一種實現Si脫氧鋼中夾雜物尺寸細小化的工藝流程的製作方法

2023-08-11 08:36:51 1

本發明屬於冶金工業領域，為一種實現Si脫氧鋼中夾雜物尺寸細小化的工藝流程。

背景技術：

Si是鋼鐵生產中廣泛使用的脫氧劑，例如懸掛彈簧、切割鋼絲、鋼簾線、閥門彈簧等線材的生產。大尺寸、不變形的夾雜物是這些鋼材拉拔加工斷裂與服役時疲勞破壞的主要原因。由於夾雜物不可能全部由鋼中去除，此類Si脫氧鋼一般要求將夾雜物的成分控制在MnO-SiO2-Al2O3相圖中錳鋁榴石低熔點區域各組元成分含量為：MnO=30~50wt%、SiO2=30~50wt%、Al2O3=10~20wt%。

相關技術與研究的不足在於：一方面，良好的變形性能不利於夾雜物尺寸的細小化；另一方面，未研究煉鋼、鋼的凝固、鋼材熱軋與鋼材冷加工環節在Si脫氧鋼中夾雜物尺寸細小化時的協同作用。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提出一種實現Si脫氧鋼中夾雜物尺寸細小化控制的工藝流程，要求協同控制、匹配煉鋼、連鑄、熱軋、冷拉拔工藝，將鋼中夾雜物控制為(MnO-SiO2-Al2O3)+SiO2兩相夾雜物（即錳鋁榴石與石英兩相共存），利用其在多道次熱軋與冷變形加工過程中的變形特性實現最終尺寸的細小化。

本發明所用的技術方案為：

一種實現Si脫氧鋼中夾雜物尺寸細小化控制的工藝流程，所述工藝流程包括煉鋼、連鑄、熱軋和冷拉拔四個步驟，通過控制四個步驟中的條件，在所述煉鋼步驟中將夾雜物集中控制在低熔點錳鋁榴石夾雜物與鱗石英區域，在連鑄步驟中控制所述夾雜物生成為包括MnO-SiO2-Al2O3母體相和在母體相上析出的SiO2石英相的兩相夾雜物，在熱軋步驟中使所述兩相夾雜物經多道次熱軋逐步發生延伸形變，在冷拉拔步驟中利用MnO-SiO2-Al2O3母體相與SiO2石英相在變形性能上的差異，採用多道次的冷變形加工，逐步實現MnO-SiO2-Al2O3母體相與SiO2石英相的相分離，並利用硬質石英相分割MnO-SiO2-Al2O3母體相而最終實現夾雜物尺寸細小化。

進一步地，所述煉鋼步驟中具體條件為，出鋼約1/5~2/5時向鋼包內按噸鋼加入量1.5~3kg計加入低鋁矽鐵、低鋁錳鐵進行脫氧（超過此加入量易導致鋼中大量生成SiO2夾雜物並殘留於鋼中，另外可能使鋼液中矽含量超標；低於此加入量則不能有效充分地脫氧，不利於夾雜物控制）；鋼包精煉時爐渣鹼度控制為0.5~1.0（高於該範圍時夾雜物組成將向高CaO含量區域偏移；低於範圍則易在精煉過程中便大量生成純SiO2夾雜物且鋼液中溶解氧含量過高），Al2O3含量控制在0~10wt%（高於該範圍時易導致鋼液中酸溶鋁含量超標而使夾雜物中Al2O3含量過高），（FetO+MnO）的含量<2wt%（含量過高不利於控制爐渣對鋼液的二次氧化過程）；鋼包內氣氛壓力大於1個大氣壓、澆注時中間包內氧氣濃度均控制低於0.5%（氧濃度高於該範圍不利於控制鋼液的二次氧化）：中間包在開澆前通入Ar氣5~20min並在澆注全程中持續通入Ar氣進行密封操作，爐內氣氛壓力大於1個大氣壓。

