Q345R合金鋼中Cr含量超標(biāo)原因分析

王曉燕 董 立 梁 琦 劉東升 劉建軍

(內(nèi)蒙古北方重工集團(tuán)，內(nèi)蒙古014033)

我公司新承攬了一種Q345R合金鋼外銷鋼錠，該鋼種在冶煉過程中多數(shù)冶煉正常，但有幾爐鋼在精煉過程中出現(xiàn)Cr成分偏高的現(xiàn)象。其中有兩爐Q345R鋼在電爐出鋼后，精煉就位取樣時出現(xiàn)Cr高于內(nèi)控以及Cr超標(biāo)導(dǎo)致改鋼號(012468改為P11鋼)等問題。針對此問題，我們從裝料、電爐冶煉、測溫取樣、出鋼操作、進(jìn)渣回磷、回鉻、爐渣成分分析等多方面進(jìn)行研究，找出Cr含量增高的變化規(guī)律，制定相應(yīng)措施，避免今后再發(fā)生類似問題。

1 原因分析

1.1 Q345R鋼成分控制要求

Q345R鋼成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)內(nèi)控要求是： C 0.14～0.16，Mn 1.35～1.45，Si 0.35～0.45，S≤0.008，P≤0.012，Cr≤0.25，Ni≤0.25，Mo≤0.15，V≤0.08，Al 0.020～0.030。Q345R鋼屬于低碳鋼，碳含量要求較低，P含量要求較為嚴(yán)格，成品Cr成分控制標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)控要求都≤0.25%。冶煉過程中吹氧，鋼水易發(fā)生過氧，爐后進(jìn)渣或鋼渣混流后精煉過程中成分控制較難。

1.2 出鋼至精煉過程中Cr含量變化情況統(tǒng)計分析

Cr在鋼中是一種合金元素，它比鐵容易氧化，但不如Al、Ti、Si等，Cr的氧化反應(yīng)式是：[Cr]+[O]=[CrO]，2[Cr]+3[FeO]=[Cr2O3]+3[FeO]。渣中(FeO)能使Cr的收得率減低，且當(dāng)爐料中的鉻含量很高時，轉(zhuǎn)入熔渣中的鉻損失也多。鉻的氧化能放出大量的熱，而鉻的氧化損失又與溫度有關(guān)。在高溫時還將發(fā)生下述反應(yīng)：(CrO)+[C]=[Cr]+{CO}，(Cr2O3)+3[C]=2[Cr]+{CO}。高溫下脫碳能抑制鉻的氧化損失，換言之，高溫不利于鉻的氧化。所以為了降低鋼中的鉻含量，一般采用偏低的溫度。為了找出Cr在整個冶煉過程中的變化規(guī)律，我們統(tǒng)計了一些Q345R鋼的冶煉數(shù)據(jù)，見表1。

針對Cr元素變化趨勢，我們做了一個折線圖(見圖1)。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知， Cr含量在電爐出鋼后至精煉過程中一直有增高的趨勢，增加幅度為0.02%～0.14%。012260、012349、012352、012382、012370、012388、012468、012497爐鋼出現(xiàn)Cr成分異常增高情況，其中012370及012468兩爐鋼因Cr含量高而導(dǎo)致成分超標(biāo)。針對這兩爐鋼的情況進(jìn)行分析研究，找出Cr元素增高的原因。

(1)裝料情況

012370爐鋼裝料情況是：鋼渣3 t，外購廢鋼42 t，包頭生鐵10 t。012468爐鋼裝料情況是：鋼棒5 t，外購廢鋼38 t，包頭生鐵10 t。另外統(tǒng)計16爐Q345R鋼裝料情況，見表2。其中有11爐鋼與012370和012468爐裝料情況類似，都裝入了鋼渣或鋼棒，但未有Cr偏高壓標(biāo)線情況。其余5爐全部裝入外購廢鋼，出鋼前Cr為0.03%～0.11%，另外Mo成分從出鋼到成品沒有異?，F(xiàn)象。從數(shù)據(jù)分析可知，裝料因素應(yīng)不會引起的Cr成分異常增高。

