一種實心金屬鈣、矽鐵、高鎂稀土鎂合金複合包芯線的製作方法
2023-12-01 19:55:06 1
本發明涉及一種合金粉包芯線。
背景技術：
我國鋼鐵產業正處於歷史上最高峰時期，未來幾年內，預計我國年鋼產量將達到18億噸，包芯線市場將達到50億元以上。根據國際鋼鐵協會統計，2011年世界各國的鋼產總量達到16億噸，增幅15%；而中國以7億噸的產量蟬聯世界第一，另外，隨著科學技術的不斷進步，各種工程結構設計日益趨向高參數、輕量化及大型化，對鋼鐵材料性能的要求強度更高、韌性更優良，包芯線餵線處理技術對此起著不可缺少非常重要的作用。
獲得更高純淨度、更高均勻性的產品是目前鋼鐵生產和研究的熱點，也是冶金技術的發展方向。就目前的生產技術條件，鋼中雜質元素含量的控制已經達到較高水平(鋼中雜質總量:S+P+N+H+T•O≤100×10-6)，而隨著鋼水中雜質元素含量的進一步降低，鋼中夾雜物對鋼鐵產品產生的不良影響作用就更加明顯，因此，根據產品的不同質量要求來控制和改善鋼中夾雜物的性狀就顯得尤為重要。
最為典型、應用最為廣泛的夾雜物變性處理技術是鋁脫氧鋼的鈣處理。鈣處理可以將鋼中Al2O3 夾雜轉變成低熔點的複合氧化物，有利於其聚合長大從鋼水中排除，不僅可以防止水口凍結，而且可以減少鋼中氧化物夾雜的數量；同時，滯留在鋼中的夾雜物其形狀幾乎為圓形並無規則地分布於鋼中，可以減輕對鋼性能的危害。但是鈣處理存在的問題是：雖然鋼中氧化物夾雜的數量可以大幅度減少，但殘留下來的夾雜物往往尺寸比較大，由於CaO •Al2O3夾雜物不易變形，軋制過程中會在夾雜物周圍沿變形方向形成微裂紋、空洞，導致鋼的一系列性能的惡化。特別是那些對於疲勞性能有苛刻要求的鋼種，在生產中則不允許採用鈣處理。對於更高質量要求的純淨鋼產品，尋找新的夾雜物變性手段，以減輕和消除鋁脫氧鋼中夾雜物所造成的危害，已經成為鋼鐵產品生產中一個迫切需要解決的問題。
在煉鋼溫度下鎂不僅與氧和硫具有極好的親和力，而且還具有極強的對夾雜物形態與尺寸的控制能力。對於鋁脫氧鋼，鎂處理在進一步降低鋼中的溶解氧的同時，可以將鋼中的Al2O3夾雜變為高熔點的MgO •Al2O3，由於其在鋼水中以固態存在，沒有聚合長大的過程，因此，其氧化物夾雜的尺寸可以非常細小，彌散分布於鋼中。研究表明鋼中存在的MgO•Al2O3夾雜尺寸可以控制在5μm以內，對鋼的力學性能基本沒有負面影響。同樣，鋼中加鎂在進一步降低硫含量的同時，使鋼中硫化物以細小的MgS或MgS-MnS的形式存在，減輕因MnS夾雜對鋼性能帶來的影響。
雖然對鋼水採用鎂處理的優點非常突出，但是，由於鎂元素自身特點（低熔點，650℃；低沸點，1080℃；高的蒸氣壓，煉鋼溫度1600℃時大於2.0Mpa），在沒有有效的鎂加入方法之前，在煉鋼生產過程中，對鋼水進行鎂處理還存在很大困難。
鈣處理是目前特殊鋼冶煉的必需工藝，鋼水鈣處理是以噴射冶金方法或餵線法將金屬鈣或合金加入鋼液深部，達到脫氧、脫硫、使非金屬夾雜變性等冶金效果的爐外精練技術。由於金屬鈣的熔點低（838℃），沸點也低（1450℃），在鋼液中的溶解度很小（當1600℃、鈣蒸汽壓為0.186MPa時為0.03%），鈣的密度也很小（1.55g/cm3），加入鋼液中極易上浮到鋼渣表面上與空氣中的氧及渣液中的氧化物反應而燒損掉。故一般使用含金屬鈣的包芯線如CaSi包芯線（Ca28%～32%）或cafe包芯線（Ca約30%,Fe約70%），且處理時要儘量加到金屬液深部，利用金屬液的靜壓，使鈣在變成鈣氣泡之前即與鋼中的氧、硫等起反應，不至於一加進去就變成鈣氣泡上浮損失掉。儘管如此，金屬鈣的收得率仍僅有7～18%左右，大量的金屬鈣都無謂浪費了。經過大量的研究發現，由粉劑（矽鈣粉或金屬鈣、鐵粉）組成的包芯線進入鋼包後，在高溫的作用下已經軟化，即使較高的餵線速度，包芯線也無法穿透高溫鋼水進入深部，大多位於鋼水的上部,很容易形成鈣氣泡上浮到鋼渣表面而燒損掉。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種實心金屬鈣、矽鐵、高鎂稀土鎂合金複合包芯線，通過採用包芯線的方法來加入到微合金化鋼中可以使鈣、鎂處理過程平穩並獲得較高吸收率，使目前面臨的問題得到較好解決。並且，保存時間更長，收得率更加穩定的優點，具有顯著的經濟效益。
