鋼鐵中殘余元素分析：分類/來源/作用
作者：發布時間 : 2022-04-18 類型：權威檢測標簽： 認證證書鋼中的殘余元素問題是冶金工業面臨的重要問題之一。在煉鋼過程中，煉鋼原料（包括鐵水、廢鋼及鐵合金等）會將大量雜質元素帶入煉鋼爐中。其中一部分雜質元素可以去除，但仍有一部分雜質元素將留在鋼中，這一部分雜質（非有意添加的合金元素）統稱為殘余元素。這些殘余元素是鋼材質量產生不穩定的主要因素之一。
某些殘余元素易于偏析，即使其含量很低，也會對鋼材性能產生很強的負面作用。如軸承鋼中的殘余鈦就是一個典型的案例。Ti易與N反應產生高硬度夾雜物，極大影響軸承鋼的使用壽命。
1、殘余元素的分類將已知的一部分鋼中殘余元素按其氧化勢分為三類。它們在煉鋼過程中分別表現為完全保留、部分保留和極少保留。第一類元素的氧化勢低于鐵，在煉鋼時不參與氧化反應，最終幾乎全部積存在鋼鐵產品中。第二類殘余元素的氧化勢與鐵接近，在煉鋼的吹煉過程中，僅有一部分被氧化除去，其去除程度與元素本身特性有關。第三類元素氧化勢高于鐵，在鋼水吹煉過程中，它們首先被氧化進入爐渣中除去，僅剩余極少一部分進入產品中。因此，鋼中的殘余元素問題，實際上只有第一類和第二類所含的15種元素。其中8種元素為全保留元素，7種元素為部分保留元素。
2、鋼中殘余元素的來源我國是一個共生鐵礦較多的國家，共生鐵礦中包括V、Ti、P、As、Sn、Sb、Re（稀土元素）等，在冶煉時帶入鋼材中。除了原生鐵礦帶入鐵水中的殘余元素以外，鋼水中的殘余元素來源是廢鋼，主要分為：(1)廢鋼中的合金鋼。目前煉鋼廠沒有經濟有效的技術，來分選合金鋼與普碳鋼，而在一些中、高合金鋼中含有種類繁多的合金元素。在鋼的再循環中，這些合金元素將作為殘余元素進入鋼中；(2)廢鋼中的表面涂層或鍍層。其中產生問題最多的是鍍錫板，它是作為罐頭盒進入廢鋼循環的，其他的鍍層包括銅、鎳和鉻等；鍍鋅板也有廣泛應用，但鋅在煉鋼中可基本去除而無需考慮；(3)廢鋼原料中裹雜的有色金屬。最重要的有汽車廢鋼，其中夾雜一些微型電機，主要雜質為銅。市面上，殘余元素含量最多的是銅，銅主要是由汽車廢鋼進入煉鋼爐。據估計目前煉鋼廠混合廢鋼中平均含銅量大約在0.3%左右，具體含量多少取決于合金鋼的來源及所占比例。鋼中的殘余Sb和As主要來源于原生鐵礦，當含有這些雜質的廢鋼進入循環使用時，它們可以被稀釋，但殘量將在鋼中逐漸積累。鋼中的H和N主要來源于煉鋼時的車間氣氛，其含量主要取決于不同的鋼種成分和煉鋼工藝。
3、殘余元素在鋼中的偏析許多殘余元素在鋼中是以偏析的形式存在并發揮作用的。多數殘余元素在鋼中均有較強的偏析能力；這種元素的偏析過程，既可以發生于鋼液的凝固過程，也可以發生于隨后的固態相變，但需要很長的擴散時間。在鑄錠的冒口部分主要偏析元素是S、P、C，其次是Sb、N、As、H、Sn元素。偏析形成夾雜后，這一部分材料的硬度也高于鑄錠的其它部份。相對于凝固偏析，殘余元素在固態相變、或加熱時，會產生晶界偏析，如鋼的第二類回火脆性主要是P、Sn、As、Sb晶界偏析引起的。
4、殘余元素的作用簡述①8種全保留元素Ni、Co、W、Mo可以提高鋼的淬透性，屬于有益元素；Cu一方面可以引起鋼材高溫熱加工時的銅脆，但另一方面又可以提高鋼材耐大氣腐蝕的能力；殘余元素Sn、As、Sb屬于有害元素，它不但在鋼中加強銅脆，更重要的是它會導致合金鋼的第二類回火脆性；Sn是鋼中極為有害的殘余元素之一，Sn會大大降低鋼及合金的高溫力學性能。②7個部分保留元素C、Mn、S、P是常規控制元素；Cr能改善鋼的抗氧化性能，增加鋼的抗腐蝕能力和淬透性，但也會增加鋼的回火脆性；N有利于控制奧氏體的晶粒大小，但同時也會引起鋼的應變時效；鋼中的H是一種有害無益的元素，會導致白點、低合金高強度鋼內部產生裂紋等。
