隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，世界范圍內(nèi)的鋼材蓄積量逐年上升，鋼材經(jīng)使用報(bào)廢再回收利用時(shí)。鋼材中的難氧化元素如銅、鎳、錫等不斷蓄積，在冶煉過程中不能去除，基本100％回收，影響鋼材的性能，隨著鋼材從熔煉到使用循環(huán)次數(shù)的增加，這種影響加大。
古時(shí)鐵匠鋪里祖?zhèn)鞯囊?guī)矩“銅鐵不同爐”，就是說鍛造銅質(zhì)鍛件的加熱爐不能再用來加熱鋼鐵，說明銅脆這一現(xiàn)象在很早就被發(fā)現(xiàn)了。近一個世紀(jì)以來，通過國內(nèi)外科研工作者對銅在鋼中應(yīng)用的深入研究，先后開發(fā)了耐候鋼等系列鋼種，銅除了能提高鋼的耐蝕性能外，還對鋼的抗菌性能、強(qiáng)度、韌性、焊接性能及加工性能有利，其應(yīng)用也日趨廣泛。
銅及其化合物不象某些金屬，如鉛和汞那樣對人體有毒害作用。銅不但是動物和植物所必須的微量元素，而且在銅制品表面各種微生物和細(xì)菌不易存活。特別是在海洋條件下，海洋生物不能附著。因此銅對人類、對環(huán)境是非常有益處的。銅的這些特殊功能已經(jīng)逐漸被認(rèn)識并應(yīng)用于鋼材的生產(chǎn)，銅在鋼中的應(yīng)用具有十分廣闊的發(fā)展前景。
1 銅脆
銅脆在鍛件表面上呈龜裂狀，銅脆引起的裂紋與過燒產(chǎn)生的裂紋相似，只有通過晶相觀察才能區(qū)分，銅脆區(qū)域有淡黃色的銅或銅的固溶體沿晶界分布。銅脆裂紋和過燒裂紋的區(qū)別在于是否有銅元素或銅的固溶體沿晶界分布，過燒裂紋的晶界處沒有銅分布。高溫下熔融的銅浸蝕鋼材表面層的晶粒邊界，在鍛造時(shí)被銅浸蝕的表面層易產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋，其邊緣處含有低熔點(diǎn)的含銅相，呈明亮條狀或網(wǎng)狀沿晶界分布。對于熱軋板卷，“銅脆”缺陷主要出現(xiàn)在鋼卷側(cè)面的裂紋，也有在鋼板表面密集分布的麻點(diǎn)狀缺陷。
鋼材在高溫加熱時(shí)，如果爐內(nèi)殘存有氧化銅，氧化銅在高溫下還原為自由銅，熔融的銅原子沿鋼材組織的晶界擴(kuò)展，削弱了晶粒間的作用力。銅的強(qiáng)度和熔點(diǎn)都比鋼低很多，高溫下銅在鋼中沿晶界滲透擴(kuò)散，嚴(yán)重時(shí)會使被加熱的鋼在鍛造時(shí)出現(xiàn)龜裂紋而報(bào)廢。同時(shí)，由于銅比鐵難以氧化，當(dāng)鋼中含銅量大于0.2%(質(zhì)量百分比)時(shí)，將鋼加熱到1100-1200℃，氧化性氣體與鋼坯發(fā)生氧化反應(yīng)。隨著鋼坯表面氧化鐵皮的不斷形成，鋼坯表層的鐵含量逐漸降低，銅含量相對增加，直至超過其在鐵中的固溶度。銅在鱗皮下富集，在高溫下形成熔融的銅層并侵蝕鋼坯晶界，逐漸沿晶界擴(kuò)散，產(chǎn)生微裂紋，類似過燒樣龜裂狀裂紋缺陷或密集分布的麻點(diǎn)狀表面缺陷，輕則影響表面質(zhì)量，重則造成鋼材報(bào)廢。
要減輕和避免銅脆，主要通過控制加熱過程中的工藝參數(shù)。在含銅鋼中產(chǎn)生銅脆缺陷的根本原因是在高溫下發(fā)生選擇性氧化，結(jié)果造成銅富集，由于晶界處晶格錯配度高，富集的銅易于沿晶界分布并擴(kuò)散，富銅層晶界在1100℃左右開始熔化即導(dǎo)致銅脆。根據(jù)以上分析，一方面減少高溫加熱過程中鋼基體的氧化，就可減緩銅的富集，從而控制乃至消除銅脆缺陷。具體可以調(diào)整熱軋加熱制度，控制爐內(nèi)氣氛，可采用還原性或中性加熱氣氛，避免氧化，降低熱加工溫度至1100℃以下，同時(shí)加快升溫速度，縮短加熱時(shí)間，減少中間擱置時(shí)間，出爐即軋，盡快避開銅滲透的臨界溫度，以減緩銅富集，并盡量減少不均勻的變形及采用較小的道次變形量，均可有效地阻止鋼中富銅相的形成，從而降低“銅脆”缺陷。
在實(shí)際生產(chǎn)過程中，還可通過調(diào)整成分以避免“銅脆”。據(jù)文獻(xiàn)介紹，向鋼中加Ni(ω(Ni)︰ω(Cu)=1︰3～1︰2)，可使鋼表面銅富集層變?yōu)槿埸c(diǎn)超過1200℃的銅鎳富集層，產(chǎn)生熔點(diǎn)較高的銅鎳化合物。這種化合物分布在晶間區(qū)域，在高溫下不會熔化，因而避免產(chǎn)生銅脆缺陷。該成分合金對設(shè)備要求較高，成本也相對提高。
（未完待續(xù)）
銅在鋼中的作用綜述（一）
發(fā)布時(shí)間：2013年12月05日 點(diǎn)擊數(shù)：
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