進一步地，所述連鑄步驟中具體條件為，連鑄所用連鑄坯選用大斷面，其橫截面規格不低於200mm×200mm，1100~1270℃加熱並保溫3~10小時。

進一步地，所述熱軋步驟中具體條件為，壓縮比不低於5~10，熱軋3~7次。

進一步地，所述冷拉拔步驟中具體條件為，2~3道次、每道次壓縮比不低於1.5（若單道次壓縮比過低，則夾雜物不易破碎；多道次的總壓縮比過低，不利於夾雜物破碎後的分離）。利用冷加工過程中的大變形量，使鋼中夾雜物發生進一步的破碎，最終成為尺寸更為細小的夾雜物。

採用本發明的有益效果在於：

通過在Si脫氧鋼製備過程中控制生成(MnO-SiO2-Al2O3)+SiO2系兩相夾雜物，利用其在多道次熱軋與冷軋過程中的變形特性及熱加工和冷拉拔的協同作用可有效實現夾雜物尺寸的細小化，從而大幅度提高Si脫氧鋼的拉拔性能。

附圖說明

圖1、Si脫氧鋼中夾雜物尺寸細小化的方法示意圖；

圖2、未控制冷拉拔參數Si脫氧鋼中典型(MnO-SiO2-Al2O3)+SiO2系兩相夾雜物；

圖3、控制冷拉拔參數Si脫氧鋼中典型(MnO-SiO2-Al2O3)+SiO2系兩相夾雜物。

具體實施方式

為使本發明的技術理念、要解決的技術問題、技術方案和要點更加清楚明了，下面將結合附圖對本發明的具體實施案例進行詳細描述。

本發明實施方式如下：

（1）轉爐/電爐出鋼約1/5~2/5時向鋼包內按噸鋼加入量約1.5~3kg加入低鋁矽鐵、低鋁錳鐵進行脫氧；

（2）鋼包精煉時爐渣須同時控制鹼度約0.5~1.0，Al2O3含量控制在0~10wt%，（FetO+MnO）<2wt%；

（3）精煉時鋼包內、澆注時中間包內氧氣濃度均控制低於0.5%：鋼包精煉時需通入氬氣保證爐內微正壓氣氛，中間包在開澆前須通入Ar氣5~20min並在澆注全程中持續通入Ar氣進行密封操作；

（4）採用大斷面連鑄坯進行連鑄，連鑄坯熱軋前加熱至1100~1270℃並長時間保溫（3~10小時）後進行熱軋；

（5）根據切割鋼絲產品要求的徑向尺寸，控制、匹配熱軋盤條在冷拉拔過程中各道次的變形量。

上述工藝過程中，如僅控制熱加工中的工藝參數，由280×325mm斷面規格連鑄坯熱軋至φ5.5mm盤條時，鋼中(MnO-SiO2-Al2O3)+SiO2系兩相夾雜物可發生部分變形但不能在軋制發生充分地延長與破碎，如圖2所示；控制熱加工工藝參數同時對冷拉拔參數進一步控制為2-3道次，壓縮比不小1.5，則鋼絲中(MnO-SiO2-Al2O3)+SiO2系兩相夾雜物如圖3所示。對比發現，同時控制冷加工中參數得到的夾雜物尺寸更細小。

根據本發明的技術方法，國內某鋼廠進行了工業試驗：轉爐出鋼時按2kg噸鋼加入量加入低鋁矽鐵、低鋁錳鐵進行脫氧；精煉時爐渣鹼度約1.0、Al2O3含量約5wt%、（FetO+MnO）約1.8wt%，精煉全程採用底吹Ar操作並保證爐內氧氣濃度低於0.5wt%；中間包開澆前通入高純Ar氣10min使包內氧氣濃度小於5wt%；採用325mm×280mm斷面規格大方坯進行連鑄，連鑄坯加熱至1250℃後保溫5h後進行熱軋；冷拉拔0.12mm切割鋼絲時，變形量匹配方式為：φ5.5mm盤條拉拔至4.3mm中絲、0.89mm中絲後最終拉拔為0.12mm切割鋼絲。鋼絲生產過程中，φ5.5mm盤條連續拉拔29602公裡不斷絲。