CN113333702A - 一种高碳铬轴承钢连铸结晶器保护渣及应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种高碳铬轴承钢连铸结晶器保护渣及其应用,属于连铸保护渣技术领域。本发明保护渣的组成包括(wt%):SiO2:30.70~36.70%,CaO:24.00~29.00%,MgO:2.60~4.60%,Al2O3:1.40~1.95%,Na2O:16.00~20.00%,F:9.90~13.90%,T.C:4.40~6.00%,其余为水分和不可避免的杂质。该保护渣通过控制Na2O、F和C的含量,以降低渣粘度和熔化速度,通过降低CaO含量和控制碱度的方式,可以使保护渣理化指标更符合钢种特性要求,实现了凝固坯壳由缓冷型向强冷型转变,确保了凝固壳厚度,降低了连铸坯表面“电焊疤”缺陷率。
Description
技术领域
本申请涉及结晶器保护渣领域,具体而言,涉及一种高碳铬轴承钢连铸结晶器保护渣及应用。
背景技术
在连铸生产过程中,结晶器保护渣是影响稳定生产和改善坯材表面质量的关键,保护渣所发挥的冶金功能可归结为:对结晶器钢液面绝热保温,避免钢液面结壳凝固;保护钢液面不受空气二次氧化;吸收钢液中上浮的夹杂物;润滑运行的铸坯;均匀和调节凝固坯壳向结晶器壁的传热。
在碳含量为0.90%~1.05%,铬含量为1.35%~1.65%的高碳铬轴承钢连铸生产过程中,由于该系列钢种固、液两相区宽,导热性差,热收缩系数小,初始生成的坯壳凝固收缩小,热强度差,在钢水静压力作用下凝固坯壳和结晶器壁接触紧密,结晶器壁和凝壳间的液渣流入通道易变得更窄,渣膜薄,容易造成坯壳表面与结晶器壁间的摩擦阻力增大。另外,高碳高铬轴承钢的液相线温度(1443~1455℃)较低,钢水浇注温度和浇注速度偏低,不利于保护渣的熔化,凝固坯壳均匀性差,铸坯表面易产生“电焊疤”缺陷。另外,高碳铬轴承钢合金含量高,夹杂物复杂且多,保护渣还要确保具有较强的吸收各种夹杂物的能力,严重时还会发生漏钢。
现有保护渣用于生产高碳铬轴承钢,尤其是生产大方坯轴承钢时,部分保护渣,由于熔点高,熔化速度慢,结晶器钢-渣液面易结壳,不利于绝热保温,导致液渣层厚度过薄,渣膜厚薄不均匀;另外粘度高,液渣流入结晶器壁和凝固坯壳间困难,不利于润滑和控制传热。还有部分保护渣,CaO含量及碱度偏高,导致熔渣吸收Al2O3夹杂物的速度较慢,渣耗较低,不利于熔渣熔化效果,液渣层更新较慢。由此导致了结晶器内坯壳局部生长不均匀,在结晶器保护渣液渣层不足和渣膜不均的情况下,渣层中沿铜管壁受冷却形成渣圈,随结晶器向下往复振动,将熔渣经由弯月面向下流动通道局部堵死,在熔渣受堵的部位相应的铸坯表面产生“电焊疤”缺陷,铸坯修磨后皮下伴有微裂纹,铸坯表面“电焊疤”缺陷发生率高达30%。
专利CN111041361A公开了一种含铬钢连铸结晶器保护渣,其成分采用了:CaO 30~33%;SiO2 28~34%;Al2O3 2~5%;MgO 1~3%;(Na2O+K2O)12~16%;B2O3 1~6%;(BaO+SrO)2~5%;F-11~14%;C 1~1.5%。CN104308104A公开了一种保护渣,其成分采用了CaO 30~33%,SiO2 28~34%,Al2O3 2~5%,MgO 1~3%,(Na2O+Li2O)12~16%,B2O3 1~6%,F-11~14%。上述结晶器保护渣适用于Cr含量高达10~15%的含铬钢铸坯产品,并不适用于本申请的钢种,其虽然粘度低,但其C含量过低,导致了渣的熔化速度过快,且其CaO含量、二元碱度过高,易导致高熔点物质的析出,结晶器壁与坯壳间的润滑效果无法保证,易出现“电焊疤”等表面缺陷。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点,本申请的目的在于提供一种高碳铬轴承钢连铸结晶器保护渣及应用,所述保护渣具有低熔化速度、低粘度及较低碱度的性能,连铸时,能够降低高碳高铬轴承钢方坯表面“电焊疤”缺陷,乃至达到零缺陷率。
