钢中氮的控制(一)危害及来源
  发布时间:2014年07月07日 点击数:

  世界上发达的钢铁工业国家都经历了同样的发展历程。即先是粗钢在量上按年份绝对增长,到达一定高峰后调整结构,转而追求品种质量。当品种质量占据市场的绝对份额后,由于激烈的竞争,相继在高附加值的精品上下功夫。人们在20世纪50年代前,主要致力于脱磷、脱硫、脱氧。随现代铁水预处理技术的发展,“三脱”(脱磷、脱硫、脱硅)在生产上已实现了最经济成本。人们可以把普通钢的硫磷比一般标准 ≯0. 040 %再降至更低的水平。这样磷、硫的危害在下降的同时,氢、氮、氧对钢的危害则愈加显露出来。钢中氢的致裂,氮的发脆,全氧与钢中夹杂物的紧密关系,在分析钢的缺陷时已形成了共识。20世纪50年代后,人们着手深入研究对钢的脱氢、脱氮、脱氧。到目前为止从某种意义上讲,对氢、氮、氧的控制和要求,即反映出整条工艺路线的综合水平又反映出一个工厂所能生产高附加值产品档次的高低。
  钢中氮的危害
  随着炼钢技术的不断进步和发展,国内外钢厂对钢的氮含量控制要求也越来越严格,除耐热及不锈钢外,在绝大多数钢中,氮被视为一种有害元素。虽然钢中残留氮很少,但对钢的力学性能却有显著的影响。众所周知,一般情况下氮的危害主要表现在: Fe4N的析出导致钢的时效性和蓝脆,降低钢的韧性和塑性;与钢中钛、铝等元素形成带棱角而性脆的夹杂物,不利于钢的冷热变形加工;当钢中残留氮较高,会导致钢宏观组织疏松甚至形成气泡;钢中氮还降低钢的焊接性能、电导率、导磁率等;钢中氮含量偏高也会使铸坯开裂。因此,必须采取有效措施降低钢中氮含量,特别是高级别钢种的氮控制尤显重要。
  由于氮在大多数情况下对钢的质量起有害的作用,当氮含量超过100ppm时,在连铸坯中容易产生气孔。另外氮还易与 Ti、V等生成脆性氮化物,当钢板焊接时,降低母材中的氮含量是提高钢的焊接性能的唯一办法。
  为防止SWRH82B 因氮含量高在长时间的使用中以Fe4N 形式析出,使强度和硬度升高,而塑性、韧性下降,因此必须控制氮含量。
  钢中氮的来源
  在常压下进行钢的冶炼,气体除铁水中已溶解的外,还可以通过各种原辅料及炉气进入钢液。当进入钢中的气体量超过冶炼过程脱碳沸腾的脱气量时,钢中气体的含量就增加。
  氮气在炉气中的分压力很高,大气中氮的分压力大体保持在 7.8×104Pa。因此钢中的氮主要是钢水裸露过程中吸入并溶解的。电炉炼钢,包括二次精炼的电弧加热,加速了气体的解离,故[N]含量偏高;平炉冶炼时间长增加了氮含量;转炉复吹控制不当,氮氩切换不及时也会增加氮的含量;铁合金、 废钢铁和渣料中的氮也会随炉料带入钢水。
  某些原材料(如石油焦含ω(N)=1%)带人大量的氮,精炼电弧区增氮严重;脱氧钢液与大气接触时吸氮;氮在钢中的扩散能力差;钢液中氧、硫的存在阻碍着氮的去除等等。其中,原材ω(N)高和大气吸氮是脱氮难的工艺因素,氮扩散能力差及氧、硫的阻碍作用是脱氮难的内在因素。
  由此可见,钢中氮的来源非常广泛,除了铁水、废钢、铁合金、造渣料等原料带入外,在冶炼工艺的整个阶段都可能由于二次加热、冶炼时间延长和操作不当等造成增氮,因此氮的控制也要着眼于整个过程系统地控制。
 

                          ——本文摘自文献综述