微合金鋼和包芯線及其應用和鋼水及其製備方法
2023-09-23 12:32:55 3
微合金鋼和包芯線及其應用和鋼水及其製備方法
【專利摘要】本發明提供了一種包芯線及其應用，該包芯線包括：芯層和包裹所述芯層的外層，所述芯層為含有釩鐵合金和氮化矽鐵的混合物。本發明提供了一種鋼水及其製備方法，該方法包括：將本發明所述的包芯線餵入待釩氮合金化的鋼水中進行釩氮合金化。本發明提供了一種微合金鋼。本發明的包芯線用於實現鋼水釩和氮的合金化，能夠依據需要有效增加氮含量而不影響釩含量，可在鋼水需要的情況下生產氮含量更高的含釩鋼。且採用本發明的包芯線進行鋼水釩氮合金化得到的釩氮合金化鋼水澆鑄後得到的釩氮微合金鋼屈服強度高。
【專利說明】微合金鋼和包芯線及其應用和鋼水及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種包芯線及其在鋼水釩氮合金化中的應用，以及一種鋼水及其製備 方法，和一種微合金鋼。
【背景技術】
[0002] 微合金鋼主要是指在鋼中添加很少量或者是微量的某種元素就能明顯提高性能 的鋼，特別是提高鋼的強度指標。現有技術條件下微合金鋼主要通過添加很少量或者是微 量釩、鈮和鈦而得到。微合金化的作用機制是：作為微量元素的釩、鈮和鈦加入鋼液後，與鋼 液中的碳和氮結合，形成碳、氮的化合物質點，即V(C、N)，Nb(C、N)和Ti(C、N)質點，這些質 點具有一定的沉澱強化和晶粒細化的作用，可明顯提高鋼的強度。
[0003] 根據上述微合金原理可知，微合金鋼涉及到所要控制的化學元素主要有釩、鈮、 鈦、碳和氮。一般情況下鋼液中不存在釩、鈮和鈦元素，通常需要以合金加入的形式來實現； 碳元素可通過加入一定的石墨、無煙煤或碳粉而得到；一般情況下鋼液中的氮是不需要存 在的有害元素，但在微合金鋼中氮是十分重要的有益元素，僅僅依靠鋼液中殘留的氮含量 是不夠的，一般情況下採用轉爐冶煉鋼，殘留氮含量在〇. 004% -0. 06%範圍內，採用電爐 冶煉鋼，殘留氮含量在〇. 06 % -0. 08 %範圍內，必要情況下是可以通過添加含氮類合金來 實現的。
[0004] 早期在微合金鋼中增加氮，是通過添加3% -6%的氮化類合金來實現的，但由於 氮化類合金含氮很低，造成合金加入量大且，收得率不穩定，逐漸被氮含量較高的氮化釩合 金代替。面前微合金鋼的生產中幾乎很難再使用3% -6%的氮化類合金，幾乎全部使用即 含釩、且氮含量又高的氮化釩合金。
[0005] 氮化釩合金主要有VN12、VN14和VN16三個牌號。一般情況下該三個牌號氮和釩 的比值是基本固定的，分別為12 :78(N:V) ;14 :78(N:V) ;16 :78(N:V)，即氮和釩的比值最 高為VN16的16 :78,即合金中含有16%的N，含有78%釩。氮化釩合金雖然即含釩、且氮含 量又高，但對於微合金鋼中不同的微合金化技術路線，特別是複合微合金鋼，例如V-Ti-N， 甚至於V-Ti-Nb-N，也是不能滿足需求的。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題是提供一種含有釩和氮的包芯線用於實現鋼液釩和氮 的合金化，該種包芯線中所含有的氮不是通過配加釩氮合金而得，而是通過單獨配加其它 含氮更高的氮化物而得，且發現使用該含氮化物並不會影響鋼的相對腐蝕率。
[0007] 為實現前述目的，根據本發明的第一方面，本發明提供了一種包芯線，該包芯線包 括：芯層和包裹所述芯層的外層，其中，所述芯層為含有釩鐵合金和氮化矽鐵的混合物。