第一方面,本申请提供了一种高碳铬轴承钢连铸结晶器保护渣,其特征在于,所述保护渣的组成包括(wt%):SiO2:30.70~36.70%,CaO:24.00~29.00%,MgO:2.60~4.60%,Al2O3:1.40~1.95%,Na2O:16.00~20.00%,F:9.90~13.90%,T.C:4.40~6.00%,其余为水分和不可避免的杂质。
本申请的高碳高铬轴承钢连铸结晶器保护渣,其中增加了Na2O、F和C的含量,以降低渣粘度和熔化速度,降低了CaO含量,控制碱度,保证足够的液渣层,形成适宜的表面渣膜厚度,可以使保护渣理化指标更符合钢种特性要求,实现了凝固坯壳由缓冷型向强冷型转变,确保了凝固壳厚度,降低了连铸坯表面“电焊疤”缺陷率。
在一优选的方案中,所述组成中SiO2:30.70~36.70%(例如31.0%、31.5%、32.0%、32.5%、33.0%、33.5%、34.0%、34.5%、35.0%、35.5%、36%等),优选地,SiO2:32.50~35.50%;所述组成中CaO:24.00~29.00%(例如24.5%,25.50%、26.00%、26.50%、27.00%、27.50%、28.0%、28.5%等),优选地,CaO:25.00~28.00%,所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.74~0.86(例如0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85等),优选地,CaO/SiO2为0.78~0.84。
其中SiO2是保护渣中重要的网络结构形成体,具有降低保护渣的熔点,调节渣结晶能力的作用;保护渣中的CaO主要是通过CaF2引入的,可以降低保护渣的熔化温度和粘度,可使凝固温度范围较宽(达90~120℃),但是CaF2加入量过多,会引起枪晶石(3CaO.2SiO2.CaF2)等高熔点物质的析出,使得熔渣的玻璃性受到破坏,恶化渣膜的润滑作用,另外CaO含量过高还会加速对铝碳质浸入水口的熔损,故本申请严格控制保护渣中CaO的含量使其不超过29%,以及控制保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.74~0.86,以降低高熔点物质的析出,减少对铝碳质浸入水口的熔损。
在一优选的方案中,所述组成中Na2O:16.00~20.00%(例如16.50%、17.00%、17.50%、18.00%、18.50%、19.00%、19.50%等),优选地,Na2O:17.00~19.00%;所述组成中Al2O3:1.40~1.95%(例如1.45%、1.50%、1.55%、1.60%、1.65%、1.70%、1.75%、1.80%、1.85%、1.90%等),优选地Al2O3:1.50~1.80%;所述Na2O/Al2O3为10.2-12.4(例如10.4、10.5、10.6、10.8、11.0、11.2、11.4、11.6、11.8、12.0、12.2等);优选地,Na2O/Al2O3为10.9-12.1。
保护渣中Na2O属网络外体氧化物,能破坏硅酸盐网络结构,从而降低熔渣的熔化温度和粘度,促进熔渣结晶化;Al2O3具有调节熔渣结晶性能的作用;为适用于本钢种,申请保护渣中Na2O的加入量不低于16%,不高于20%,Al2O3的加入量不超过1.95%;优选,二者加入量比例Na2O/Al2O3为10.2-12.4,如果比例过高,结晶渣中易析出霞石(Na2O·Al2O3·2SiO2),对渣膜润滑作用不利;如果比例过低,会导致熔渣粘度过高,导致液渣层厚薄不一,造成渣膜厚度不均,使局部坯壳变薄,易产生“电焊疤”缺陷。
在一优选的方案中,所述组成中Na2O:18.00~19.00%,F:9.90~13.90%(例如10.00%、10.8%、11.2%、11.5%、11.9%、12.5%、12.8%、13.5%等),优选地,F:11.00~12.50%。
