一種矽鈣合金冶金材料的製作方法

2023-04-25 00:37:36 1

專利名稱：：一種矽鈣合金冶金材料的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種冶金材料，.具體地說，本發明涉及一種新型矽藥合金。
背景技術：
：過去二十多年來，冶金界發現某些細小彌散的氧化物顆粒可以顯著改善鋼材的某些性能，典型的例子是氧化物冶金技術，這一技術為日本的研究人員首創並應用到鋼鐵生產中。其基本的原理是在鋼中形成細小彌散的TiO,"=1.5或者2)氧化物顆粒，這些顆粒在焊接熱循環過程中將成為新相的析出核心，在奧氏體晶粒內部誘發出針狀鐵素體組織，這種針狀鐵素體組織可以大幅度提高鋼材焊接熱影響區的衝擊韌性。這一技術首先在日本的一些高強度的結構鋼如管線鋼、大線能量焊接用鋼等品種上得到應用，在這些鋼中，11的含量在0.01-0.02%，其中大部分形成了氧化物和氮化物，少部分固溶在鋼中，氮化物和氧化物對於改善鋼的性能鋼有非常重要的效果，氧化物的效果更好，且鋼中的氧化鈦數量越多，效果越顯著。為了得到細小彌散的氧化鈦夾雜物顆粒，需要在煉鋼過程中實施夾雜物控制技術，即通過特定的合金對鋼水進行脫氧，使鋼中形成合適種類的夾雜物並抑制其它夾雜物的形成。目前採用的方法是用Ti脫氧，使之形成鈦的氧化物並留存下來，日本的鋼廠發明了這項技術並應用到管線鋼等厚板產品的生產上。對於結構鋼厚板，氧化物冶金技術可以通過夾雜物來控制鋼材組織來提高焊接熱影響區衝擊韌性。要保障鋼板的低溫衝擊性能，鋼板含硫量應很低，或使鋼中的硫化物球化，此外，鋼中需要有儘可能低的氧化鋁夾雜物含量。常規的辦法是採用矽鈣合金處理，矽鈣合金是一種較為理想的複合脫氧劑、脫硫劑，被應用於優質鋼、低碳鋼、不鏽鋼等鋼種和鎳基合金、鈦基合金等特殊合金的生產當中，並適合作轉爐煉鋼用的增溫劑，還可用作鑄鐵的孕育劑和球墨鑄鐵生產中的添加劑。矽鈣合金是由元素矽、鈣和鐵組成的三元合金，主要有塊狀和粉狀兩種物理狀態，含Ca量一般在24-31。/。之間，含Si量在55-65%之間。通過向鋼中添加鈣和矽的合金，一方面使鋼中的氧化鋁形成低熔點的鋁酸鈣夾雜物排出鋼液進入渣中，另一方面使鋼中的硫化物球化。但是，由於鈣是一種非常活潑的元素，加入鈣可以將鋼中的氧化鈦還原出來，即變成氧化鈣和金屬鈦，反應式如下式(1):3[Ca]+(Ti203)==3(Ca0)+2[Ti](1)這和氧化物冶金技術需要獲得儘可能多的氧化鈦夾雜物的目標相矛盾。所以，日本的鋼廠在實施氧化物冶金技術時，不進行鈣處理，而代之以將鋼中硫含量控制在0.0010wt。/。以下，同時在煉鋼連鑄過程中儘可能去除氧化鋁夾雜物。但世界上只有很少的鋼廠能夠達到這樣苛刻的條件。在這種情況下，在實施氧化物冶金過程中，為保障鋼板的最終使用性能，必須對鋼進行鈣處理，同時設法維持鋼中有用夾雜物的濃度在合理的水平。因此，本發明的目的在於提供一種新型矽鈣合金，以解決上述問題。
發明內容本發明提供一種矽鈣合金冶金材料，其特徵在於，其質量百分比組成為:納米Ti02210%矽鈣合金9098%其中Ti02為粉末狀態，矽鈣合金為合金顆粒形式。所述矽鈣合金含有藥1535%矽3060%添加成分0.512%其餘為不可避免的雜質。所述添加成分選自Ti、Si、Al、Ba、Mg、Fe中的一種或幾種。所述雜質少於8%。所述TiO2的細度《50納米。所述矽鈣合金混合均勻，無大於6毫米顆粒。本發明還提供該矽鈣合金冶金材料在冶金工業中的應用。本發明的主要思想基於以下兩個方面1、通過改變反應式(1)左右兩邊反應物的濃度(活度)使反應不能向右進行；2、通過混合粉末向鋼水中引入更多的Ti02顆粒，使鋼液在完成鈣處理的同時不影響鋼中有用夾雜物Ti203的數量和分布。