本發(fā)明涉及電解鋁行業(yè)生產(chǎn)用鋼材料的，特別是指一種高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼及制備方法。

背景技術(shù)：

1、電解鋁陽極鋼爪作為電解鋁生產(chǎn)中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其性能直接影響電解鋁的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。生產(chǎn)1噸電解鋁大約需要耗電13500kwh，而理論噸鋁能耗約6320kwh，利用率約46.8%，傳統(tǒng)的陽極鋼爪用鋼存在強度和導(dǎo)電性不足的問題，導(dǎo)致在高溫、高電流密度的工作環(huán)境下容易發(fā)生變形、斷裂等現(xiàn)象，增加了生產(chǎn)成本和維護難度。因此，開發(fā)一種既具有高強度又具備高導(dǎo)電性的電解鋁陽極鋼爪用鋼具有重要的現(xiàn)實意義。

2、中國專利cn118371658a公開了一種陽極鋼爪生產(chǎn)方法，該方法通過熔煉、出鋼凈化、消失模造型、澆注、退火熱處理來制備得到內(nèi)部高致密、無缺陷陽極鋼爪鑄件；然而消失模鑄造工藝容易使得鑄件產(chǎn)生增碳，而且增碳分布不規(guī)律。

3、中國專利cn118957389a公開了一種提高電解鋁用工業(yè)純鐵強度的生產(chǎn)制備方法，該方法通過脫硫鐵水—轉(zhuǎn)爐—爐外精煉—rh真空—連鑄—鑄坯加熱—高壓水除磷—ф850開坯機—ф700mm×3+ф550mm×4連軋機組軋制—水冷—鋸切—矯直—檢查—修磨—打捆—入庫—發(fā)貨來制備。雖然通過合理的化學(xué)成分設(shè)計及生產(chǎn)工藝可以有效的提高工業(yè)純鐵的強度指標(biāo)，但是由于需要添加稀土元素等微合金化元素，生產(chǎn)成本相對較高，以及其力學(xué)性能有待提升。

4、中國專利cn117488014a公開了一種電解鋁用yt2純鐵電極扁鋼板坯連鑄鋼水處理方法，該方法通過鋼水進lf站作業(yè)、造渣、rh深脫碳、al控制來制備；雖然能夠有效控制鋼水中c、si和夾雜物的含量及狀態(tài)，但由于生產(chǎn)工藝對脫氧要求高，以及添加鋁粒等脫氧材料，這些都會增加生產(chǎn)成本。

5、中國專利cn103938080a公開了電解鋁用惰性合金陽極及其制備方法，其以fe和cu為主要組分，還包括sn、ni和al的合金元素添加，可以協(xié)同提高所制備材料的抗氧化性；然而所制備材料直接熔煉澆鑄得到，并未進行機加工和熱處理，比電阻在67μω·cm左右，故而導(dǎo)電性能較差。

6、中國專利cn102230189a公開了一種電解鋁用納米金屬陶瓷惰性陽極材料及其制備方法，原料涉及金屬陶瓷粉末，所制備的也是nio-nife2o4金屬陶瓷基體，添加的納米粉末也為金屬陶瓷粉末，后續(xù)還需要壓坯和燒結(jié)，故而所制備材料雖然在1000℃高溫的導(dǎo)電性能較好，但是力學(xué)性能相對較差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中電解鋁鋼爪用鋼制備過程存在的技術(shù)問題：1）鋼的化學(xué)成分對性能要求敏感，添加元素種類較多，配比嚴(yán)格，生產(chǎn)成本隨之增加；且需要對熔煉過程進行成分含量控制；2）鋼板強度和電導(dǎo)率較低，致使鋼爪使用壽命較短；且高溫強度和電導(dǎo)率也未進行考慮；3）鋼板強度、電導(dǎo)率和耐腐蝕性不能協(xié)同提高，一項提高了，另一項就有可能降低等。本發(fā)明提出了能夠解決前述問題的一種高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼及制備方法。所述技術(shù)方案如下：

2、一種高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼，所述高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計為：c?0.01-0.05%，ti?0.055-0.095%，cu?0.08-0.18%，p≤0.007%，s≤0.006%，其余為fe和不可避免的微量的化學(xué)元素；其中，所述c、ti同時滿足關(guān)系：1.1≤ti/c≤3.2。

3、可選地，所述高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼基體的組織結(jié)構(gòu)為體積分?jǐn)?shù)96-98%的鐵素體和體積分?jǐn)?shù)2-4%的珠光體，另外還有整體體積分?jǐn)?shù)0.05-0.2%的tic析出相析出。

4、可選地，所述高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼的鐵素體的形狀為等軸狀，平均晶粒尺寸為15-70μm；珠光體的形狀為片狀，平均晶粒尺寸為5-20μm；tic析出相的形狀為球狀，平均粒子尺寸為5-20nm。

5、可選地，所述高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼的室溫性能：抗拉強度不低于390mpa，屈服強度不低于270mpa，屈強比為0.65-0.75，斷后延伸率不低于40%，電阻率不高于12.5μω·cm。

6、可選地，tic析出相的平均粒子尺寸為90nm。

7、一種基于所述的高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼的制備方法，所述高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼的制備方法如下步驟：

8、s1、原料稱量：根據(jù)所述高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼的化學(xué)成分含量對原料進行配比，之后稱取各個原料，得到稱量好的原料；

9、s2、熔煉和鑄造：對s1稱量好的原料進行熔煉得到鋼水，嚴(yán)格控制鋼水中化學(xué)成分含量；熔煉完成后將鋼水澆鑄到鑄模中，冷卻凝固形成鑄坯；

10、s3、均勻化熱處理：將s2鑄坯加熱到再結(jié)晶溫度以上并保溫，得到熱軋前均勻組織結(jié)構(gòu)的鑄坯；

11、s4、熱軋：對s3熱軋前均勻組織結(jié)構(gòu)的鑄坯進行熱軋，軋后空冷至室溫，得到高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼。