F的作用与Na2O类似,具有降低保护渣熔化温度和粘度作用,通过协同控制二者的添加量,可实现保护渣的均匀熔化,使其铺展到整个钢液面上,沿结晶器四周均匀流入结晶器和坯壳之间的缝隙,从而在保证足够的液渣层,形成适宜的表面渣膜厚度的同时,改善传热和润滑效果。
在一优选的方案中,所述组成中MgO:2.60~4.60%(例如2.8%、3.0%、3.5%、3.7%、4.0%、4.3%等),优选地,MgO:3.00~4.00%。
碱土金属氧化物MgO具有调整保护渣润滑性能的作用,但其添加量不易过高,否则易与其它组分形成难熔化合物,恶化铸坯的润滑性能。
在一优选的方案中,所述组成中T.C:4.40~6.00%(例如4.60%、4.80%、5.00%、5.40%、5.50%、5.80%等),优选地,T.C:5.00~5.50%。
C具有调整保护渣熔化速度的作用,通过限定C的加入量,可确保充分的渣耗量和液渣层厚度;同时,通过协同控制渣的碱度和渣中氧化铝含量,有利于增强熔渣吸收夹杂物Al2O3的能力,进一步改善凝固坯壳传热效果,有利于解决高碳钢生产过程铸坯表面“电焊疤”缺陷和漏钢等问题。
在一优选方案中,所述保护渣的熔化温度为1000~1060℃,在1300℃时粘度为0.10~0.13Pa·S,在1350℃时,熔化速度为33~43s。低的熔化速度和粘度改善了保护渣润滑和传热效果。
在一优选方案中,所述高碳铬轴承钢中,碳含量为0.90~1.05wt%,铬含量为1.35~1.65wt%;示例性的,所述高碳铬轴承钢包括:GCr15、100Cr6、GCr15SiMn、QC10等。
第二方面,本申请提供了一种保护渣的应用,前述保护渣用于高碳铬轴承钢,所述轴承钢中,碳含量为0.90~1.05wt%,铬含量为1.35~1.65wt%。
在一优选方案中,本申请保护渣用于断面尺寸为280mm×280mm大方坯的连铸生产。
本申请具有以下有益的技术效果:
1)保护渣中增加了Na2O、F的含量,降低保护渣熔化温度和粘度,通过协同控制二者的添加量,可实现保护渣的均匀熔化,在保证足够的液渣层,形成适宜的表面渣膜厚度的同时,改善传热和润滑效果。
2)通过控制保护渣中CaO的含量以及二元碱度CaO/SiO2,降低保护渣的熔化温度和粘度的同时,降低枪晶石等高熔点物质的析出,减少对铝碳质浸入水口的熔损。
3)通过控制保护渣Na2O、Al2O3的含量以及二者的添加比例,降低霞石的析出,实现渣膜厚度均匀,有效防止局部坯壳变薄所导致的“电焊疤”缺陷的发生。
4)协同控制渣的碱度、渣中氧化铝和C的含量,确保充分的渣耗量和液渣层厚度,增强熔渣吸收夹杂物Al2O3的能力,进一步改善了凝固坯壳传热效果,有利于解决高碳钢生产过程铸坯表面“电焊疤“缺陷和漏钢等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例1连铸后铸坯的表面照片;
图2为实施例2连铸后铸坯的表面照片;
图3为实施例3连铸后铸坯的表面照片;
图4为实施例4连铸后铸坯的表面照片;
图5为实施例5连铸后铸坯的表面照片;
图6为实施例6连铸后铸坯的表面照片;
图7为实施例7连铸后铸坯的表面照片;
图8为实施例8连铸后铸坯的表面照片;
图9为对比例1连铸后铸坯的表面照片;
图10为对比例2连铸后铸坯的表面照片;
图11为对比例3连铸后铸坯的表面照片;
图12为对比例4连铸后铸坯的表面照片;
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明中保护渣的熔化温度、1350℃时的熔化速度采用冶金行业标准YB/T 186-2014来进行测定;保护渣1300℃时的粘度采用冶金行业标准YB/T 185-2001来进行测定。
下面结合实施例对本发明进行具体说明。
实施例1
本实施例中连铸生产的高碳铬轴承钢为GCr15,其组成为(wt%):C0.98%,Si0.25%,Mn 0.35%,P 0.020%,S 0.010%,Cr 1.48%,Ti0.0025%,O:10ppm,其余为Fe和不可避免的残余杂质。