為了實現上述的目的，本發明採用了以下的技術方案：
一種實心金屬鈣、矽鐵、高鎂稀土鎂合金複合包芯線，該包芯線外層為0.3-0.5毫米厚普通鋼帶，芯層包括稀土鎂合金粉末層、中間保護層和實芯金屬鈣線，實芯金屬鈣線由中間保護層包裹，稀土鎂合金粉末層包裹中間保護層，稀土鎂合金粉末層包括矽鐵粉末和高鎂稀土鎂合金粉末，實芯金屬鈣線、矽鐵粉末與高鎂稀土鎂合金粉末的質量比為1:1~2：1:~5，所述的矽鐵粉末、高鎂稀土鎂合金粉末的粒度小於3mm，按質量百分比高鎂稀土鎂合金粉末由以下的元素組分構成：
Mg 40~50%，
Ca 0.5~2.5%，
Al 1.0~2.5%，
Si 25~35%，
Ti 1~2.5%，
Ba 0.5~3.5%，
Mn 2.5~5.0%，
稀土元素 1.0~2.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 餘量。
作為優選，高鎂稀土鎂合金粉末按質量百分比由以下的元素組分構成：
Mg 42~45%，
Ca 1.0~2.0%，
Al 1.5~2.0%，
Si 28~32%，
Ti 1.5~2.0%，
Ba 1.0~3.0%，
Mn 3.0~4.0%，
稀土元素 1.0~2.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 餘量。
作為優選，高鎂稀土鎂合金粉末的粒度為0.1~2.0mm。
本發明加入鋁可細化晶粒，提高衝擊韌性。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、矽合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。加入錳不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能。加入鈦使鋼的內部組織緻密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。
Ba是活性元素，可降低鋼水中夾雜物含量、增加了鋼水的流動，使鋼水更加均勻。複合使用Ca、Ba脫氧，其產物可形成多元互溶體，降低脫氧產物的活度和熔點。Ba可以起到促進Ca的作用，有利於脫氧進行，使鋼液淨化效果更好，有利於鋼中夾雜物聚集上浮。複合使用Ca、Ba脫氧，反應產物為低熔點的複合氧化物，有利於鋼中夾雜物聚集上浮。並且能降低脫氧產物的活度和熔點，有利於脫氧進行，使鋼液淨化效果更好。
本發明應用於包芯線。外層為0.3-0.5毫米厚普通鋼帶，心部為稀土鎂合金粉末，介於兩者之間的是具有隔熱功能的粉料層。採用上述結構的鎂芯包芯線可以通過調整粉料層的厚度和物性來調整其導熱效果，從而調整餵線處理過程中鎂芯線的溫度，防止其提前熔化汽化，以達到將鎂送入鋼水預定深度的目的，這樣就可以使鎂處理過程平穩並獲得較高吸收率，使目前面臨的問題得到較好解決。 採用稀土鎂芯包芯線處理，加鎂過程比採用普通結構含鎂包芯線平穩，鎂可以有效的加入鋼水中，並獲得比較穩定的收得率。 經過鎂處理後，鋼中夾雜物類型、形態和尺寸明顯變化。大尺寸的Al2O3 夾雜轉變為細小的MgO•Al2O3，同時使鋼中MnS夾雜以細小的MgS或MgS-MnS的形式存在。通過採用稀土鎂包芯線的方法來加入鎂不僅能夠解決回收率低的問題，而且還解決加鎂過程中鋼水大翻滾問題，開發稀土鎂包芯線應用，具有顯著的經濟效益。
採用中間保護層（鋼殼）、裡層實芯金屬鈣線的特殊結構，使得包芯線的高溫強度大大提高，極大提高了包芯線的穿透能力，使得金屬鈣能夠真正地加入到鋼水深部，利用鋼水靜壓，使金屬鈣在變成氣泡以前即與鋼中氧、硫等反應，大大提高金屬鈣收得率；另外金屬鈣的比表面積大大縮小，因此降低了金屬鈣的氣化速度，增加了金屬鈣被鋼水吸收的時間，因而能在鋼液取得更高的回收率且穩定。
具體實施方式
實施例1
