鋼鐵中殘余元素都有哪些？

鋼中的殘余元素問題是冶金工業(yè)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(zhì)元素帶入煉鋼爐中。其中一部分雜質(zhì)元素可以去除，但仍有一部分雜質(zhì)元素將留在鋼中，這一部分雜質(zhì)（非有意添加的合金元素）統(tǒng)稱為殘余元素。這些殘余元素是鋼材質(zhì)量產(chǎn)生不穩(wěn)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(chǎn)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(chǎn)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，如下表。它們在煉鋼過程中分別表現(xiàn)為完全保留、部分保留和極少保留。上表中，第一類元素的氧化勢低于鐵，在煉鋼時不參與氧化反應，***終幾乎全部積存在鋼鐵產(chǎn)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(guān)。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(chǎn)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***大來源是廢鋼，主要分為：(1)廢鋼中的合金鋼。目前煉鋼廠沒有經(jīng)濟有效的技術(shù)，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(huán)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(chǎn)生問題***多的是鍍錫板，它是作為罐頭盒進入廢鋼循環(huán)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。***重要的有汽車廢鋼，其中夾雜一些微型電機，主要雜質(zhì)為銅。市面上，殘余元素含量***多的是銅，銅主要是由汽車廢鋼進入煉鋼爐。據(jù)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(zhì)的廢鋼進入循環(huán)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(fā)揮作用的。多數(shù)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(fā)生于鋼液的凝固過程，也可以發(fā)生于隨后的固態(tài)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(tài)相變、或加熱時，會產(chǎn)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① 8 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。② 7 個部分保留元素C、Mn、S、P 是常規(guī)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(nèi)部產(chǎn)生裂紋等。