连铸作业中,高碳高铬轴承钢方坯的浇注断面尺寸为280mm×280mm,拉速0.90m/min。
所用保护渣的组成包括(wt%):SiO2:33.48%,CaO:26.45%,MgO:3.51%,Al2O3:1.71%,Na2O:17.69%,F:11.03%,T.C:5.07%,水份:0.30%,其余为不可避免的杂质。所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.79,Na2O/Al2O3为10.35,熔化温度为1030℃,在1300℃时粘度为0.12Pa·S,1350℃时的熔化速度为40s。
结果:生产过程中实测结晶器保护渣液渣层厚度11~12mm,总渣层厚度40~50mm,在结晶器内钢渣形成粉渣层、烧结层、熔融层三层结构,保护渣平均消耗量在0.51kg/t,生产中熔渣熔化过程均匀,整个浇注过程稳定。参见图1,所得铸坯表面质量良好,无“电焊疤”缺陷发生。
实施例2
本实施例中连铸生产的高碳铬轴承钢为100Cr6,其组成为(wt%):C1.00%,Si0.25%,Mn 0.35%,P 0.015%,S 0.008%,Cr 1.48%,Ti 0.0020%,O:10ppm,其余为Fe和不可避免的残余杂质。
连铸作业中,高碳高铬轴承钢方坯的浇注断面尺寸为280mm×280mm,拉速0.90m/min。所用保护渣的组成包括(wt%):SiO2:32.85%,CaO:26.41%,MgO:3.80%,Al2O3:1.68%,Na2O:18.13%,F:11.15%,T.C:5.20%,水份:0.35%,其余为不可避免的杂质;所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.80,Na2O/Al2O3为10.79,熔化温度为1000℃,在1300℃时粘度为0.11Pa·S,在1350℃时的熔化速度为38s。
结果:生产过程中实测结晶器保护渣液渣层厚度10~12mm,总渣层厚度40~50mm,在结晶器内钢渣形成粉渣层、烧结层、熔融层三层结构,保护渣平均消耗量在0.50kg/t,生产中熔渣熔化过程均匀,整个浇注过程稳定,参见图2,所得铸坯表面质量良好,无“电焊疤”缺陷发生。
实施例3
与实施例1的区别在于,所用保护渣的组成包括(wt%):SiO2:30.70%,CaO:26.4%,MgO:4.60%,Al2O3:1.57%,Na2O:16.00%,F:13.90%,T.C:6.00%,水份:0.31%,其余为不可避免的杂质。所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.86,Na2O/Al2O3为10.2,熔化温度为1038℃,在1300℃时粘度为0.12Pa·S,1350℃时的熔化速度为41s。
结果:生产过程中实测结晶器保护渣液渣层厚度10-12mm,总渣层厚度40-50mm,在结晶器内钢渣形成粉渣层、烧结层、熔融层三层结构,保护渣平均消耗量在0.51kg/t,生产中熔渣熔化过程均匀,整个浇注过程稳定。参见图3,所得铸坯表面质量良好,无“电焊疤”缺陷发生。
实施例4
与实施例1的区别在于,所用保护渣的组成包括(wt%):SiO2:36.70%,CaO:27.2%,MgO:2.60%,Al2O3:1.40%,Na2O:17.40%,F:9.90%,T.C:4.40%,水份:0.25%,其余为不可避免的杂质。所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.74,Na2O/Al2O3为12.4,熔化温度为1015℃,在1300℃时粘度为0.12Pa·S,1350℃时的熔化速度为38s。