[0008] 根據本發明的第二方面，本發明提供了本發明的包芯線在鋼水釩氮合金化中的應 用。
[0009] 根據本發明的第三方面，本發明提供了一種鋼水的製備方法，該方法包括：將本發 明所述的包芯線餵入待釩氮合金化的鋼水中進行釩氮合金化。
[0010] 根據本發明的第四方面，本發明提供了按照本發明的鋼水的製備方法得到的鋼 水。
[0011] 根據本發明的第五方面，本發明提供了一種微合金鋼，其中，該微合金鋼由本發明 所述的鋼水澆鑄而成。
[0012] 本發明的包芯線用於實現鋼水釩和氮的合金化，能夠依據需要有效增加氮含量而 不影響釩含量，可在鋼水需要的情況下生產氮含量更高的含釩鋼。且採用本發明的包芯線 進行鋼水釩氮合金化得到的釩氮合金化鋼水澆鑄後得到的釩氮微合金鋼屈服強度高。
[0013] 本發明技術的有益之處在於，可為鋼液提供更多的氮含量，特別適應於生產含釩、 鈦和鈮的複合微合金鋼，得到的鋼能夠保證相對腐蝕率基本維持不變而屈服強度大大提 商。
[0014] 本發明的其他特徵和優點將在隨後的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中：
[0016] 圖1為本發明的包芯線的橫截面剖視圖。
[0017] 附圖標記說明
[0018] 1-芯層 2-外層
【具體實施方式】
[0019] 以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。
[0020] 如圖1所示，本發明提供了一種包芯線，該包芯線包括：芯層1和包裹所述芯層1 的外層2,其中，所述芯層1為含有釩鐵合金和氮化矽鐵的混合物。
[0021] 根據本發明的包芯線，一方面通過在芯層內加入氮化矽鐵，可提高單位芯層的氮 含量，利於生產氮含量更高的含釩鋼，例如生產含釩0. 06重量％、含氮0. 010重量％以上的 耐大氣腐蝕鋼，可避免過量加入貴重金屬釩的現象發生，降低了生產成本。另一方面，氮化 矽鐵的加入不影響包芯線的使用性能，且在製備釩氮合金化鋼水中氮的回收率高且穩定， 且更進一步，在同一釩含量的基礎上，採用本發明的包芯線進行鋼水釩氮合金化得到的釩 氮合金化鋼水澆鑄後得到的釩氮微合金鋼屈服強度高，相對腐蝕率可以維持不變。
[0022] 根據本發明的包芯線，優選所述混合物中，釩鐵合金的含量為70-90重量％，氮化 矽鐵的含量為10-30重量％。採用前述包芯線進行鋼水釩氮合金化，可生產氮含量更高的 含釩鋼，並且得到的釩氮合金化鋼水澆鑄後得到的釩氮微合金鋼的屈服強度高。
[0023] 根據本發明的包芯線，優選所述釩鐵合金中V含量為38-82重量％，其餘為Fe 和不可避免的其它雜質元素。前述釩鐵合金可以為牌號為FeV40A的釩鐵合金（V含量為 38. 0-45. 0重量％，其餘為Fe和不可避免的其它雜質元素），FeV50A的釩鐵合金（V含量為 48. 0-55. 0重量％，其餘為Fe和不可避免的其它雜質元素），FeV60A的釩鐵合金（V含量為 58. 0-65. 0重量％，其餘為Fe和不可避免的其它雜質元素），FeV80A的釩鐵合金（V含量為 78. 0-82. 0重量％，其餘為Fe和不可避免的其它雜質元素）。
[0024] 根據本發明的包芯線，所述氮化矽鐵的主要成分為Si3N4,伴隨極少量游離鐵、未 氮化的矽鐵和不可避免的其它一些雜質元素組成的混合物。針對本發明，優選所述氮化矽 鐵中N含量為32-39重量％，Si含量為48-58重量％，其餘為少量的Fe和不可避免的其它 雜質元素。
