1、耐候钢普及知识和生产过程耐候钢普及知识和生产过程情况培训情况培训三炼钢生产技术科2016.10.092内容提要内容提要耐候钢的用途耐候钢的用途1耐候钢原理和生产工艺流程耐候钢原理和生产工艺流程2耐候钢国内外发展史耐候钢国内外发展史3耐候钢生产技术难点耐候钢生产技术难点4耐候钢历史生产情况耐候钢历史生产情况531、耐候钢的用途、耐候钢的用途大气腐蚀钢大气腐蚀钢 耐候钢是通过在普钢中加入一定量耐候钢是通过在普钢中加入一定量的合金元素制成的一种低合金钢的合金元素制成的一种低合金钢，耐，耐候钢的主要特点：候钢的主要特点：耐候钢能够抵御大自然条件的腐蚀，耐耐候钢能够抵御大自然条件的腐蚀，耐候钢可以不涂装
2、，可以代替部分不锈钢；候钢可以不涂装，可以代替部分不锈钢；在污染较轻或潮湿较轻的环境中，由于在污染较轻或潮湿较轻的环境中，由于CuPCuP的存在形成一层致密的防锈层组织，经的存在形成一层致密的防锈层组织，经过一年的使用绣层不再发展，外观层美丽过一年的使用绣层不再发展，外观层美丽的巧克力色；的巧克力色；力学性能和焊接性能好，应用于各种公力学性能和焊接性能好，应用于各种公园和体育场的各种建筑中；园和体育场的各种建筑中；应用于各种轻轨建设。应用于各种轻轨建设。4耐候钢的耐候原理和生产工艺流程耐候钢的耐候原理和生产工艺流程 在大气暴露一段时间后，在钢的疏松外和腐蚀产物层和基体之间形成一层致密的、在大气
3、暴露一段时间后，在钢的疏松外和腐蚀产物层和基体之间形成一层致密的、连续的含有连续的含有CuCu、CrCr、P P等合金元素的非晶产物层，并最终转化成富集上述元素的等合金元素的非晶产物层，并最终转化成富集上述元素的FeO2HFeO2H层。层。根据耐候钢的用途常规的耐大气腐蚀钢可以分为两大类：一类着重考虑耐大气腐蚀根据耐候钢的用途常规的耐大气腐蚀钢可以分为两大类：一类着重考虑耐大气腐蚀的性能，钢中的耐中耐腐蚀元素一般以的性能，钢中的耐中耐腐蚀元素一般以Cu-PCu-P为主，含为主，含0.07-0.150%0.07-0.150%磷，作为一般结磷，作为一般结构用钢，称为高耐候性能用钢。另一类考虑大气腐
4、蚀性能和焊接性能，主要限制了构用钢，称为高耐候性能用钢。另一类考虑大气腐蚀性能和焊接性能，主要限制了磷的含量，一般磷小于磷的含量，一般磷小于0.035%0.035%，称为焊接用耐候钢。，称为焊接用耐候钢。高炉高炉一罐到底一罐到底转炉转炉“三脱三脱”少渣冶炼少渣冶炼LFLF精炼精炼CCMCCM浇注浇注5耐候钢的国内外发展历史耐候钢的国内外发展历史6耐候钢国内外发展历史耐候钢国内外发展历史7耐候钢各元素的作用耐候钢各元素的作用 耐候钢具有良好的抗大气腐蚀性能，其中合金元素起到决定性的作用，包耐候钢具有良好的抗大气腐蚀性能，其中合金元素起到决定性的作用，包括阻碍绣层的生长；推迟绣的结晶；阻碍裂纹和缺
5、陷，具体元素作用：括阻碍绣层的生长；推迟绣的结晶；阻碍裂纹和缺陷，具体元素作用：1 1）碳对钢的耐大气腐蚀不利。影响焊接、冷脆和冲压性能。耐候钢中碳被控制）碳对钢的耐大气腐蚀不利。影响焊接、冷脆和冲压性能。耐候钢中碳被控制在在0.12%0.12%以下。以下。2 2）铜耐大气腐蚀。铜在钢的基体上形成防绣阻挡层，但铜在晶体之间形成晶间）铜耐大气腐蚀。铜在钢的基体上形成防绣阻挡层，但铜在晶体之间形成晶间作用，容易产生裂纹。作用，容易产生裂纹。3 3）磷是提高耐大气腐蚀性能最主要的元素之一。但磷影响钢的焊接性能，）磷是提高耐大气腐蚀性能最主要的元素之一。但磷影响钢的焊接性能，4 4）铬在钢的表面形成致