结果:生产过程中实测结晶器保护渣液渣层厚度10-12mm,总渣层厚度40-50mm,在结晶器内钢渣形成粉渣层、烧结层、熔融层三层结构,保护渣平均消耗量在0.50kg/t,生产中熔渣熔化过程均匀,整个浇注过程稳定。参见图4,所得铸坯表面质量良好,无“电焊疤”缺陷发生。
实施例5
与实施例1的区别在于,所用保护渣的组成包括(wt%):SiO2:31.20%,CaO:24.00%,MgO:4.00%,Al2O3:1.95%,Na2O:20.00%,F:12.50%,T.C:5.50%,水份:0.45%,其余为不可避免的杂质。所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.77,Na2O/Al2O3为10.3,熔化温度为1020℃,在1300℃时粘度为0.10Pa·S,1350℃时的熔化速度为35s。
结果:生产过程中实测结晶器保护渣液渣层厚度10-12mm,总渣层厚度40-50mm,在结晶器内钢渣形成粉渣层、烧结层、熔融层三层结构,保护渣平均消耗量在0.50kg/t,生产中熔渣熔化过程均匀,整个浇注过程稳定。参见图5,铸坯表面质量良好,无“电焊疤”缺陷发生。
实施例6
与实施例1的区别在于,所用保护渣的组成包括(wt%):SiO2:31.20%,CaO:24.00%,MgO:4.00%,Al2O3:1.57%,Na2O:20.00%,F:12.50%,T.C:5.50%,水份:0.65%,其余为不可避免的杂质。所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.77,Na2O/Al2O3为12.7,熔化温度为1030℃,在1300℃时粘度为0.11Pa·S,1350℃时的熔化速度为40s。
结果:生产过程中实测结晶器保护渣液渣层厚度10-12mm,总渣层厚度40-50mm,在结晶器内钢渣形成粉渣层、烧结层、熔融层三层结构,保护渣平均消耗量在0.50kg/t,生产中熔渣熔化过程均匀,虽然所得铸坯表面并无“电焊疤”缺陷发生,但在连铸过程中摩擦力较大,参见图6,铸坯表面出现渣坑缺陷。
实施例7
与实施例1的区别在于,所用保护渣的组成包括(wt%):SiO2:31.20%,CaO:26.00%,MgO:4.00%,Al2O3:1.80%,Na2O:18.00%,F:12.50%,T.C:5.50%,水份:0.50%,其余为不可避免的杂质。所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.83,Na2O/Al2O3为10.0,熔化温度为1030℃,在1300℃时粘度为0.106Pa·S,1350℃时的熔化速度为38s。
结果:生产过程中实测结晶器保护渣液渣层厚度9-10mm,总渣层厚度40-50mm,在结晶器内钢渣形成粉渣层、烧结层、熔融层三层结构,保护渣平均消耗量在0.42kg/t,生产中熔渣熔化过程均匀,参见图7,虽然所得铸坯表面质量还算良好;但在生产中熔渣熔化过程并不均匀,熔渣粘度过高,导致液渣层厚薄不一,极易导致“电焊疤”缺陷发生。
实施例8
与实施例1的区别在于,所用保护渣的组成包括(wt%):SiO2:32.20%,CaO:29.00%,MgO:4.00%,Al2O3:1.74%,Na2O:18.00%,F:10.00%,T.C:4.50%,水份:0.30%,其余为不可避免的杂质。所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.90,Na2O/Al2O3为10.3,熔化温度为1020℃,在1300℃时粘度为0.11Pa·S,1350℃时的熔化速度为35s。
结果:生产过程中实测结晶器保护渣液渣层厚度10-12mm,总渣层厚度40-50mm,在结晶器内钢渣形成粉渣层、烧结层、熔融层三层结构,保护渣平均消耗量在0.48kg/t,生产中熔渣熔化过程均匀,虽然所得铸坯表面并无“电焊疤”缺陷发生,但在连铸过程中摩擦力较大,参见图8,铸坯表面出现渣坑缺陷。
对比例1
