砷对碳素结构钢和低合金钢筋钢性能的影响庄汉洲邓少妍元俊辉 (广钢钢研所
摘要在正常的生产条件下 , 对普通碳素结构钢和低合金钢筋钢进行了较大规模的工业生产试验 , 研究了将砷含量从≤ 0. 090%提高到 0. 091%~0. 150%时 , 砷在钢中的偏析和轧钢热加工过程的表面富集倾向 , 以及砷对钢的金相组织、屈服点、抗拉强度、延伸率、常温冲击韧性、低温 (-20℃冲击韧性和应变时效敏感性的影响。 关键词砷含量结构钢钢筋钢性能影响
THE INFLUENCE OF ARSENIC ON THE PERFERMANCE OF REINFORCED BAR MADE OF CARBON STRUCTURAL STEEL AND LOW ALLOY STEEL
Zhuang Hanzhou Deng Shaoy an Yuan Junhui
(G uang zhou Ir on and Steel Resear ch Institut e
Abstract A larg e sca le industr ial-scale exper iment on r einfo rced bar made o f no rmal ca rbon structur al steel and lo w allo y steel w as car ried o ut at no rm al pr oduct ion co ndition . T he seg reg
a-tio n of ar senic in steel and the enr iching trend of a rsenic to the surface during hot metal w or king pro cess when arsenic co ntent is incr eased fro m ≤ 0. 090%to 0. 091~0. 150%have been inv est ig at-ed, meanwhile, the influence of arsenic on the steels metallo gr aphic com po sitio n, yield po int 、 t ensile streng th 、 per centag e of elo ngation 、 impa ct to ughness of r oo m temper ature 、impact toughness o f low temperat ur e(-20℃ and sensibilit y o f st rain ag eing ha ve also been studied.
Keywords ar senic co ntent structura l steel reinfo rced bar steel per for mance influence
1前言
广钢长期使用本省地方铁矿 , 多数矿点不同程度都伴生有 As 等多种元素。由于砷对钢性能的某些不良影响 , 人们常把它视为钢中的有害元素。在现行的炼铁、炼钢生产工艺条件下 , 砷基本上无法去除 , 全部残留在钢中。要限制钢中的砷含量 , 只有通过配料控制铁前原料的砷含量来实现。近年来随着钢铁生产的发展 , 铁矿石需求量逐年增加 , 如果仍按原来厂内控制标准钢中As ≤ 0. 090%, 煤烧结用中和粉As ≤ 0. 052%, 显然很难保证铁矿石的供应 ; 大量进口国外铁矿石将使生常的工业生产条件下研究砷对钢性能的影响 , 探索适合本厂原料资源、产品结构和生产工艺条件的砷的合适含量范围 , 具有迫切的现实意义。登船梯
碱性锌锰电池
2工业生产试验
为了解在工业生产条件下 , 砷含量提高时对钢性能的影响 , 我们分两阶段在常规生产工艺条件下对两个不同含砷梯度进行了工业生产试验 , 第一阶段试验投入中和矿粉 10566t, 矿粉平均含砷量 0. 085%, 生产钢材 6183. 39t, 其中普通低碳钢(含碳素结构圆钢和热轧圆盘条 , 下同 5464. 12t, 低合金螺纹・ 35・abs082
Dec. 1996S T E E L M A K I NG
0. 131%。第二阶段试验投入中和矿粉 21674t , 矿粉平均含砷量 0. 097%, 生产钢材 12881. 48t, 其中普通低碳钢 3143. 63t, 低合金螺纹钢 9737. 85t, 钢中含砷范围为 0. 091% ~0. 155%。所有试验钢材的力学、工艺性能检验均按国家有关标准执行 , 即热轧碳素结构圆钢执行 GB700-88标准 , 低碳钢热轧圆盘条执行
BG701-91标准 , 低合金热轧螺纹钢执行 GB 1499-91标准 , 与常规生产中执行的检验标准相同。
第一阶段试验钢材的常规力学、工艺性能全部抽检合格。第二阶段试验钢材的力学、工艺性能检验基本上合格 , 少数批号因各种原因初检不合格 , 补样后也全部合格。经对初检不合格样做化学成份和金相组织分析 , 主要原因为边沿及中心增碳、中心偏析及金相组织不均匀等缺陷 , 与含砷量的高低并无明显关系。