6、密的氧化膜提高钢的钝化能力。含量）铬在钢的表面形成致密的氧化膜提高钢的钝化能力。含量0.40-1.00%0.40-1.00%，当铬与铜加入时效果更明显。铬能够细化当铬与铜加入时效果更明显。铬能够细化-FeO2H-FeO2H晶粒度。晶粒度。5 5）镍是一种比较稳定的元素，加入镍能够使钢自腐蚀电位向正方向转换；增加）镍是一种比较稳定的元素，加入镍能够使钢自腐蚀电位向正方向转换；增加钢的稳定性，能够提高海洋耐腐蚀性能。钢的稳定性，能够提高海洋耐腐蚀性能。6 6）硅与铜、铬、磷、钙配合使用改善钢的耐候性，较高的硅含量有利于细化）硅与铜、铬、磷、钙配合使用改善钢的耐候性，较高的硅含量有利于细化FeO2H
7、FeO2H，从而降低钢整体的侵蚀速率。，从而降低钢整体的侵蚀速率。7 7）钙微量的不仅显著提高钢整体耐腐蚀性能，可以形成）钙微量的不仅显著提高钢整体耐腐蚀性能，可以形成CaOCaO和和CaSCaS溶解钢的表面溶解钢的表面膜电解液中，使腐蚀界面碱性增大，降低其侵蚀性，使锈层转化为致密、保护膜电解液中，使腐蚀界面碱性增大，降低其侵蚀性，使锈层转化为致密、保护性好的性好的FeO2HFeO2H。8 8）锰对耐候钢防锈不起作用。）锰对耐候钢防锈不起作用。9 9）钼钢中含）钼钢中含0.40-0.50%0.40-0.50%钼大气腐蚀环境速度降低钼大气腐蚀环境速度降低1/21/2以上。以上。8耐候钢各元素作用
8、耐候钢各元素作用锑：整体提高钢的耐腐蚀性。锑：整体提高钢的耐腐蚀性。钴：能够控制钴：能够控制ClCl侵入，提高海洋下钢的耐腐蚀性。侵入，提高海洋下钢的耐腐蚀性。硫：对耐候钢起不良作用。作为残余元素控制在硫：对耐候钢起不良作用。作为残余元素控制在0.035%0.035%以下。以下。稀土元素：稀土元素：RERE是不含是不含CrCr和和NiNi耐候钢的添加元素之一，耐候钢的添加元素之一，RERE小于小于0.20%0.20%，RERE是极是极活泼元素，具有较强的脱氧和脱硫能力，可以细化晶粒，改变钢中夹杂物活泼元素，具有较强的脱氧和脱硫能力，可以细化晶粒，改变钢中夹杂物的形态，减少有害夹杂物的数量，降低
9、腐蚀源点。的形态，减少有害夹杂物的数量，降低腐蚀源点。耐候钢耐腐蚀合金元素经长期使用后，才能显示明显的腐蚀效果，主要是耐候钢耐腐蚀合金元素经长期使用后，才能显示明显的腐蚀效果，主要是满足以下三个条件：满足以下三个条件：1 1）在铁中溶解度大于在绣层中溶解度；）在铁中溶解度大于在绣层中溶解度；2 2）可以和铁形成固溶体；）可以和铁形成固溶体；3 3）可以）可以提高钢的导电性和电位。提高钢的导电性和电位。9含含Cu耐候钢生产技术难点耐候钢生产技术难点 含铜耐候钢在连铸生产时最容易发生漏钢事故，铸坯表面容易出现表面纵裂纹，含铜耐候钢在连铸生产时最容易发生漏钢事故，铸坯表面容易出现表面纵裂纹，铸坯表面
10、纵裂纹主要是由于以下几个原因造成的：一是该钢种碳含量正好处于包晶铸坯表面纵裂纹主要是由于以下几个原因造成的：一是该钢种碳含量正好处于包晶反应区，在结晶器中反应区，在结晶器中FeFe跨过向跨过向FeFe转变，直接向转变，直接向FeFe转变，相变体积收缩大，使转变，相变体积收缩大，使坯壳线收缩大，这样结晶器壁与坯壳之间空隙也大，因而极易形成热流不均，二是坯壳线收缩大，这样结晶器壁与坯壳之间空隙也大，因而极易形成热流不均，二是该钢种磷和铜含量较高，在结晶过程中偏析倾向大，使钢的晶界脆化，连铸过程中该钢种磷和铜含量较高，在结晶过程中偏析倾向大，使钢的晶界脆化，连铸过程中易发生漏钢事故，主要是由于该类钢