後者的原理基於以下反應2(Ti02)==(Ti203)+[0](2)因為反應最先在混合粉末和鋼水界面間發生，在界面鄰近區域富含鈣和Ti02/Ti203，此時鈣將主要參與兩個反應，其一如常規鈣處理那樣使硫化物球化，其二則是和界面附近的Ti(VTi203發生反應，因為在進行餵線處理時，混合粉末和鋼水鄰近區域Ti02/Ti203的濃度大大高於鋼水中Ti203的平均濃度，故大部分^消耗在和混合粉末中Ti(VTi203的反應。相應地，和鋼水中已經存在的11203反應的|15減少，即降低了反應(l)朝右發生的可能性。在通常情況下，由於Ti02顆粒與鋼液之間界面不浸潤，納米Ti02顆粒非常容易上浮進入渣中或者團聚成大顆粒最終上浮進入渣中，因此採用其它方法直接向鋼液中加入的Ti02粉末幾乎難以在鋼液中停留。而根據本發明，由於混合粉末中少量界面活性元素如Ti、Si、Al、Ba或者Mg的存在，以及反應界面因放熱反應所形成的短時間局部高溫，改變了Ti02顆粒和鋼水之間的界面行為，阻礙了納米Ti02顆粒在鋼水中的上浮和團聚過程，大量的納米Ti02顆粒通過反應式(2)所示的還原反應以TiA的形式進入鋼液中，最終停留在鋼液內部。該矽鈣合金可以直接加入鋼液中，但優選的是通過鋼殼包裹起來製成包芯線，採用鋼帶將混合均勻的粉末合金包裹起來，外徑為12—20毫米，內部混合粉末包裹緻密，以保證操作更簡單、合金收得率更穩定。本包芯線材料用於煉鋼過程的鈣處理。在鋼水的成分和溫度調整完畢後，向鋼水中直接添加這種材料或者通過餵絲機直接向鋼水中連續餵入，(除鋼殼以外)材料的加入數量為0.07—0.50公斤/噸鋼。有益效果1、本發明所採用的冶金材料的功能完全涵蓋原有矽鈣合金的作用。既能夠通過鈣處理使夾雜物球化，改善橫向性能，也能夠通過鈣和鋼液中氧化鋁夾雜物反應形成低熔點夾雜物，從而減少甚至消除脆性的氧化鋁夾雜物，改善鋼材的衝擊性能。2、當特定過程需要將鋼中的夾雜物控制為以氧化鈦為主時，採用本發明所述的冶5金材料，不會發生前述的公式(1)中的反應，鋼中原有的氧化鈦的數量和種類不會有明顯變化。從而保障特定夾雜物的冶金功能的完成。具體實施例方式以下用實施例結合附圖對本發明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發明最佳實施方式的描述，並不對本發明的範圍有任何限制。實施例h按一定重量比將下述三種材料通過混料機混合均勻粒度為-325目(45微米以下)的Ti02粉末、矽鈣合金粉末、一325目鐵粉，最終混合物中含Ti02粉末9%，含22%的鈣，57%的矽，1%的鋁，以及6%鐵，然後通過機器設備包裹成包芯線材料，外徑為16毫米。在真空感應爐內將鋼水熔化和脫氧，然後調整成分，鋼水成分範圍及目標如表l。事後分析證實鋼液中形成了以氧化鈦為主的夾雜物，在溫度保持在1550—157(TC範圍時，取合適長度的包芯線材料使其加入量為0.3公斤/噸鋼插入鋼液中熔化後出鋼，澆注成錠，鋼錠經鍛造和熱軋生產成18mm鋼板，在鋼板上取樣作夾雜物分析和力學性能分析，部分試樣採用Gleeble熱模擬機模擬焊接後作低溫衝擊測試，最後分析鄰近斷口區域焊接熱影響區組織。表l鋼水成分範圍tableseeoriginaldocumentpage6作為對比，對比試驗鋼的成分符合表l要求且非常接近於前者，除餵入的包芯線成分不一致以外，全部操作過程儘可能和前一爐鋼相同，後續的熱加工和檢測項目完全相同。其中包芯線材料釆用目前鋼廠常用的主要成分為含鈣26%和矽55%的合金，不含Ti02粉末。結果表明，同對比鋼相比，採用新型包芯線材料處理的鋼板(以下稱試驗鋼)在組織性能上的對比明顯，主要差別表現在焊接熱影響區低溫衝擊韌性、夾雜物組成以及悍接熱影響區組織構成上。其中一2(TC焊接熱影響區衝擊功提高一倍以上(三個試樣平均值)。夾雜物分析證實，對比鋼中氧化鈦的數量遠遠低於試驗鋼板，夾雜物主要為氧化鋁和硫化錳，且夾雜物的粒度較試驗鋼粗大。