[0025] 根據本發明的包芯線，為了便於釩鐵合金和氮化矽鐵快速熔入鋼水內，也便於包 芯線的芯層的製作，同時為了提高釩氮微合金鋼的屈服強度，優選所述含有釩鐵合金和氮 化娃鐵的混合物為粉料形式，更優選所述粉料的顆粒粒徑在5mm以下，優選為2mm以下、3_ 以下和2_5mm。
[0026] 根據本發明的包芯線，優選所述包芯線的所述外層為鐵皮或鋼皮。
[0027] 本發明對所述鐵皮或鋼皮的材質無特殊要求，其可以為本領域的常規選擇，本發 明在此不詳細描述。
[0028] 具有本發明前述組成的包芯線均可實現本發明的目的，其製備方法可以為本領域 的常規選擇，例如可以按如下步驟進行：
[0029] 將釩鐵合金、氮化矽鐵研磨成粉料，然後使用外皮（從而形成本發明所述外層）例 如可以為鐵皮或鋼皮包裹形成包芯線即可。
[0030] 本發明中，包芯線的直徑可以為本領域的常規選擇，針對本發明，優選包芯線的外 徑為 10_20_。
[0031] 本發明提供了一種本發明所述的包芯線在製備釩氮合金化耐候鋼水中的應用。
[0032] 本發明提供了一種鋼水的製備方法，該方法包括：將本發明所述的包芯線餵入待 釩氮合金化的鋼水中進行釩氮合金化。
[0033] 根據本發明的鋼水的製備方法，為了有利於包芯線快速餵入鋼水內，同時為了提 高釩氮微合金鋼的屈服強度，優選在進行釩氮合金化過程中，在動態條件下進行釩氮合金 化，動態條件可以通過對鋼包進行搖晃或轉動來實現，例如可以在包芯線通過餵線裝置餵 入鋼包內的鋼水中的同時，對鋼包進行搖晃。
[0034] 根據本發明的鋼水的製備方法，其中，在進行釩氮合金化過程中，優選在將包芯線 通過餵線裝置餵入鋼包內的鋼水中的同時，對包芯線與鋼水的接觸區域噴吹惰性氣體。
[0035] 本發明中，惰性氣體可以為本領域的常規選擇，例如可以為氮氣和/或氬氣。
[0036] 根據本發明的鋼水的製備方法，通過向包芯線與鋼水接觸區域噴吹惰性氣體，一 方面可提高該區域內的鋼渣的流動性，另一方面可防止該區域以外的鋼渣朝該區域流動匯 集，同時可提高釩氮微合金鋼的屈服強度，尤其是在對鋼包搖晃過程中，其它區域的鋼渣有 可能朝包芯線附近流動，通過向包芯線附近噴吹惰性氣體，可有效保證包芯線的快速餵入。
[0037] 根據本發明的鋼水的製備方法，其中，優選包芯線餵入的速度為2-10米/秒。
[0038] 根據本發明的鋼水的製備方法，優選所述待釩氮合金化的鋼水為已經經過碳、矽、 錳合金化的鋼水，更優選為已經經過碳、矽、錳、鉻、銅和鎳合金化的鋼水。
[0039] 根據本發明的一種優選的實施方式，優選所述待釩氮合金化的鋼水的溫度為 1560-1600°C。
[0040] 本發明提供了按照本發明的鋼水的製備方法得到的鋼水。
[0041] 本發明提供了一種微合金鋼，其中，該微合金鋼由本發明所述的鋼水澆鑄而成。
[0042] 下面結合【具體實施方式】對本發明進一步說明，但並不能因此限制本發明的範圍。
[0043] 本發明中，氮含量按如下步驟測得：鋼液直接取φ?ο以上的圓棒試樣，待測試樣 冷卻後加工成φ4χ9ιτπτι的氧氮儀小圓棒標準樣，在氧氮儀上測定氮含量，氮的具體測定方 法按GB/T20124 (鋼鐵，氮含量的測定，惰性氣體熔融熱導法）的要求進行。