11、种含铬、铜等元素，铜与结晶器铜板发生粘结，易发生漏钢事故，主要是由于该类钢种含铬、铜等元素，铜与结晶器铜板发生粘结，出现粘结漏钢。控制含出现粘结漏钢。控制含CuCu耐候钢铸坯出现表面纵裂的方法：耐候钢铸坯出现表面纵裂的方法：1 1）保护渣选型。保护渣）保护渣选型。保护渣粘度和熔点；粘度和熔点；2 2）一冷和二冷向弱冷向弱冷方向调整，一冷控制结晶器水）一冷和二冷向弱冷向弱冷方向调整，一冷控制结晶器水1101105m3/h5m3/h，水泵房关闭蒸发冷、控制结晶器进水温度不低于水泵房关闭蒸发冷、控制结晶器进水温度不低于3535，同时适当降低结晶器内水流，同时适当降低结晶器内水流量流速，结晶器水流量、
12、流速和水温对弯月面铸坯热流有影响，降低水速和提高弯量流速，结晶器水流量、流速和水温对弯月面铸坯热流有影响，降低水速和提高弯月面的进出水温度，都可以提高弯月面处的热流，通过生产实践证明，提高进出水月面的进出水温度，都可以提高弯月面处的热流，通过生产实践证明，提高进出水温度和降低水速控制含铜钢纵裂纹效果更明显。温度和降低水速控制含铜钢纵裂纹效果更明显。保护渣加入结晶内均匀流入弯月面，是防止铸坯产生纵裂的主要条件，渣子的保护渣加入结晶内均匀流入弯月面，是防止铸坯产生纵裂的主要条件，渣子的熔化速度过快、过慢，使流入弯月面的液渣层过厚、过薄，渣子粘度或碱度不合适，熔化速度过快、过慢，使流入弯月面的液渣层
13、过厚、过薄，渣子粘度或碱度不合适，流入结晶器坯壳和铜板之间不均匀，致使结晶器坯壳导热不均匀，导致坯壳厚度不流入结晶器坯壳和铜板之间不均匀，致使结晶器坯壳导热不均匀，导致坯壳厚度不均匀，产生纵裂。均匀，产生纵裂。10含含Cu耐候钢生产技术难点耐候钢生产技术难点 有关这一方面的研究，得出比较一致的结论，如下：有关这一方面的研究，得出比较一致的结论，如下：1 1）wolfwolf等人把粘度和等人把粘度和拉速结合，认为拉速结合，认为V=25V=25，液渣流入量最稳定，结晶器内弯月面热流变化最，液渣流入量最稳定，结晶器内弯月面热流变化最稳定，结晶器摩擦力最小，这样可以减少质量分数稳定，结晶器摩擦力最小，
14、这样可以减少质量分数0.10%0.10%，表面纵裂纹的发生；，表面纵裂纹的发生；2 2）OgIbayashiOgIbayashi等人指出较厚的液渣层，有利于控制结晶器的强冷，对铸坯防止等人指出较厚的液渣层，有利于控制结晶器的强冷，对铸坯防止纵裂有利，但液渣层必须大于纵裂有利，但液渣层必须大于10mm10mm；3 3）保护渣中碳低，保护渣燃烧不充分，渣）保护渣中碳低，保护渣燃烧不充分，渣条多，保护渣液渣层产生量少，流入弯月面不均匀，铸铸坯容易产生纵裂纹；条多，保护渣液渣层产生量少，流入弯月面不均匀，铸铸坯容易产生纵裂纹；4 4）SardemannSardemann和和ShreweShrewe，指
15、出保护渣碱度，指出保护渣碱度R R1.11.1时（时（CaO/SiO2CaO/SiO2），铸坯纵裂纹发生），铸坯纵裂纹发生的机率明显减少，高碱度保护渣结晶比例相高，有利于降低结晶器热流控制纵的机率明显减少，高碱度保护渣结晶比例相高，有利于降低结晶器热流控制纵裂纹的产生；某钢厂在此类裂纹敏感的钢种上进行大量工业试验，最终选择了裂纹的产生；某钢厂在此类裂纹敏感的钢种上进行大量工业试验，最终选择了一种适合自身工艺保护渣：保护渣熔点一种适合自身工艺保护渣：保护渣熔点1100-11501100-1150，粘度，粘度0.15-0.25PaS 0.15-0.25PaS 13001300，碱度，碱度1.21.