表1 電爐出鋼至精煉過程中Q345R鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition of Q345R steel from electric furnace tapping to refining(mass fraction,%)

圖1 Cr元素變化趨勢圖Figure 1 Changing trend of Cr element

表2 11爐Q345R鋼裝料情況統(tǒng)計表Table 2 The charging list of Q345R steel for eleven heats

(2)出鋼選用鋼包影響

012370所用鋼包為9#包，該包上一爐冶煉鋼為A鋼(Cr內(nèi)控0.95%～1.10%)。012468爐所用鋼包為10#包，該包上一爐冶煉15 NiCuMoNb5-6-4鋼(Cr：0.15%)。包底對Cr含量影響不大，如果粘包底Cr成分應(yīng)該在LF精煉過程中逐漸增加，因此鋼包因素不是主要因素。

(3)電爐冶煉過程中取樣均勻性

對兩爐鋼的冶煉過程進(jìn)行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)見表3、表4。

012370爐冶煉過程中取樣、測溫偏少，恒溫時間短，試樣成分、溫度可能不均勻，不具有一定的代表性，另外爐底可能有料未化完。

012468爐鋼電爐冶煉中取三次樣，Cr成分一直在增加，精煉取樣時發(fā)現(xiàn)Cr含量超標(biāo)后因計劃無合適鋼可改，被迫采取VOD處理降低Mn含量，改鋼號為P11。電爐冶煉過程應(yīng)保證測溫、取樣均勻有代表性。尤其是試樣異常時，應(yīng)多次取樣確認(rèn)。

(4)鋼水過氧、出鋼進(jìn)渣或鋼渣混流影響Cr、P成分

Q345R鋼出鋼碳含量低，冶煉吹氧易造成鋼水過氧，鋼中被氧化的元素形成MnO、SiO2、P2O5、Cr2O3等化合物進(jìn)入渣中。如果出鋼過程進(jìn)渣或鋼渣混流，精煉過程中，渣中的Cr、P返回到鋼液中有可能導(dǎo)致鋼水中Cr、P含量增加。

對于一般進(jìn)渣不明顯的鋼，精煉取樣時發(fā)現(xiàn)，P增加0.002%～0.003%，Cr增加0.02%～0.03%。對于進(jìn)渣比較明顯的鋼，P增加0.004%～0.006%，Cr增加0.05%～0.10%。其中012370、012468 兩爐鋼因電爐中Cr含量較高，再加上進(jìn)渣后精煉回Cr，導(dǎo)致Cr壓標(biāo)線和高標(biāo)現(xiàn)象發(fā)生。另外進(jìn)渣較嚴(yán)重的四爐鋼012419 、012315、012260、012349 LF過程中Cr含量由電爐出鋼的0.04%、0.09%、0.11%、0.08%增加到0.10% 、0.17%， 0.20%、0.18%。

另外，為了證明出鋼進(jìn)渣或鋼渣混流對P、Cr等成分的影響，統(tǒng)計分析了一些其他鋼種電爐出鋼進(jìn)渣比較嚴(yán)重的鋼的冶煉情況，具體數(shù)據(jù)如表5所示。

從4爐鋼Cr-Fe收得率大于100%可看出，電爐出鋼至精煉過程中Cr成分均在增加，且進(jìn)渣嚴(yán)重的鋼，渣中Cr還原回鋼中的量比較大，如出現(xiàn)異常將會影響冶煉生產(chǎn)、能耗及成本控制。