与实施例1的区别在于,所用保护渣的组成包括(wt%):CaO:30.70%,SiO2:29.70%,Al2O3:3.60%,MgO:1.80%,(Na2O+K2O):14.6%(Na2O/K2O=4.3:1质量比),B2O3:2.60%,BaO:1.50%,SrO:1.50%,F-:12.70%,C:1.30%。
结果:参见图9,铸坯表面出现“电焊疤”缺陷。
对比例2
与实施例1的区别在于,所用保护渣的组成包括(wt%):SiO2:31.20%,CaO:30.00%,MgO:4.00%,Al2O3:1.80%,Na2O:17.00%,F:10.00%,T.C:4.50%,水份:0.50%,其余为不可避免的杂质。
结果:连铸过程中摩擦力较大,参见图10,连铸后,铸坯表面出现“电焊疤”缺陷。
对比例3
与实施例1的区别在于,所用保护渣的组成包括(wt%):SiO2:34.20%,CaO:27.00%,MgO:4.00%,Al2O3:1.80%,Na2O:15.00%,F:12.00%,T.C:4.50%,水份:0.30%,其余为不可避免的杂质。
结果:连铸过程中液渣层厚薄不一,液渣流入结晶器壁和凝固坯壳间困难,连铸后,参见图11,铸坯表面出现“电焊疤”缺陷。
对比例4
与实施例1的区别在于,所用保护渣的组成包括(wt%):SiO2:31.20%,CaO:28.00%,MgO:4.00%,Al2O3:1.80%,Na2O:18.00%,F:12.50%,T.C:3.50%,水份:0.50%,其余为不可避免的杂质。
结果:连铸过程中液渣层厚度过薄,连铸后,参见图12,铸坯表面出现“电焊疤”缺陷。
以上所述仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请的保护范围,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高碳铬轴承钢连铸结晶器保护渣,其特征在于,所述保护渣的组成包括(wt%):SiO2:30.70~36.70%,CaO:24.00~29.00%,MgO:2.60~4.60%,Al2O3:1.40~1.95%,Na2O:16.00~20.00%,F:9.90~13.90%,T.C:4.40~6.00%,其余为水分和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的保护渣,其特征在于,所述组成中,SiO2:32.50~35.50%,CaO:25.00~28.00%,所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.74~0.86。
3.根据权利要求2所述的保护渣,其特征在于,所述保护渣的二元碱度CaO/SiO2为0.78~0.84。
4.根据权利要求1所述的保护渣,其特征在于,所述组成中,Na2O:17.00~19.00%,Al2O3:1.50~1.80%,Na2O/Al2O3为10.2-12.4。
5.根据权利要求1所述的保护渣,其特征在于,所述组成中,Na2O:17.00~19.00%,F:11.00~12.50%。
6.根据权利要求1所述的保护渣,其特征在于,所述组成中,MgO:3.00~4.00%。
7.根据权利要求1所述的保护渣,其特征在于,所述组成中,T.C:5.00~5.50%。
8.根据权利要求1-7任一所述的保护渣,其特征在于,所述保护渣的熔化温度为1000~1060℃,在1300℃时粘度为0.10~0.13Pa·S,在1350℃时,熔化速度为33~43s。
9.根据权利要求8所述的保护渣,其特征在于,所述高碳铬轴承钢中,碳含量为0.90~1.05wt%,铬含量为1.35~1.65wt%。
10.根据权利要求1-9任一所述保护渣的应用,其特征在于,所述保护渣用于高碳铬轴承钢,所述轴承钢中,碳含量为0.90~1.05wt%,铬含量为1.35~1.65wt%。
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