16、2，熔速，熔速30305 5（S S，13501350）。）。某钢厂表面纵裂发生指数某钢厂表面纵裂发生指数2.02.0左右，漏钢率左右，漏钢率1.20%1.20%，通过连铸工艺改进表面，通过连铸工艺改进表面纵裂指下降至纵裂指下降至0.3,0.3,质量合格率达质量合格率达99.85%99.85%，漏钢基本杜绝，效果非常显著。，漏钢基本杜绝，效果非常显著。11耐候钢夹杂物评级耐候钢夹杂物评级 钢材金相组织为铁素体+珠光体，氧化物级别小于2.0级，硫化物级别小于2.5级，晶粒度不小于7级；以Q295、Q345、Q390为例，耐候钢力学性能：耐候钢V形缺口试验：12耐候钢内部质量耐候钢内部质量2016
17、2016年年7 7月月5 5日我厂生产日我厂生产1313炉炉09CrCuSb09CrCuSb，头、尾炉铸坯角部温度过低，铸坯单独堆，头、尾炉铸坯角部温度过低，铸坯单独堆放，对角度温度低的进行抽查抛丸、探伤。发现内弧角部和振痕部位存在裂纹，放，对角度温度低的进行抽查抛丸、探伤。发现内弧角部和振痕部位存在裂纹，正常冶炼取纵剖样和角样，判断钢坯质量情况，结果表明外弧角部未发现裂纹，内正常冶炼取纵剖样和角样，判断钢坯质量情况，结果表明外弧角部未发现裂纹，内弧角部发现裂纹，但裂纹较浅，都在弧角部发现裂纹，但裂纹较浅，都在0.05mm0.05mm以内，具体如下图：（连铸外弧耐候钢以内，具体如下图：（连铸外
18、弧耐候钢酸性角部质量：酸性角部质量：13氧化铁皮的测量氧化铁皮的测量连铸坯在加热炉内加热，钢坯产生氧化铁皮厚度：连铸坯在加热炉内加热，钢坯产生氧化铁皮厚度：钛钛夹杂物扣分标准夹杂物扣分标准14耐候钢最典型的表面夹渣耐候钢最典型的表面夹渣所取09CrCuSb钢棒材探伤缺陷1#、2#试样宏观形貌见图1，图中试样表面的白色油漆笔标记处为所取试样探伤所发现的缺陷位置，沿图1中两支试样的白色油漆笔标记处截取试样6片进行低倍酸洗，1#中心缺陷试样低倍酸洗后的切片横向截面心部位置均存在缩孔缺陷，见图23，2#皮下缺陷试样低倍酸洗后的切片横向截面皮下位置均存在细小孔洞缺陷，如图：15耐候钢最典型表面夹渣耐候钢
19、最典型表面夹渣缩孔：所取缩孔：所取2 2支支60mm60mm规格的规格的09CrCuSb09CrCuSb钢棒材探伤内伤缺陷样截取缺陷处进行低钢棒材探伤内伤缺陷样截取缺陷处进行低倍酸洗，发现倍酸洗，发现1#1#样心部均存在缩孔缺陷，样心部均存在缩孔缺陷，2#2#试样皮下约试样皮下约6.5mm6.5mm处均存在一细小孔洞缺处均存在一细小孔洞缺陷，所以陷，所以1#1#试样探伤发现的内伤缺陷（中心缺陷）可能与切片酸洗检验心部所发现试样探伤发现的内伤缺陷（中心缺陷）可能与切片酸洗检验心部所发现的缩孔缺陷有关；的缩孔缺陷有关；2#2#试样探伤发现的皮下缺陷可能与切片酸洗检验，皮下所发现的试样探伤发现的皮下
20、缺陷可能与切片酸洗检验，皮下所发现的细小孔洞缺陷有关。细小孔洞缺陷有关。u皮下细小孔洞：金相分析表明皮下细小孔洞：金相分析表明2#2#试样切片酸洗检验横向截面皮下所发现的细小孔试样切片酸洗检验横向截面皮下所发现的细小孔洞横向微观形貌均为裂纹状且裂纹内均存在有灰色氧化物，后经扫描电镜洞横向微观形貌均为裂纹状且裂纹内均存在有灰色氧化物，后经扫描电镜X X射线能谱射线能谱分析发现裂纹中的灰色氧化物成分内含有分析发现裂纹中的灰色氧化物成分内含有“Al”Al”、“O O”、“CaCa”等元素，证明这些等元素，证明这些灰色氧化物全部为夹渣。灰色氧化物全部为夹渣。谱图在状态OAlCaCrMnFe总的谱图 1
