El problema de los elementos residuales en el acero es uno de los problemas importantes en la industria metalúrgica. En el proceso de fabricación de acero, las materias primas (incluidos el metal caliente, la chatarra y las ferroaleaciones) traerán una gran cantidad de elementos de impureza al horno. Algunos de los elementos de impureza se pueden eliminar, pero algunos elementos de impureza permanecerán en el acero, que se denominan colectivamente como elementos residuales.

Estos elementos residuales son uno de los principales factores que provocan inestabilidad en la calidad del acero. Algunos elementos residuales son fáciles de segregar, incluso si su contenido es muy bajo, tendrá un fuerte efecto negativo en las propiedades del acero.

Por ejemplo, el titanio residual en acero para rodamientos es un caso típico. Ti es fácil de reaccionar con n para producir inclusiones de alta dureza, lo que afecta en gran medida la vida útil del acero para rodamientos.

1. Clasificación de elementos residuales

Algunos elementos residuales conocidos en el acero se pueden dividir en tres categorías según su potencial de oxidación, como se muestra en la siguiente tabla. Se retienen completamente, parcialmente y rara vez se retienen en el proceso de fabricación de acero.

En la tabla anterior, el potencial de oxidación del primer grupo de elementos es menor que el del hierro, y no participan en la reacción de oxidación durante la fabricación del acero, y casi todos se acumulan en los productos de acero. El potencial de oxidación del segundo tipo de elementos residuales es cercano al del hierro. En el proceso de fabricación del acero, solo una parte de ellos se eliminan por oxidación, y el grado de eliminación está relacionado con las características de los propios elementos. El potencial de oxidación del tercer tipo de elementos es mayor que el del hierro. En el proceso de soplado de acero fundido, primero se oxidan en la escoria que se eliminará, y solo una peque?a parte de ellos ingresa al producto. Por lo tanto, solo hay 15 elementos en la primera y segunda categorías de acero. Entre ellos, 8 elementos son elementos totalmente reservados y 7 elementos son elementos parcialmente reservados.

2. Fuente de elementos residuales en acero

China es un país con una gran cantidad de minerales de hierro intercrecidos, incluidos V, Ti, P, as, Sn, Sb, re (elementos de tierras raras), etc., que se transforman en acero durante la fundición. Además de los elementos residuales introducidos en el hierro fundido por el mineral de hierro primario, la mayor fuente de elementos residuales en el acero fundido es la chatarra de acero.

(1) Acero aleado en chatarra. En la actualidad, no existe una tecnología económica y efectiva para separar el acero aleado y el acero al carbono ordinario, pero hay muchos tipos de elementos de aleación en algunos aceros de aleación media y alta. En el reciclaje del acero, estos elementos de aleación ingresarán al acero como elementos residuales;

(2) Recubrimiento superficial o recubrimiento en chatarra de acero. Entre ellos, la hojalata es la más problemática, que ingresa al reciclaje de chatarra como una caja de latas, y otros recubrimientos incluyen cobre, níquel y cromo; la lámina galvanizada también se usa ampliamente, pero el zinc se puede eliminar básicamente en la fabricación de acero sin consideración; (3) metales no ferrosos envueltos en materias primas de desecho. El más importante es la chatarra de acero, que contiene algunos micromotores, la principal impureza es el cobre. En el mercado, el contenido de elemento más residual es el cobre, que proviene principalmente de la chatarra de automóviles en el horno siderúrgico. Se estima que el contenido promedio de cobre en la chatarra de acero es de alrededor de 0,3%, lo que depende de la fuente y la proporción de acero aleado. Los residuos sb y as en el acero provienen principalmente del mineral de hierro primario. cuando se recicla la chatarra que contiene estas impurezas, se pueden diluir, pero la cantidad residual se acumulará gradualmente en el acero. El contenido de H y N en el acero proviene principalmente de la atmósfera en el taller de fabricación de acero, y su contenido depende principalmente de la composición del acero y del proceso de fabricación del acero.

3. Segregación de elementos residuales en acero

Muchos elementos residuales existen y juegan un papel en el acero en forma de segregación. La mayoría de los elementos residuales tienen una fuerte capacidad de segregación en el acero; el proceso de segregación de estos elementos puede ocurrir no solo en el proceso de solidificación del acero líquido, sino también en la posterior transformación en fase sólida, pero necesita un largo tiempo de difusión. Los principales elementos de segregación en la mazarota del lingote son s, P y C, seguidos de sb, N, as, h y Sn. La dureza de esta parte del material es mayor que la de otras partes del lingote después de la segregación. En comparación con la segregación por solidificación, los elementos residuales producirán una segregación por límite de grano durante la transformación o el calentamiento de la fase sólida. Por ejemplo, la fragilidad del segundo temple del acero es causada principalmente por la segregación de P, Sn, as y sb en los límites de grano.

4. La función de los elementos residuales

① Ocho elementos totalmente retenidos

Ni, Co, W y Mo pueden mejorar la templabilidad del acero, que son elementos beneficiosos. Por un lado, el Cu puede causar la fragilización del cobre durante el trabajo en caliente a alta temperatura, pero por otro lado, puede mejorar la resistencia a la corrosión atmosférica del acero; los elementos residuales Sn, as y Sb son elementos da?inos, que no solo fortalecen la fragilidad del cobre en el acero, sino que también conducen a la fragilidad del segundo temple del acero aleado; SN es uno de los elementos residuales más da?inos en el acero, que puede reducir en gran medida las propiedades mecánicas a alta temperatura del acero y la aleación.

② 7 elementos de retención parcial

C. Mn, sy P son los elementos de control convencionales; Cr puede mejorar la resistencia a la oxidación del acero, aumentar la resistencia a la corrosión y la templabilidad del acero, pero también aumentar la fragilidad del acero; n es beneficioso para controlar el tama?o de grano de la austenita, pero también puede provocar el envejecimiento por deformación del acero; h en el acero es un tipo de elemento da?ino y nocivo, que dará lugar a manchas blancas y grietas en el acero de baja aleación de alta resistencia.