金相組織方面，焯接熱影響區的組織也有明顯差別，而兩者的強度和塑性無顯著差異。表2實施效果對比比較項巨力學性能-20。C焊接熱影響區AkvJ500倍光學顯微鏡下50個視場中夾雜物計數(個)焊接熱影響區主要金相組織RpO.2MPaRmMPa%Ti0xA1203MnS試驗鋼42056026221，245，198/2311362777晶內鐵素體+下貝氏體+多邊形鐵素體對比鋼41556027136,80，105/1073815180上貝氏體+多邊形鐵素體+晶界鐵素體實施例2:鋼水經300噸轉爐冶煉和RH精煉以後，採用含Ti02氧化物5%，31%的鈣，46%的矽，3%的鋇，以及1.5%的鋁，2%的鎂，6%的鐵，1%的鈦的包芯線材料，通過餵絲機加入鋼水中對其進行鈣處理，鋼水的溫度為1575°C，餵入材料的量為0.15公斤/噸鋼。鈣處理結束對熱軋態鋼中的夾雜物分析後證實其形態、分布和成分與前例試驗鋼類似，鋼中主要為氧化鈦夾雜物，鋼板組織性能及焊接熱影響區組織性能特徵對比和實施例l類似。實施例3:7鋼水採用容量為50公斤的真空感應爐熔煉，採用含Ti02氧化物7X，25%轉，56%矽，1.5%鋁，3%鈦，5%鐵的混合粉末，直接加入調整好成分和溫度的鋼水中。分析熱軋板中夾雜物的種類和數量，證實鋼中主要為氧化鈦夾雜物。實施例4:船體用結構鋼鋼種的鋼水經300噸轉爐冶煉和RH+LF精煉以後，採用含Ti02氧化物3%，18%的鈣，54%的矽，5%的鋇，以及1.8%的鋁，1.2%的鎂，3%的鐵，1.5%的鈦的包芯線材料，通過餵絲機加入鋼水中對其進行鈣處理，鋼水的溫度為1582'C，餵入材料的量為O.22公斤/噸鋼。對比鋼為同樣成分的船體用鋼。實施效果如表3所示表3實施效果對比比較項百力學性能-4(TC焊接熱影響區AkvJ500倍光學顯微鏡下50個視場中夾雜物計數(個)焊接熱影響區主要金相組織RpO.2MPaRmMPaS%TiOxA1203MnS試驗鋼46258728199，83，159/18016670111晶內鐵素體+下貝氏體+晶界鐵素體對比鋼4565702526,89'70/6212254134上貝氏體+下貝氏體+晶界鐵素體8權利要求1、一種矽鈣合金冶金材料，其特徵在於，其質量百分比組成為納米TiO22～10％矽鈣合金90～98％所述TiO2為粉末狀態，所述矽鈣合金為合金顆粒形式。2、如權利要求1所述的矽鈣合金冶金材料，其特徵在於，所述矽鈣合金含有鈣1535%矽3060%添加成分0.512%其餘為不可避免的雜質。3、如權利要求2所述的矽鈣合金冶金材料，其特徵在於，所述添加成分選自Ti、Si、Al、Ba、Mg、Fe中的一種或幾種。4、如權利要求2所述的矽鈣合金冶金材料，其特徵在於，所述雜質少於8%。5、如權利要求1所述的矽鈣合金冶金材料，其特徵在於，所述Ti02的細度《50納米。6、如權利要求1所述的矽鈣合金冶金材料，其特徵在於，所述矽鈣合金混合均勻，無大於6毫米顆粒。7、權利要求1所述矽鈣合金冶金材料在冶金工業中的應用。全文摘要本發明提供一種矽鈣合金冶金材料，其質量百分比組成為納米TiO22～10％，矽鈣合金90～98％，其中TiO2為粉末狀態，矽鈣合金為合金顆粒形式。本發明還提供該矽鈣合金冶金材料在冶金工業中的應用。本材料使用於煉鋼，特別是針對氧化物冶金所對應的煉鋼過程，用於對鋼中的夾雜物形態進行控制，其用量為0.07-0.50公斤/噸鋼。該矽鈣合金既能夠通過鈣處理使夾雜物球化改善橫向性能，也能夠通過鈣和鋼液中氧化鋁夾雜物反應形成低熔點夾雜物，從而減少甚至消除脆性的氧化鋁夾雜物，改善鋼材的衝擊性能。文檔編號C21C7/04GK101492757SQ20081003298公開日2009年7月29日申請日期2008年1月24日優先權日2008年1月24日發明者劉自立,沈建國,慶鄭,陳兆平申請人:寶山鋼鐵股份有限公司