[發明專利]一種低電阻率鋼及其制造方法

有效

• 申請號: 201410059015.5
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103866192B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 孫全社;王雙成;張漢謙;鄭建忠;肖桂林;顧友明
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/16
• 分類號: C22C38/16;C22C38/14;C22C38/12;C22C33/04;C21D8/00
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所(普通合伙)31228
• 代理人: 楊丹莉,李丹

技術領域

本發明涉及一種鋼材及其制造方法，尤其涉及一種電極用鋼及其制造方法。

背景技術

在工業電解鋁時，需要調整電解槽爐底電阻和電流分布以改善鋁液的水平電流。陰極鋼板可以起到均勻分布電流，改善鋁液水平電流，實現低電壓生產并降低電解鋁直流電耗的作用。由于在電解鋁時，陰極鋼板長期在900℃左右的高溫條件下服役，因此，不僅要求鋼板具有良好的導電性，即電阻率低，還要求其具有較低的線膨脹系數和較高的強度。

就陰極材料而言，銅在常溫下的電阻率極低（純銅在室溫下的電阻率為1.9×10^-8Ω·m），但是銅的線膨脹系數較高，其在20～100℃時約為18×10^-6/℃，而且銅在室溫下的抗拉強度很低，僅為130～150MPa。與此同時，由于銅的熔點低，在900℃左右的高溫條件下其電阻率和線膨脹系數會顯著升高，并且其強度會明顯地降低，加之銅的價格高昂，因此，銅并不適合作為高溫條件下的陰極材料。為了滿足高溫條件下電極對于導電性、強度和膨脹變形等各項綜合性能的要求，同時也為了降低生產成本，目前主要使用結構鋼Q195和結構鋼Q235等作為陰極電極。Q195和Q235在室溫下的電阻率約為15×10^-8Ω·m，然而在900℃時，其電阻率會大于120×10^-8Ω·m，因此，它們并不完全適合作為在高溫條件下工作的陰極電極。

在此，期望獲得一種用于陰極電極的鋼材，其在高溫工作狀態下具有較低的電阻率，較低的膨脹系數以及較高的強度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低電阻率鋼及其制造方法，該鋼材的電阻率低，膨脹系數低，且制造成本低。

為了實現上述目的，本發明提出了一種低電阻率鋼，其化學元素質量百分配比為：

C：0.001～0.010%，

Si：≤0.03%，

Mn：0.01～0.20%，

Al：0.001～0.050，

N：≤0.010%，

O：0.001～0.015%，

Nb：0.001～0.05%、V：0.001～0.05%、Cu：0.01～2.00%和Ti：0.001～0.05%中的至少一種；

余量為Fe和其他不可避免的雜質；且滿足：

0.86×Mn+1.64×Al+4.88×O≤0.30%。

本發明所述的低電阻率鋼中的各化學元素的設計原理為：

碳：碳以固溶狀態存在于鐵素體中，多余的碳還會形成滲碳體。在加鈦、鈮、釩時，碳和鈦、鈮、釩形成碳化物。無論固溶狀態的碳還是滲碳體或碳化物，都會引起鐵素體的晶格畸變，導致鋼的電阻率上升，因此隨著鋼中碳含量的增加，鋼的電阻率升高。為了降低鋼的電阻率，碳含量需要低于0.010wt.%；但是，當碳含量低于0.001wt.%時，降低碳含量所產生的冶煉成本會顯著提高，因此，在本發明的技術方案中需要將碳含量控制在0.001～0.010wt.%之間。

硅：硅是脫氧元素，但其脫氧能力比鋁、錳差。硅能夠固溶于鋼中提高鋼的強度，但對于提高電阻率來說，應控制硅含量在本技術方案所述的范圍內越低越好。

錳：錳是脫氧元素，其能夠固溶于鋼中以提高鋼材的強度，然而錳的添加也會提高鋼的電阻率，故而其加入量也不宜過高，本發明的鋼中的錳應該控制為0.01～0.20wt.%。

鋁：鋁是強脫氧元素，其還可以細化晶粒以提高鋼的強度，但是鋁的加入也會提高鋼的電阻率，在鋼中可以允許加入適量的鋁作為脫氧劑并提高鋼的強度，不過，在本發明中的鋁含量應控制為0.001～0.050wt.%。

氮：氮以固溶狀態存在于鐵素體中，當鋼中添加鈦時，氮極易和鈦形成氮化鈦化合物。隨著鋼中氮含量的增加，鋼的電阻率也會逐步升高，同時，氮化鈦夾雜物也會造成鋼的電阻率上升。因此，本發明的技術方案中的氮含量需要設定為≤0.010wt.%。

氧：在轉爐冶煉中主要采用吹氧脫碳的方法，因此氧是鋼中不可避免的化學元素，其主要以氧化物的夾雜存在于鋼中，這些夾雜物不利于降低鋼的電阻率，但是過低含量的氧在冶煉中很難實現。對于本技術方案中的氧元素，應該將其控制在0.001～0.015wt.%。