12、可選地，s1各個原料包括鐵礦石、鈦鐵合金和銅。

13、可選地，s2熔煉溫度為1600-1650℃，澆鑄溫度為1500-1550℃，鑄坯尺寸為200mm×200mm×6000mm。

14、可選地，s3加熱到再結(jié)晶溫度以上的溫度為預(yù)熱段溫度和均熱段溫度，預(yù)熱段溫度控制在≤800℃，均熱段溫度控制在950-980℃，總加熱時間≥180min，均熱段保溫時間≥60min。

15、可選地，s4熱軋的開軋溫度控制在920-960℃，終軋溫度控制在860-900℃，總壓向量為55-70%。

16、本發(fā)明的化學(xué)成分含量選擇技術(shù)原理：

17、下面對本發(fā)明的電解鋁鋼爪用鋼中所含組分的作用及選擇范圍具體分析說明。

18、c：碳是鋼中的主要強化元素。當(dāng)c溶解在fe中形成固溶體時，顯著提高鋼的強度和硬度，并且c元素使得奧氏體晶粒在高溫下更加穩(wěn)定，不易長大，因此在淬火時能夠獲得更細小的馬氏體組織，從而提高鋼的淬透性，但過高的c會降低鋼的塑韌性、焊接性。本發(fā)明將c的重量百分含量控制在0.03-0.05%。

19、ti：鈦是強碳化物形成元素，與鋼中碳結(jié)合生成穩(wěn)定的tic顆粒彌散分布，從而提高鋼的強度、塑韌性。因為鈦原子與鐵原子之間的相互作用，有助于熱能的傳導(dǎo)從而提高導(dǎo)熱性。鈦還有助于形成致密氧化膜，減少易腐蝕相形成。本發(fā)明將ti的重量百分含量控制在0.055-0.095%。

20、cu：銅是良好的導(dǎo)電元素，其導(dǎo)電性僅次于銀，銅的熱膨脹系數(shù)較高，加入鋼中能提高其熱膨脹系數(shù)。銅能夠顯著提高鋼的耐腐蝕性，在鋼表面形成一層致密的氧化膜，此外，銅還能抑制鋼的局部腐蝕，如點蝕和縫隙腐蝕。這是因為銅的存在能夠改變鋼的電化學(xué)性質(zhì)，使腐蝕電流分布更加均勻。本發(fā)明將cu的重量百分含量控制在0.08-0.018%。

21、p、s：磷和硫是鋼中難以避免的有害雜質(zhì)元素。p原子會進入鋼的晶界，破壞晶界的強度，導(dǎo)致鋼材在受力或沖擊時容易發(fā)生脆性斷裂，尤其是低溫條件下使用時，影響模具的使用壽命和可靠性；s與鋼中的鐵結(jié)合，形成鐵硫化物，會沿晶界分布，導(dǎo)致鋼的韌性和塑性大幅下降。因此，應(yīng)嚴(yán)格限制鋼中的p、s含量，本發(fā)明將p元素的重量百分含量控制在≤0.010%，s元素的重量百分含量控制在≤0.005%。

22、而由尺寸描述可知鐵素體、珠光體尺寸微米級，析出相為納米級，并且析出相分布在晶間、晶內(nèi)，單獨統(tǒng)計體積比例。鐵素體+珠光體的體積比例之和為100%。

23、上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比至少具有如下有益效果：

24、上述方案，本發(fā)明提出了一種高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼及制備方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)電解鋁用陽極鋼爪存在的技術(shù)問題：1）鋼的化學(xué)成分對性能要求敏感，添加元素種類較多，配比嚴(yán)格，生產(chǎn)成本隨之增加；且需要對熔煉過程進行成分含量控制；2）鋼板強度和電導(dǎo)率較低，致使鋼爪使用壽命較短；且高溫強度和電導(dǎo)率也未進行考慮；3）鋼板強度、電導(dǎo)率和耐腐蝕性不能協(xié)同提高，一項提高了，另一項就有可能降低等。

25、本發(fā)明通過c與ti、cu協(xié)同作用，生成析出相從而減少晶內(nèi)含碳量，控制析出相尺寸以降低對電子散射的影響，從而確保其較高電導(dǎo)性。

26、本發(fā)明通過ti、cu可在鋼表面形成致密的氧化膜，顯著提高了鋼的耐腐蝕性能，從而延長鋼爪在電解鋁槽中服役的時間，減少維護成本。

27、本發(fā)明通過低成本原料選擇和熱軋前的均勻化熱處理、熱軋過程的軋制壓下量階段控制，使得所制備的材料能夠不需要表面制備涂層就能協(xié)同提高室溫和高溫下力學(xué)性能、耐腐蝕性能和導(dǎo)電性能及其穩(wěn)定性。

28、本發(fā)明所制備的高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼的室溫性能：抗拉強度不低于390mpa，屈服強度不低于270mpa，屈強比為0.65-0.75，斷后延伸率不低于40%，電阻率不高于12.5μω·cm。

29、總之，本發(fā)明方法相對于其他傳統(tǒng)方法，通過調(diào)控c與ti、cu、低成本原料選擇和熱軋前的均勻化熱處理、熱軋過程的軋制壓下量階段控制來制備高導(dǎo)電性電解鋁鋼爪用鋼；該方法簡單易操作，綠色環(huán)保，成本低、流程短、效率高，適用范圍廣，利于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)和推廣。