一種實心金屬鈣、矽鐵、高鎂稀土鎂合金複合包芯線，該包芯線外層為0.3-0.5毫米厚普通鋼帶，芯層包括稀土鎂合金粉末層、中間保護層和實芯金屬鈣線，實芯金屬鈣線由中間保護層包裹，稀土鎂合金粉末層包裹中間保護層，稀土鎂合金粉末層包括矽鐵粉末和高鎂稀土鎂合金粉末，實芯金屬鈣線、矽鐵粉末與高鎂稀土鎂合金粉末的質量比為1: 2：3，所述的矽鐵粉末、高鎂稀土鎂合金粉末的粒度小於3mm，按質量百分比高鎂稀土鎂合金粉末由以下的元素組分構成：
Mg 42%，
Ca 2.0%，
Al 1.5%，
Si 25%，
Ti 2.0%，
Ba 3.0%，
Mn 4.0%，
稀土元素 1.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 餘量。
此種包芯線在精煉後期以一定的放線速度插到鋼液中， Mg的回收率平均35%，餵線後Ca的收得率比較穩定，平均收得率為30％，平均脫硫率26％，最高脫硫率33％，最低硫含量0.006％，平均脫氧率20％，最低氧含量0.00082％，餵線後鋼水澆注正常，鑄坯質量良好，表明本發明實心金屬鈣包芯線還可以促進夾雜物變性，淨化鋼水和改善鋼水澆注性能，並且可以消除中間包和連鑄過程中的水口結瘤現象。而且在餵線過程中只有少量的噴濺及鈣處理煙塵，能夠滿足目前鋼廠的環保煉鋼要求的優點。
實施例2
一種實心金屬鈣、矽鐵、高鎂稀土鎂合金複合包芯線，該包芯線外層為0.3-0.5毫米厚普通鋼帶，芯層包括稀土鎂合金粉末層、中間保護層和實芯金屬鈣線，實芯金屬鈣線由中間保護層包裹，稀土鎂合金粉末層包裹中間保護層，稀土鎂合金粉末層包括矽鐵粉末和高鎂稀土鎂合金粉末，實芯金屬鈣線、矽鐵粉末與高鎂稀土鎂合金粉末的質量比為1: 1：4，所述的矽鐵粉末、高鎂稀土鎂合金粉末的粒度小於3mm，按質量百分比高鎂稀土鎂合金粉末由以下的元素組分構成：
Mg 45%，
Ca 2.5%，
Al 2.0%，
Si 30%，
Ti 2.5%，
Ba 2.0%，
Mn 3.0%，
稀土元素 1.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 餘量。
此種包芯線在精煉後期以一定的放線速度插到鋼液中， Mg的回收率平均35%，餵線後Ca的收得率比較穩定，平均收得率為30％，平均脫硫率26％，最高脫硫率33％，最低硫含量0.006％，平均脫氧率20％，最低氧含量0.00082％，餵線後鋼水澆注正常，鑄坯質量良好，表明本發明實心金屬鈣包芯線還可以促進夾雜物變性，淨化鋼水和改善鋼水澆注性能，並且可以消除中間包和連鑄過程中的水口結瘤現象。而且在餵線過程中只有少量的噴濺及鈣處理煙塵，能夠滿足目前鋼廠的環保煉鋼要求的優點。
實施例3
一種實心金屬鈣、矽鐵、高鎂稀土鎂合金複合包芯線，該包芯線外層為0.3-0.5毫米厚普通鋼帶，芯層包括稀土鎂合金粉末層、中間保護層和實芯金屬鈣線，實芯金屬鈣線由中間保護層包裹，稀土鎂合金粉末層包裹中間保護層，稀土鎂合金粉末層包括矽鐵粉末和高鎂稀土鎂合金粉末，實芯金屬鈣線、矽鐵粉末與高鎂稀土鎂合金粉末的質量比為1: 2：4，所述的矽鐵粉末、高鎂稀土鎂合金粉末的粒度小於3mm，按質量百分比高鎂稀土鎂合金粉末由以下的元素組分構成：
Mg 48%，
Ca 1.5%，
Al 2.0%
Si 30%，
Ti 1.5%，
Ba 2.5%，
Mn 3.0%，
稀土元素 2.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 餘量。
此種包芯線在精煉後期以一定的放線速度插到鋼液中， Mg的回收率平均35%，餵線後Ca的收得率比較穩定，平均收得率為30％，平均脫硫率26％，最高脫硫率33％，最低硫含量0.006％，平均脫氧率20％，最低氧含量0.00082％，餵線後鋼水澆注正常，鑄坯質量良好，表明本發明實心金屬鈣包芯線還可以促進夾雜物變性，淨化鋼水和改善鋼水澆注性能，並且可以消除中間包和連鑄過程中的水口結瘤現象。而且在餵線過程中只有少量的噴濺及鈣處理煙塵，能夠滿足目前鋼廠的環保煉鋼要求的優點。