不锈钢水管及铬系产品之间的关系 - 金辉铭

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不锈钢水管及铬系产品之间的关系

 以铬和铁为不锈钢水管主要成分的铁合金。是钢铁工业用的主要合金剂之一,除了主成分铬与铁外还含有碳、硅、硫、磷等杂质。铬铁含铬55%~75%,按含碳量分为高碳(4%~10%C)、中碳(0.5%~4%C)、低碳(>0.15%~0.5%C)和微碳(≤0.15%C)铬铁。高碳铬铁又称碳素铬铁,中、低、微碳铬铁又称精炼铬铁。一种用低铬铁比的铬矿生产的高碳铬铁,含Cr50%~55%称为炉料级铬铁,还有含N2%~10%的含氮铬铁作为氮合金剂使用,又称氮化铬铁。
  1821年贝尔蒂尔(P.Berthier)在坩埚内加热木炭、氧化铬与氧化铁的混合物生产铬铁。这种方法一直使用到1857年弗雷迈(E.C.Fremy)用塔斯马尼亚(Tasmania)铁铬矿,在高炉内冶炼,得到含7%~8%Cr的塔斯马尼亚生铁。1870~1880年间,高炉生产的铬铁含30%~40%Cr,10%~20%C。穆瓦桑(H.Moissan)对电炉冶炼铁合金做了许多工作,并于1893年发表了在电炉内还原铬矿生产含67%~71%Cr,4%~6%C高碳铬铁的报道。用电炉取代高炉冶炼高碳铬铁是一个重大进步。1886年奥德斯杰纳(E.G.()delstjerna)描述了瑞典用电炉生产含70%Cr高碳铬铁的情况。贝克特(F.M.Becket)及其合作者从1906年至1940年间,开展硅还原铬矿生产低碳铬铁的工艺。在500kW单相双电极电炉(炉产量400kg)至12000kw三相电炉(炉产量10t)内试验和生产,以满足生产不锈钢的需要。1920年左右瑞典特乐尔赫坦铁合金厂制订了三步法生产低碳铬铁工艺。即电硅热法,亦称瑞典法。1939年波伦(R.Perrin)获得了用液态硅铬铁合金与铬矿一石灰熔体反应,生产低碳铬铁专利。通称波伦法,也称热兑法。这一方法经过不断改进,已成为生产低碳铬铁的主要方法。1949年埃拉斯姆斯(H.Erasmus)取得了真空固态脱碳法生产C0.01%的低碳铬铁的专利。在美国联合碳化物公司马里塔(Marietta)厂生产名为辛普雷克斯低碳(低硫)铬铁(SimplexFerrochrome)。本世纪初,生产中碳铬铁的方法有3种:(1)用铬矿石精炼高碳铬铁;(2)在贝塞麦炉内吹炼高碳铬铁;(3)生产低碳铬铁时配加高碳铬铁。因用贝塞麦炉吹炼高碳铬铁生产的中碳铬铁含氮高,故氧气转炉很快被用来生产中碳铬铁。在70年代10t氧气顶吹转炉,10t氧气底吹转炉和25tCLU转炉先后投产生产中碳铬铁。
  随着铬矿的块矿日益减少,粉矿增加,贫铬矿经选矿后得到的又全是精矿粉,这些均要通过烧结、球团和压块等方法生产人造块矿。日本昭和电工公司1970年在其子公司周南电工公司建成铬精矿制球、固态预还原、电炉(15000kw)熔炼的SRC法的年产6万t高碳铬铁厂。南非米德尔堡钢和合金公司使用ASEA的技术,于1983年在克鲁格斯厂投产1台16MVA直流电弧等离子炉(后又扩容为40MVA),用铬粉矿生产高碳铬铁。瑞典铬公司1986年在马尔摩投产一座年产7.8万t高碳铬铁的等离子铬法工厂。
  中国吉林铁合金厂于1956年开始生产高碳铬铁。1959年开始生产硅铬合金与低微碳铬铁。吉林铁合金厂、北京钢铁研究总院与钢铁设计研究总院共同研制的6000kVA真空电阻炉于1972年投产,用真空固态脱碳法生产微碳铬铁。上海铁合金厂与北京钢铁研究总院于1973年开始研究顶吹氧转炉(It)吹炼中碳铬铁。1979年建成1台2.5t顶吹氧转炉生产中碳铬铁。
  铁铬系平衡相图见图1。铬与铁形成连续固溶体。低于815℃时,在图的中部出现σ相区。σ相为金属间化合物,其平均含铬量为45%,化学成分大致相当于FeCr。铬与碳生成的碳化物有Cr23C6,Cr3C2,Cr7C3。有铁存在时则成为复杂碳化物(Cr,Fe)23C6,(Cr,Fe)3C2与(Cr,Fe)7C3。高碳铬铁含C可达10%,所以它的性质用Fe-Cr-C系表示更为确切。
  铬加入不锈钢水管中能显著改善钢的抗氧化性,增加钢的抗腐蚀能力。在许多具有特殊物理化学性能的不锈钢水管中都含有铬。钢中的铬是用铬铁添加的。高碳铬铁用作滚珠钢(0.5%~1.45%Cr)、工具钢、模具钢(5%~12%Cr)和高速钢(3.8%~4.4%Cr)的合金剂,可提高钢的淬透性,增加钢的耐磨性和硬度。铸铁中加入铬可提高硬度,改善耐磨性,含铬0.5%~1.0%便可改善其机械性能。高碳铬铁和炉料级铬铁大量用作冶炼不锈钢(AOD或VOD法)的炉料,降低生产成本。中、低碳铬铁用于生产中、低碳结构钢、渗碳钢,制造齿轮、高压鼓风机叶片、阀板等。微碳铬铁用于生产不锈钢、耐酸钢、耐热钢和电热合金等。
  铬在地壳中的丰度为0.035%,但生成的铬矿石含铬高。地球上近南北向褶皱带中的铬铁矿资源量,占世界总量的95%以上,其中纵贯非洲东部的前寒武纪褶皱带的铬资源量,占世界总量的94%。乌拉尔华力西褶皱带占2%左右,阿尔卑斯褶皱带约占世界总量的2%。中国铬矿成矿地质条件不理想,尚未在寒武纪地质区中发现南北向铬铁矿带。西藏一云南的铬铁矿床属阿尔卑斯期褶皱带;新疆一甘肃、青海一内蒙古的铬铁矿床在海西期近东西向的褶皱带中;它们都不具备生成特大矿床的条件。具有工业价值的主要含铬矿物是铬尖晶石,常被误称为铬铁矿。最有用的铬尖晶石矿物有3种:镁铬铁矿(Mg,Fe)Cr2O4、硬铬尖晶石(Mg,Fe)(Cr,Al)2O4和铝铬铁矿Fe(Cr,Al)2O4。http://www.jinhuiming.com/