[0044] 釩含量按如下步驟測得：鋼液直接取(p3〇xlOmm左右的圓餅試樣，待測試樣冷 卻後在任意一個平面用砂輪去除氧化皮，並打磨平整，在火花放電原子發射光譜儀上，按 GB/T4336 (碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發射光譜分析方法）的要求進行測試。
[0045] 本發明中，拉伸性能按照GB/T228(金屬材料室溫拉伸試驗方法）進行，檢測屈服 強度ReL。
[0046] 本發明中，鋼的相對腐蝕率的測定方法為：將鋼加工成60mmX40mmX4mm的矩形， 要求最大面的表面粗糙度為3. 2 μ m，然後按照TB/T2375-1993《鐵路用耐候鋼周期浸潤腐蝕 試驗方法》中規定的方法進行測定。具體測定條件為，試驗溫度：45±1°C ;相對溼度：70% ±5°C ;試驗溶液：10-2mol/L NaHS03 ;試驗時間：72h，浸潤12min/每60min ;試板表面最高 溫度：70°C ;測定對比鋼為Q345。
[0047] 本發明中，目標顆粒粒徑的粉料可以將物料粉碎後通過標準篩篩分得到。
[0048] 實施例1
[0049] 一種包芯線A1 (外徑為13_)，包括芯層和包裹芯層的外層，所述芯層由釩鐵合金 和氮化矽鐵的粉料（顆粒粒徑為2_以下）組成，外層為冷軋帶鋼（牌號Stl2)製成的外 皮，上述釩鐵合金（FeV50A，V含量為50. 0重量％，其餘為Fe和不可避免的其它雜質元素） 與氮化娃鐵（N含量為36重量％, Si含量為52重量％ )的重量配比為：f凡鐵合金：90重 量％，氮化娃鐵：10重量％。
[0050] 實施例2
[0051] 一種包芯線A2(外徑為13_)，包括芯層和包裹芯層的外層，所述芯層由釩鐵合金 和氮化矽鐵的粉料（顆粒粒徑為3_以下）組成，外層為冷軋帶鋼（牌號Stl2)製成的外 皮，上述釩鐵合金（FeV50A，V含量為50. 0重量％，其餘為Fe和不可避免的其它雜質元素） 與氮化娃鐵（N含量為36重量％, Si含量為52重量％ )的重量配比為：f凡鐵合金：80重 量％，氮化娃鐵：20重量％。
[0052] 實施例3
[0053] -種包芯線A3 (外徑為12_)，包括芯層和包裹芯層的外層，所述芯層由釩鐵合金 和氮化矽鐵的粉料（顆粒粒徑為5_以下）組成，外層為冷軋帶鋼（牌號Stl2)製成的外 皮，上述釩鐵合金（FeV50A，V含量為50. 0重量％，其餘為Fe和不可避免的其它雜質元素） 與氮化娃鐵（N含量為36重量％, Si含量為52重量％ )的重量配比為：f凡鐵合金：70重 量％，氮化娃鐵：30重量％。
[0054] 對比例1
[0055] 與實施例2的包芯線相同，不同的是，包芯線D1的芯層為100重量％的？〇￥50八釩 鐵合金粉料。
[0056] 製備例
[0057] 採用包芯線A1-A3在120噸轉爐+120噸LF爐精煉爐+6機6流方坯連鑄機上生產 C含量0.08-0. 12重量％，Si含量0. 15-0. 35重量％，Μη含量1. 15-1. 40重量％，Cr含量 0· 20-0. 60 重量 ％，Ni 含量 0· 15-0. 35 重量 ％，Cu 含量 0· 20-0. 60 重量 ％，釩含量 0· 09-0. 15 重量％，酸溶鋁（Als)0. 01-0. 04重量％，氮含量不小於0. 0100重量％的YQ450NQR1耐候 鋼，具體按如下步驟進行：
