短流程钢铁生产过程中铜元素危害抑制的基础研究

Scrap steel is the main metal raw materials in the short process for iron and steel production. With the process of scrap steel recycle, Copper,tin,arsenic,antimony, and bismuth elements would enter steel products, which would lead to "steel-garbaging" because these tramp elements will accumulated in steel. Copper element is the severest element in steel at the present time. Tramp copper element severely deteriorate hot-working character and reduce rolling yield of steel products. The research reports of how to control and reduce these effects were little and the mechanism is unknown. Through the research of copper-rich phase froming with Cr, Ni or Si element in grain boundary, disclosure its strengthening mechanism. More effective alloy elements would be understand on the base of thermodynamics analysis. This kind of element would priority separated in the grain boundary and formed new phase, which would increase the strengthen of grain boundary. Thermodynamics and kinetics research of copper-rich phase separation would carry out. Incresasing copper solubility in the Fe-M-Cu system, reducing its harmfulness to steel hot-working character and raising utilization ratio of tramp steel. These research has important value of science and practical application.

废钢是短流程钢铁生产的主要金属原材料。随着废钢的循环利用，铜、锡、砷、锑、铋等有害元素会进入钢中，这些残存元素在钢中不断地蓄积，并会导致废钢"垃圾化"。目前废钢中以铜元素的增加最为明显。铜严重恶化钢材的热加工性能，降低成材率，但关于如何抑制或减轻铜对钢材热加工性能影响的研究报道却很少,机理尚不清楚。通过对Cr、Ni、Si等元素在晶界处形成的富铜相的种类、组成及其结构的研究，揭示其使富铜相得到强化的机理；在热力学分析和研究的基础上，寻求更为有效的合金元素，使合金元素在钢的热加工过程中优先于铜原子到达晶界，在晶界处形成新相，研究其起到抑制铜的偏聚和提高晶界强度作用的机制；开展晶界处富铜相析出热力学和动力学研究，提高铜在三元体系Fe-M-Cu中的溶解度，进而减轻铜对钢材热加工性能的危害，为提高废钢循环利用率奠定理论基础。课题研究具有重要的科学价值和应用前景。

废钢是短流程钢铁生产的主要金属原材料，在废钢的回收利用过程中一些有害元素如铜、锡、砷等元素会随着废钢的循环而进入废钢，这些元素的存在严重恶化钢材的使用性能和加工性能，并会导致废钢“垃圾化”。.通过添加Ni元素改变了含铜钢氧化层中富Cu相的组成，Ni-Cu-Fe相的形成降低了富铜相中Cu的浓度，消除了形成液态纯Cu的机会，并且由于Ni-Cu相的熔点提高，使它以固态颗粒状保留在氧化层内，能够减轻表面裂纹的形成。.基于氧化物冶金理论，对MnS、Ti2O3、TiC、Al2O3、SiO2、TiN 等夹杂物进行了晶体学计算，研究了钢中超细夹杂物对铜元素析出行为的影响。.对稀土夹杂物在钢中成为初生奥氏体异质形核核心进行了探讨，Ce2O3、La2O3和Ce2O2S等可以作为有效的铜元素异质形核点，减少铜元素在晶界偏析从而抑制热脆现象。结果表明：超细氧化物夹杂在阻止铜向钢材表面扩散中起着重要的作用。超细夹杂物可以诱导铜元素析出，减轻其在晶界的富集现象。.研究了钢中铜含量、变形温度、氧化时间、变形量对含铜钢表面裂纹产生的影响，推出了铜在钢中的析出与表面裂纹产生的关系，得到了一定的抑制含铜钢裂纹产生的有效措施。对高温拉应力条件下Si 元素对钢中Cu 元素在晶界的偏析影响进行了研究。.项目研究对抑制或减轻铜对钢材热加工性能的影响具有重要的指导意义。