21、是37.5211.411.5049.57100谱图 2是27.762.070.8369.34100谱图 3是0.880.7898.3410016展望展望目前耐候钢在国外已趋于成熟和完善，从钢种开发到应用及设计施工等方面，都有较详细的目前耐候钢在国外已趋于成熟和完善，从钢种开发到应用及设计施工等方面，都有较详细的规定。与国外相比我国耐候钢研制起步较晚，但随着国民经济的迅速发展，耐候钢已引起国内规定。与国外相比我国耐候钢研制起步较晚，但随着国民经济的迅速发展，耐候钢已引起国内有关部门的关注。根据铁道部预计，今后新造车辆将一律使用耐候钢，每年新造货车达有关部门的关注。根据铁道部预计，今后新造车辆将一
22、律使用耐候钢，每年新造货车达2万辆，万辆，新造客车达新造客车达1500辆，因此迫切开发新型、高寿命、低成本、高耐候性结构钢。辆，因此迫切开发新型、高寿命、低成本、高耐候性结构钢。成分、结构和组织是改变材料性能的内因，当前大部耐候钢以热轧、正火、退火状态下使用，成分、结构和组织是改变材料性能的内因，当前大部耐候钢以热轧、正火、退火状态下使用，显微组织均衡属平衡液态组织，由铁素体显微组织均衡属平衡液态组织，由铁素体+少量珠光体组织组成，钢的强度较低，因此此种组少量珠光体组织组成，钢的强度较低，因此此种组织未必是耐候钢的最佳组织和最佳组成和相分布，至少不是唯一对耐候钢所取的显微组织和结织未必是耐候钢
23、的最佳组织和最佳组成和相分布，至少不是唯一对耐候钢所取的显微组织和结构，除成分外结构和组织的最佳选择乃是挖掘材料潜力的根本途径，为了进一步提高耐候钢综构，除成分外结构和组织的最佳选择乃是挖掘材料潜力的根本途径，为了进一步提高耐候钢综合性能，扩大其应用范围，应该开展结构和组织方面的研究。合性能，扩大其应用范围，应该开展结构和组织方面的研究。对于制造车辆部件，集装箱和其他移动设备，采用高强度耐候钢、增强减重使产品生产成本降对于制造车辆部件，集装箱和其他移动设备，采用高强度耐候钢、增强减重使产品生产成本降低，有效载荷提高、能源消耗下降，是耐候钢应用最好的发展方向，但在耐候钢高强度化同时，低，有效载荷
24、提高、能源消耗下降，是耐候钢应用最好的发展方向，但在耐候钢高强度化同时，需考虑刚度，并根据用户使用要求保证成形、焊接、低温冲击和疲劳性能等。需考虑刚度，并根据用户使用要求保证成形、焊接、低温冲击和疲劳性能等。不同耐候元素对不同环境下腐蚀作用不一样，例如钼对降低工业大气腐蚀有效，但对海洋大气不同耐候元素对不同环境下腐蚀作用不一样，例如钼对降低工业大气腐蚀有效，但对海洋大气腐蚀作用不明显，因此根据腐蚀环境的不同，耐候钢向专用性，特殊用途化发展，其体系成分腐蚀作用不明显，因此根据腐蚀环境的不同，耐候钢向专用性，特殊用途化发展，其体系成分17展望展望也相应发生变化，以提高耐候性元素加入的有效性和应用效
