Материал: Промышленность и окружающая среда.

Классификация сталей по содержанию примесных микроэлементов: меди, молибдена, олова и хрома

но-английского слэнга (бесцельно скитающиеся бродяги всегда были неже­ ланными гостями). В отечественной специальной литературе иногда ис­ пользуется термин “циркулирующие элементы”. Наиболее важными бродя­ чими элементами считаются Си, Sn, Zn, Pb, Bi, Sb, Ni, Cr, Mo, V. В общем случае примесный элемент может быть либо микролегирующим, либо бро­ дячим, что определяется его содержанием и общим составом производимо­ го металла. Необходимо отметить, что в специальной литературе нет кон­ кретного разделения на бродячие, микропримесные или “следовые” элемен­ ты. Существует мнение, что следовые элементы, которые бывают либо ме­ таллическими, либо неметаллическими, присутствуют в металлах в столь низких концентрациях и в таких формах, что они не оказывают вредного влияния на качество стали, тогда как бродячие элементы не только оказы­ вают вредное воздействие на качество металла, но и не могут быть легко удалены из него и поэтому постоянно аккумулируются во время кругообо­ рота сталь - металлолом - сталь.

В результате развития концепции производства чистых по примесям ма­ териалов в странах ЕЭС в 1999 г. была принята классификация сталей по со­ держанию основных бродячих (циркулирующих) элементов: меди, молибде­ на, олова и хрома (табл. 3.6).

Новый взгляд на проблему присутствия микроэлементов в изделиях из же­ леза сформировался совсем недавно. В процессе глубоких исследований, свя­ занных с разработкой новых технологий рафинирования стали и чугуна (для повышения чистоты металла), обратили внимание на возможность рациональ-

Полный химический состав (за исключением газообразующих элементов) некоторых металлургических флюсов, г/т

* В скобках приведены данные в масс. ‘Jo.

ного использования для повышения качества металлургических изделии ком­ позиций микропримесей, которые ранее считались вредными. К таким компо­ зициям, в частности, относятся сульфиды, оксиды, фосфиды, нитриды, бориды, галогениды, арсениды, карбиды, соединения алюминия и многие другие.

Так, в настоящее время были доказаны:

- целесообразность присутствия в никельхроммолибденовых сталях сульфидов марганца (MnS) и микропримесей Ti, Zr и редкоземельных эле­ ментов;

- полезность связывания в конвертерной стали микропримесей бора в нитриды, что обеспечивается присутствием в металле азота в количестве не менее 50 г/т металла, хотя многими сертификатами рекомендуется содержа­ ние азота в стали менее 40 и даже менее 20 г/т;

-эффективность микролегирования медьсодержащих сталей фосфором

сцелью замедления процессов поверхностного расслаивания и т.д.

Врезультате исследовательская работа получила новое направление: достижение равномерного распределения микроэлементов в металле и по­ иск композиций микроэлементов, повышающих качественные характери­ стики изделий. Следует отметить, что этот факт прекрасно согласуется с данными из истории металлургии - хорошо известно, что лучшими издели­ ями из железа и в древности, и в Средневековье, да и в последующие време­ на были изделия - композиты, содержащие значительные количества при­ месных и микропримесных элементов (но, по-видимому, взятых, сознатель­ но или невольно, в необходимых для достижения результата пропорциях).

Отметим, что углубленное изучение примесного состава шихтовых мате­ риалов доменной плавки интересовало многих исследователей. Почти двести лет назад выдающийся шведский химик и минералог Йёнс Якоб Берцелиус отмечал: “Составление шихты имеет большую важность в отношении к каче­ ству получаемого железа. Железное производство весьма много бы выигра­ ло, если бы шихтовые материалы были подвергнуты столь же точным анали­ зам, какие делаются часто из простого любопытства... Так как экономиче­ ские расчеты редко управляют изысканиями настоящего ученого..., мы долж­ ны надеяться, что искусные металлурги найдут полезным для собственных выгод посвятить часть времени и средств изысканиям такого рода”. Нет не­

обходимости комментировать цитату из книги великого ученого - актуаль­ ность сказанного двести лет назад очевидна и на сегодняшний день.

К концу XX в. сложилось ясное представление об особых специфиче­ ских свойствах, которые проявляют в чугунах и сталях микроэлементы. В особенности это касается ряда загрязняющих (Си, Sb, Sn, As, Pb и пр.) и циркулирующих бродячих (Си, Zn, Sn, Cr, Мо и др.) элементов, для борьбы с которыми в настоящее время активно разрабатываются технологии измене­ ния их морфологии, главным образом через введение в чугун и сталь микро­ легирующих добавок.

В связи с этим ожидается, что уже в ближайшее время конкурентоспо­ собными окажутся те предприятия, на которых будет осуществляться по­ стоянный и полный контроль содержания микроэлементов в исходных ших­ товых металлургических материалах по всему циклу металлургических пе­ ределов. На повестке дня нового столетия одним из главных становится во­ прос об управлении потоками микроэлементов, особенно микропримесей, циркулирующих в рамках производственного и глобального рециклинга ме­ таллургических материалов и продукции.

З.2.1.1.2. Источники микроэлементов при производстве продукции из железа

Микроэлементы содержатся во всех материалах, используемых на пред­ приятиях черной металлургии, - железных и марганцевых рудах, углях всех видов, флюсах, ферросплавах, огнеупорах, металлоломе, а также в материа-

Микропримесный состав коксующихся углей некоторых шахт Австралии, Канады и Польши, импортируемых металлургическими предприятиями Германии, масс.%.

лах, используемых для нанесения покрытий на изделия из железа, и прочих. К сожалению, тонкий химический анализ является дорогостоящим процессом, что существенно затрудняет в отечественных условиях получение достовер­ ной информации, достаточной для проведения широких статистических иссле­ дований поведения микроэлементов. Отметим, что и в благополучно развитых странах Запада подобные исследования очень редки и малопредставительны.

Приводимая в табл. 3.7-3.13 информация о микропримесном составе ма­ териалов, используемых в черной металлургии, получена в середине 90-х го­ дов специалистами МИСиС.

3.2.1.1.3. Распределение микроэлементов между основными фазами металлургических процессов

Для построения элементопотока особенно важно знать, как конкретный элемент ведет себя в каждом металлургическом переделе. Статистической информации для такого анализа ввиду сложности металлургических систем