座，遇到铁水Cu、As含量高时，对所来铁水进行化验，Cu0.140%，As0.070%的铁水装入600T混铁炉，Cu、As含量低于标准的铁水装入1300T混铁炉。低Cu、As铁水主要用于生产冷轧料和型钢用料，而高Cu、As铁水主要用于生产普通热轧带钢和螺纹钢。经过以上调整，钢液中的铜、砷含量可以控制在Cu0.100%，As0.050%，可以满足生产冷轧料、型材的要求。3.3铁水中和调整铜、砷含量铁水中Cu、As含量比较均衡时，对铁水采取中和调整Cu、As的措施。铁水集中往一个混铁炉装，待铁水达到500吨以上铁水成分均匀，取样化验成分合格后进行生产。经中和的铁水铜、砷含量可以
11、控制在Cu0.130%，As0.060%，也可以满足生产需要。此方法易于操作，便于生产组织，也是我厂常用的。3.4加硅钙合金降低铁水中的砷含量铁水中的砷去除主要采用CaO或CaC2与CaF2，硅钙合金脱除铁水中的残余元素砷，但使用硅钙合金成本比较高，而且对铁水温度的要求也比较高，铁水温度要求达到13501450。考虑到成本因素，使用CaC2脱砷比较经济。铁水温度在1350，渣中CaC2含量为5060%，渣量为15%，处理时间40min时，脱砷效果最好，脱砷率可以达到80%。4钢中铜、砷含量的控制4.1对钢水化学成分中的Cu、As控制为保证产品质量，对轧制带钢、型钢、线材、镀锌带钢等时钢中铜、砷
12、含量的控制作出严格的要求。具体控制标准（见表1）表1 铜、砷含量控制要求标准牌号CuAs轧制线材Q195、Q235B0.140%0.060%轧制螺纹钢20MnSi0.280%0.080%轧制型材Q235B0.100%0.050%轧制普通带钢Q195、Q235B0.280%0.080%轧制冷轧料Q195L0.100%0.050%轧制镀锌带钢Q195、Q235B0.140%0.060%4.2添加其它抑制元素添加抑制元素是减轻铜等残余元素对钢性能不利影响较为有效的方法。如在钢中添加一定量的镍，可使在晶间产生高熔点的铜镍化合物，还可阻碍铜向奥氏体晶界渗透，提高铜在奥氏体中的溶解度，防止钢坯在加热过程中
13、在表面形成Cu与As等的合金相。在钢中添加适量的B或Ti可以在不同程度上减少或消除钢中铜所造成的热脆。而添加稀土元素La、Ce等不仅可能与钢中的残余元素作用形成高熔点的化合物，也有效抑制残余有害元素在晶界的偏聚。但是添加抑制元素来控制Cu、As对钢材性能的影响，会造成成本的大幅度提高，不建议采用此方法来控制Cu、As对钢材性能的影响。4.3轧制控制控制加热炉内的气氛，采用弱氧化气氛，最好是还原性气氛加热。加快升温速度，缩短加热时间，以减轻低熔点残余元素在钢基体与氧化层界面的富集析出。对于残余元素较高的炉次，铸坯加热温度按下限控制，温度控制在1150左右。5结束语5.1通过采取铁前配料的调整、铁水的分装、中和等一系列的措施，从根本上解决了带钢和型钢的边裂及毛边问题。5.2严格控制钢中Cu、As的含量，保证Cu0.100%、As0.050%，在轧制型钢及冷轧带钢时基本上不会出现由于Cu、As偏析而引起边裂。参考文献1 付兵，钢中残余元素的影响及其控制研究，硕士论文，2010年4月2 赵秉军、王继尧，钢中残存元素影响与控制，特殊钢，1994年第3期3 耿明山等，Cu、As、Sn对C-Mn钢热轧表面质量的影响，特殊钢，2008年第6期