012426爐鋼因進(jìn)渣嚴(yán)重，精煉就位后加熱“回Cr”導(dǎo)致Cr含量為1.16%，高內(nèi)控0.06%，不得不進(jìn)行翻渣操作，翻出2 t鋼渣，取樣1.20%壓標(biāo)線。012426爐鋼P(yáng)含量為0.013%，高內(nèi)控0.003% ，被迫采取電爐兌鋼水沖淡的操作，由012427爐兌入鋼水15 t。012426爐鋼因進(jìn)渣導(dǎo)致P、Cr含量增加，采取翻渣操作損失了部分鋼水，由下一爐兌鋼水又增加了鋼水量，延長了冶煉時間，嚴(yán)重影響了車間的正常生產(chǎn)，不利于成本和能耗控制。

表3 012370爐冶煉記錄Table 3 Smelting record of Heat No.012370

表4 012468爐冶煉記錄Table 4 Smelting record of Heat No. 012468

表5 電爐出鋼進(jìn)渣比較嚴(yán)重的鋼種情況Table 5 Serious steel grades situations when electric furnace tapping into the slag

表6 渣樣化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 6 Chemical composition of slag specimen (mass fraction,%)

(5)電爐冶煉、精煉過程中爐渣成分分析

為了進(jìn)一步分析出鋼進(jìn)渣對鋼水中Cr成分的影響，我們選取一些渣樣進(jìn)行爐渣成分分析，具體數(shù)據(jù)如表6所示。

電爐出鋼進(jìn)渣或鋼渣混流后，精煉回Cr，經(jīng)計算，Cr含量可增加0.04%～0.14%。

(6)出鋼過程或精煉過程人為加料失誤

012370、012468兩爐鋼Cr高有可能是電爐出鋼或精煉加熱后加料時人為加錯合金，但這兩爐鋼電爐出鋼均加Mn鐵，在精煉取樣后按Mn含量計算不存在加錯合金問題。另外，012370爐鋼在2#精煉爐加熱，2#精煉爐高位料倉加料有計算機(jī)畫面控制，料不容易加錯。012468電爐出鋼時Cr含量已很高，也不存在加錯料情況。

經(jīng)過詳細(xì)分析和研究，我們認(rèn)為 Q345R等低合金鋼電爐出鋼后Cr成分波動導(dǎo)致超標(biāo)的主要原因是：(1)電爐出鋼前取樣沒有代表性；(2)電爐冶煉時鋼水過氧，出鋼進(jìn)渣或鋼渣混流時渣中被氧化的Cr在還原前返回鋼液中。

2 避免Cr含量超標(biāo)的控制措施

(1)對殘余元素有要求的鋼，使用鋼包時，要避免用上爐冶煉相關(guān)元素且含量高的鋼包，尤其注意觀察粘包底的情況，避免出現(xiàn)元素超標(biāo)。

(2)對于殘余元素有要求的鋼，配料時謹(jǐn)慎選擇鋼棒、鋼渣等標(biāo)識不清的內(nèi)部返回原材料，盡量多裝外購廢鋼等材料。

(3)電爐冶煉過程中測溫、取樣要控制好，要有代表性，如冶煉中Cr含量不斷增加，要多次取樣并有一定的恒溫時間。

(4)電爐冶煉Q345R鋼時，如果取樣發(fā)現(xiàn)Cr≥0.15%時，要增加取樣次數(shù)，多次造渣并放渣，另外要延長冶煉時間，將鋼中Cr氧化至<0.10%方可出鋼，電爐出鋼過程中要避免進(jìn)渣。如果進(jìn)渣嚴(yán)重，要先翻渣再進(jìn)行LF精煉處理。

(5)對于一般有Cr成分控制要求的鋼，在電爐出鋼時要充分考慮鋼包進(jìn)渣或鋼渣混流情況，出鋼調(diào)整Cr含量時，要在考慮出鋼量后將成分控制在標(biāo)準(zhǔn)下限。

3 結(jié)束語

通過采取上述控制措施，成功地將Cr含量控制在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

[1] 張承武.煉鋼學(xué).北京:冶金工業(yè)出版，1991.

[2] 高澤平，等.爐外精煉.北京:冶金工業(yè)出版，1996.

[3] 李晶.LF精煉技術(shù).北京:冶金工業(yè)出版，2009.