Q345R合金钢中Cr含量超标原因分析

王晓燕 董 立 梁 琦 刘东升 刘建军

(内蒙古北方重工集团，内蒙古014033)

我公司新承揽了一种Q345R合金钢外销钢锭，该钢种在冶炼过程中多数冶炼正常，但有几炉钢在精炼过程中出现Cr成分偏高的现象。其中有两炉Q345R钢在电炉出钢后，精炼就位取样时出现Cr高于内控以及Cr超标导致改钢号(012468改为P11钢)等问题。针对此问题，我们从装料、电炉冶炼、测温取样、出钢操作、进渣回磷、回铬、炉渣成分分析等多方面进行研究，找出Cr含量增高的变化规律，制定相应措施，避免今后再发生类似问题。

1 原因分析

1.1 Q345R钢成分控制要求

Q345R钢成分(质量分数，%)内控要求是： C 0.14～0.16，Mn 1.35～1.45，Si 0.35～0.45，S≤0.008，P≤0.012，Cr≤0.25，Ni≤0.25，Mo≤0.15，V≤0.08，Al 0.020～0.030。Q345R钢属于低碳钢，碳含量要求较低，P含量要求较为严格，成品Cr成分控制标准和内控要求都≤0.25%。冶炼过程中吹氧，钢水易发生过氧，炉后进渣或钢渣混流后精炼过程中成分控制较难。

1.2 出钢至精炼过程中Cr含量变化情况统计分析

Cr在钢中是一种合金元素，它比铁容易氧化，但不如Al、Ti、Si等，Cr的氧化反应式是：[Cr]+[O]=[CrO]，2[Cr]+3[FeO]=[Cr2O3]+3[FeO]。渣中(FeO)能使Cr的收得率减低，且当炉料中的铬含量很高时，转入熔渣中的铬损失也多。铬的氧化能放出大量的热，而铬的氧化损失又与温度有关。在高温时还将发生下述反应：(CrO)+[C]=[Cr]+{CO}，(Cr2O3)+3[C]=2[Cr]+{CO}。高温下脱碳能抑制铬的氧化损失，换言之，高温不利于铬的氧化。所以为了降低钢中的铬含量，一般采用偏低的温度。为了找出Cr在整个冶炼过程中的变化规律，我们统计了一些Q345R钢的冶炼数据，见表1。

针对Cr元素变化趋势，我们做了一个折线图(见图1)。从统计数据可知， Cr含量在电炉出钢后至精炼过程中一直有增高的趋势，增加幅度为0.02%～0.14%。012260、012349、012352、012382、012370、012388、012468、012497炉钢出现Cr成分异常增高情况，其中012370及012468两炉钢因Cr含量高而导致成分超标。针对这两炉钢的情况进行分析研究，找出Cr元素增高的原因。

(1)装料情况

012370炉钢装料情况是：钢渣3 t，外购废钢42 t，包头生铁10 t。012468炉钢装料情况是：钢棒5 t，外购废钢38 t，包头生铁10 t。另外统计16炉Q345R钢装料情况，见表2。其中有11炉钢与012370和012468炉装料情况类似，都装入了钢渣或钢棒，但未有Cr偏高压标线情况。其余5炉全部装入外购废钢，出钢前Cr为0.03%～0.11%，另外Mo成分从出钢到成品没有异常现象。从数据分析可知，装料因素应不会引起的Cr成分异常增高。

表1 电炉出钢至精炼过程中Q345R钢的化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition of Q345R steel from electric furnace tapping to refining(mass fraction,%)

图1 Cr元素变化趋势图Figure 1 Changing trend of Cr element

表2 11炉Q345R钢装料情况统计表Table 2 The charging list of Q345R steel for eleven heats

(2)出钢选用钢包影响

012370所用钢包为9#包，该包上一炉冶炼钢为A钢(Cr内控0.95%～1.10%)。012468炉所用钢包为10#包，该包上一炉冶炼15 NiCuMoNb5-6-4钢(Cr：0.15%)。包底对Cr含量影响不大，如果粘包底Cr成分应该在LF精炼过程中逐渐增加，因此钢包因素不是主要因素。

(3)电炉冶炼过程中取样均匀性

对两炉钢的冶炼过程进行统计分析，数据见表3、表4。

012370炉冶炼过程中取样、测温偏少，恒温时间短，试样成分、温度可能不均匀，不具有一定的代表性，另外炉底可能有料未化完。

012468炉钢电炉冶炼中取三次样，Cr成分一直在增加，精炼取样时发现Cr含量超标后因计划无合适钢可改，被迫采取VOD处理降低Mn含量，改钢号为P11。电炉冶炼过程应保证测温、取样均匀有代表性。尤其是试样异常时，应多次取样确认。