从宏观上看 , 普通低碳钢和低合金钢筋钢的砷含量从≤ 0. 090%范围提高到 0. 091% ~0. 150%范围时 , 钢材的常规力学、工艺性能并无明显变化。这进一步从定量上了解在试验的成份范围内砷含量变化对钢材性能的影响 , 先后从不同生产阶段、不同含砷范围和不同钢种、规格取样检验砷的偏析、表面富集倾向、钢的金相组织、屈服点、抗拉强度、延伸率、常温、低温 (-20℃冲击韧性和应变时效敏感性。
3砷对钢性能的影响分析
3. 1砷在钢中的偏析及表面富集倾向为了解砷在钢中的偏析及表面富集倾向 , 分别对 65方坯半成品、 25m m 螺纹钢成品取样做光谱分析和化学分析。 65方坯半成品按钢锭的头、中、尾部位置共计取样 27个 , 分别对钢坯轴向中心和轧制面做化学成分分析。 25mm 螺纹钢成品取样 44个 , 分析钢中元素的均匀性。
另外对不同生产阶段和含砷向中心部位和热加工表面 (轧制面的含砷量。
分析结果表明 : 65方坯半成品和 25m m 螺纹钢成品 , 同炉号钢含砷量的波动幅度都不大 , 在正常生产工艺条件下 , 在钢的凝固过程中未发现砷产生显著的偏析。对 65方坯和 25m m 螺纹钢筋中心与轧制面含砷量的分析结果表明 , 砷在钢材热加工过程中的表面富集倾向不明显 , 在现有轧钢生产工艺条件下 , 对试验的含砷水平是能够适应的。
3. 2钢的金相组织
砷是铁素体形成元素 , 它固溶于铁素体 , 砷含量较高时因砷的溶入会明显降低铁素体中碳量而引起碳化物量增加 , 含砷合金结构钢还可影响碳化物量的组成。普通低碳钢砷含量较高时可出现另一类不易腐蚀的富砷铁素体。
为了解在本次试验含砷范围内钢的金相组织变化情况 , 分别对 32mm 普碳圆钢和 20mm 低合金累纹钢各取样 15个检验金相组织 , 其中普碳钢含砷范围 0. 014%~ 0. 144%As ; 低合金螺纹钢含砷范围 0. 041% ~0. 146%As 。
普碳圆钢钢样的金相组织全部是“ 铁素体 +珠光体” , 无富砷铁素体相出现。
低合金螺纹钢的金相组织主要为“ 铁素体 +珠光体” , 部分钢样出现少量贝氏体或轻微魏氏组织。
磁卡电表
“ 铁素体 +珠光体” 是普通低碳钢热轧状态下的正常组织 , 从 32mm 普碳圆钢金相组织分析可看出 , 当钢中砷含量提高到 0. 144%时 , 普通低碳钢的金相组织仍未发生明显变化。对于低合金螺纹钢 , 组织中偶尔出现少量贝氏体或轻微魏氏组织也与含砷量的高低无明显关系 , 也就是说 , 低合金螺纹钢含砷量提高到 0. 145%时 , 钢的金相组织也未发现明显变化。
・
36
・ N o. 6
由于试验是在工业生产中进行 , 整个试验过程除了砷含量变化之外钢中其它元素碳、硫、磷、硅、锰、铜也都在一定范围内变化 , 因此 , 事实上所有对钢性能的分析检验结果都是钢中多种元素变化产生的结果。为从定量上了解钢中各种元素对钢材机械性能的影响程度 , 通过采取多元回归及多元逐步回归的统计分析方法对试验数据进行数学处理 , 出在多元体系中方差贡献大、即对钢材机械性能影响显著的组元进入方程成立数学模型。其处理结果如下 :
3. 3. 1对低合金螺纹钢筋机械性能的影响 (1 对屈服点 s 和抗拉强度 b 的影响 (试验数 N =61, 显著度 p=0. 05[显著水平 95%]
砷有提高低合金螺纹钢筋 s 和 b 的倾向 , 但作用不明显。在试验的成分变化范围和给定的显著水平 , 对低合金螺纹钢筋 s 起重要影响作用的元素是碳和硅 , 对b 起重要影响作用的元素是碳、硅和磷 :
s =273. 84+244. 99C +131. 82S i 复相关系数 R =0. 6272
剩余标准差 S=19. 1797
F 统计量 F=18. 805>F0=2. 20 b =425. 99+343. 18C +141. 76Si + 1189. 24P
R =0. 6729 S =23. 9041
酒店预定系统F=15. 717>F0=2. 20
(2 对延伸率 5的影响 (试验数 N =61, 显著度 P =0. 05
在试验的成分变化范围内 , 砷对低合金螺纹钢筋 5有明显的提高作用 :
5=36. 82-18. 43C -4. 99M n + 16. 30A s
R =0. 4579 S =1. 7349
F=5. 041>F0=2. 20
(3 对常温冲击韧性 Akv 和低温 (-20℃冲击韧性Akv ′ 的影响 (试验数 N
=74,
砷有降低低合金螺纹钢筋 Akv 和Akv ′ 的倾向 , 但作用不显著。对低合金螺纹钢筋 Akv 和Akv ′ 起重要影响作用的元素是碳、硫、磷、硅、锰、铜 :
A k v =164. 72-230. 37C -742. 22P -71. 96Si -29. 51M n +207. 94Cu R=0. 7479 S=10. 7971
F =17. 266>F 0=2. 15
A k v ′ =32. 31-69. 08C +319. 75S -15. 18M n +61. 94Cu
R =0. 6646 S =3. 9677
F=13. 643>F0=2. 15
超薄继电器(4 对应变时效敏感性 Cv 的影响 (试验数 N =61, 显著度 P =0. 05
砷有提高低合金螺纹钢筋应变时效敏感性的倾向 :
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