25、率，耐海水腐蚀钢、耐海洋性腐也相应发生变化，以提高耐候性元素加入的有效性和应用效率，耐海水腐蚀钢、耐海洋性腐蚀钢、耐酸性气候腐蚀钢、和耐热带气候腐蚀钢等专用钢种这一类钢种代表，因此耐候钢应该蚀钢、耐酸性气候腐蚀钢、和耐热带气候腐蚀钢等专用钢种这一类钢种代表，因此耐候钢应该向多元化发展，表面处理技术也可以提高耐候钢的性能，开发耐候钢基体相匹配的耐候材料，向多元化发展，表面处理技术也可以提高耐候钢的性能，开发耐候钢基体相匹配的耐候材料，其耐腐蚀效果将成倍提高。例如日本开发的将含有百分之几的碳酸铬的聚乙烯醇缩丁醛树脂涂其耐腐蚀效果将成倍提高。例如日本开发的将含有百分之几的碳酸铬的聚乙烯醇缩丁醛树脂涂
26、于耐候钢表面，人工加快稳定绣层的产生，防止或减少初期流动性铁锈的生成，减少环境污染，于耐候钢表面，人工加快稳定绣层的产生，防止或减少初期流动性铁锈的生成，减少环境污染，提高耐腐蚀性能。提高耐腐蚀性能。18耐候钢历次生产情况耐候钢历次生产情况耐候钢生产工艺操作要点耐候钢生产工艺操作要点一、转炉：一、转炉：1、装入量保持稳定，废铜按2.8kg/t随废钢加入炉内,生产过程中不得调换炉子和穿插冶炼其它钢种。最后一炉冶炼结束后，倒净炉内余钢、余渣，下一炉不得冶炼Cu含量要求低于0.10的钢种；2、出钢温度1640，终点碳小于0.06；3、出钢渣料：600kg石灰400kg合成渣，出钢过程镍板按2.3kg
27、/t加入，其它合金按工艺卡要求加入（即硅锰4.8kg/t，硅铁2.0kg/t，低碳铬铁17.5kg/t）。二、精炼：二、精炼：1、脱氧剂使用电石和铝粒；2、锑锭(Sb含量99.8)在第一样后加入，提前准备好破碎的锑锭、镍板和废铜；3、钛铁在脱氧良好、吊包前15分钟加入，如加硼铁需在钛铁加入5-7分钟后加入，钛铁前铝不得控制过高（控制在0.015以内），防止加入钛铁后增铝铝高；4、硫含量不宜控制过低，精炼出站硫控制在0.007-0.008%；5、为保证过热度满足公司要求，钢包使用热周转钢包，开浇炉过热度按35-45（建议吊包温度1610-1620控制），连浇炉按20-30控制（建议吊包温度按15
28、75-1580）。19耐候钢生产工艺操作要点耐候钢生产工艺操作要点6、钢水钙处理，保证喂线效果，开浇炉喂钙线250m，确保吊包样Ca含量大于0.0020，连浇炉喂钙线100-200m/炉，确保吊包样钙含量在0.0015-0.0020。三、连铸（内弧角部裂纹控制）：三、连铸（内弧角部裂纹控制）：1、连铸开浇安排中间包快换，该组浇铸结束安排中间包慢换。前一组停浇前与水处理联系控制一冷水温，保证此钢种浇铸一冷进水温度为31-38；2、开浇前一冷、二冷工况保证正常无堵塞，喷淋条、喷嘴对中无偏移，铸坯不跑偏,比水量按0.4L/kg；3、确保水口对中正常无偏斜；4、正常开浇后，控制结晶器水温差要求8-9；5、选用日建包晶钢保护渣，西保220*260的10管保护渣备用；6、现场测量铸坯角部温度，高温矫直，按进拉浇机温度不低于950控制，温度低时可以适当提高拉速调整；7、铸坯步进冷床堆冷；8、按1块/炉在不同流上取400mm长试样，用于检查角部裂纹及纵剖样低倍分析，取样时标识好炉号、流数及内弧面。2021敬请指正！衷心感谢！衷心感谢！