(4)钢水过氧、出钢进渣或钢渣混流影响Cr、P成分

Q345R钢出钢碳含量低，冶炼吹氧易造成钢水过氧，钢中被氧化的元素形成MnO、SiO2、P2O5、Cr2O3等化合物进入渣中。如果出钢过程进渣或钢渣混流，精炼过程中，渣中的Cr、P返回到钢液中有可能导致钢水中Cr、P含量增加。

对于一般进渣不明显的钢，精炼取样时发现，P增加0.002%～0.003%，Cr增加0.02%～0.03%。对于进渣比较明显的钢，P增加0.004%～0.006%，Cr增加0.05%～0.10%。其中012370、012468 两炉钢因电炉中Cr含量较高，再加上进渣后精炼回Cr，导致Cr压标线和高标现象发生。另外进渣较严重的四炉钢012419 、012315、012260、012349 LF过程中Cr含量由电炉出钢的0.04%、0.09%、0.11%、0.08%增加到0.10% 、0.17%， 0.20%、0.18%。

另外，为了证明出钢进渣或钢渣混流对P、Cr等成分的影响，统计分析了一些其他钢种电炉出钢进渣比较严重的钢的冶炼情况，具体数据如表5所示。

从4炉钢Cr-Fe收得率大于100%可看出，电炉出钢至精炼过程中Cr成分均在增加，且进渣严重的钢，渣中Cr还原回钢中的量比较大，如出现异常将会影响冶炼生产、能耗及成本控制。

012426炉钢因进渣严重，精炼就位后加热“回Cr”导致Cr含量为1.16%，高内控0.06%，不得不进行翻渣操作，翻出2 t钢渣，取样1.20%压标线。012426炉钢P含量为0.013%，高内控0.003% ，被迫采取电炉兑钢水冲淡的操作，由012427炉兑入钢水15 t。012426炉钢因进渣导致P、Cr含量增加，采取翻渣操作损失了部分钢水，由下一炉兑钢水又增加了钢水量，延长了冶炼时间，严重影响了车间的正常生产，不利于成本和能耗控制。

表3 012370炉冶炼记录Table 3 Smelting record of Heat No.012370

表4 012468炉冶炼记录Table 4 Smelting record of Heat No. 012468

表5 电炉出钢进渣比较严重的钢种情况Table 5 Serious steel grades situations when electric furnace tapping into the slag

表6 渣样化学成分(质量分数，%)Table 6 Chemical composition of slag specimen (mass fraction,%)

(5)电炉冶炼、精炼过程中炉渣成分分析

为了进一步分析出钢进渣对钢水中Cr成分的影响，我们选取一些渣样进行炉渣成分分析，具体数据如表6所示。

电炉出钢进渣或钢渣混流后，精炼回Cr，经计算，Cr含量可增加0.04%～0.14%。

(6)出钢过程或精炼过程人为加料失误

012370、012468两炉钢Cr高有可能是电炉出钢或精炼加热后加料时人为加错合金，但这两炉钢电炉出钢均加Mn铁，在精炼取样后按Mn含量计算不存在加错合金问题。另外，012370炉钢在2#精炼炉加热，2#精炼炉高位料仓加料有计算机画面控制，料不容易加错。012468电炉出钢时Cr含量已很高，也不存在加错料情况。

经过详细分析和研究，我们认为 Q345R等低合金钢电炉出钢后Cr成分波动导致超标的主要原因是：(1)电炉出钢前取样没有代表性；(2)电炉冶炼时钢水过氧，出钢进渣或钢渣混流时渣中被氧化的Cr在还原前返回钢液中。

2 避免Cr含量超标的控制措施

(1)对残余元素有要求的钢，使用钢包时，要避免用上炉冶炼相关元素且含量高的钢包，尤其注意观察粘包底的情况，避免出现元素超标。

(2)对于残余元素有要求的钢，配料时谨慎选择钢棒、钢渣等标识不清的内部返回原材料，尽量多装外购废钢等材料。

(3)电炉冶炼过程中测温、取样要控制好，要有代表性，如冶炼中Cr含量不断增加，要多次取样并有一定的恒温时间。

(4)电炉冶炼Q345R钢时，如果取样发现Cr≥0.15%时，要增加取样次数，多次造渣并放渣，另外要延长冶炼时间，将钢中Cr氧化至<0.10%方可出钢，电炉出钢过程中要避免进渣。如果进渣严重，要先翻渣再进行LF精炼处理。

(5)对于一般有Cr成分控制要求的钢，在电炉出钢时要充分考虑钢包进渣或钢渣混流情况，出钢调整Cr含量时，要在考虑出钢量后将成分控制在标准下限。

3 结束语

通过采取上述控制措施，成功地将Cr含量控制在标准要求范围内。

[1] 张承武.炼钢学.北京:冶金工业出版，1991.

[2] 高泽平，等.炉外精炼.北京:冶金工业出版，1996.

[3] 李晶.LF精炼技术.北京:冶金工业出版，2009.