[0058] 首先在轉爐內加入140噸鐵水，利用轉爐吹氧脫C的功能，將鐵水初煉成鋼水，鋼 水中的C初煉到0. 03重量％時出鋼到鋼包中，此時實際出鋼量為133噸（轉爐初煉過程中 約5重量％的原料被燒損）。出鋼過程中向鋼水中加入FeSi、FeMn和FeCr，以及鎳板、銅板 和鋁餅（或用餵線機餵入鋁線）進行31^11、(>、附、(：11和41元素合金化，合金化後鋼水中 Si含量為0. 27重量％，Μη含量為1. 25重量％，Cr含量為0. 30重量％，Ni含量為0. 20重 量％，Cu含量為0. 30重量％，Als含量為0. 25重量％，C含量為0. 10重量％ (由於FeMn 中含有一定的碳，加入FeMn後碳含量有所增加），此時在鋼水中取樣，取出的試樣冷卻後 再加工成(p4x9mm的氧氮儀小圓棒標準樣，在氧氮儀上測定鋼水中的氮含量為〇. 0050重 量％。
[0059] 鋼水到達LF爐後開始電加熱，當鋼水溫度加熱到1580°C時停止加熱，用餵線機餵 入包芯線並同時搖晃鋼包，同時對包芯線與鋼水的接觸區域噴吹惰性氣體（惰性氣體為氮 氣），以製備所需釩氮含量的釩氮合金化耐候鋼水；然後在6機6流方坯連鑄機上將釩氮合 金化耐候鋼水燒鑄成36〇1111]1\45〇1111]1鑄述，最後經乳制後，成材為厚度14mm、外形為"乙"字 型的含釩耐候微合金型鋼，其氮含量以及釩含量，體現耐候性能的相對腐蝕率，屈服強度見 表1。
[0060] 製備對比例
[0061] 按照製備例的方法製備成品鋼，不同的是，使用包芯線D1進行製備。
[0062] 表 1
[0063]
【權利要求】
1. 一種包芯線，該包芯線包括：芯層和包裹所述芯層的外層，其特徵在於，所述芯層為 含有釩鐵合金和氮化矽鐵的混合物。
2. 根據權利要求1所述的包芯線，其中，所述混合物中，釩鐵合金的含量為70-90重 量％，氮化娃鐵的含量為10-30重量％。
3. 根據權利要求1或2所述的包芯線，其中，所述釩鐵合金中V含量為38-82重量％， 其餘為Fe和不可避免的其它雜質元素。
4. 根據權利要求1或2所述的包芯線，其中，所述氮化矽鐵中N含量為32-39重量％， Si含量為48-58重量％,其餘為少量的Fe和不可避免的其它雜質元素。
5. 根據權利要求1或2所述的包芯線，其中，所述混合物為粉料形式，所述粉料的顆粒 粒徑在5_以下，包芯線的所述外層為鐵皮或鋼皮。
6. 權利要求1-5中任意一項所述的包芯線在製備釩氮合金化鋼水中的應用。
7. -種鋼水的製備方法，該方法包括：將權利要求1-5中任意一項所述的包芯線餵入 待釩氮合金化的鋼水中進行釩氮合金化。
8. 根據權利要求7所述的製備方法，其中，所述待釩氮合金化的鋼水為已經碳矽錳合 金化的鋼水，且所述待釩氮合金化的鋼水的溫度為1560-1600°C。
9. 根據權利要求7或8所述的製備方法，其中，在動態條件下進行釩氮合金化，且在包 芯線餵入待釩氮合金化的鋼水中的同時，對包芯線與所述鋼水的接觸區域噴吹惰性氣體。
10. 權利要求7-9中任意一項所述的方法得到的鋼水。
11. 一種微合金鋼，其特徵在於，該微合金鋼由權利要求10所述的鋼水澆鑄而成。
【文檔編號】C21C7/00GK104046740SQ201410255851
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月10日 優先權日:2014年6月10日
【發明者】劉明, 李正榮, 王建, 劉芳, 鄧通武 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司