專利名稱：：一種細(xì)化凝固組織的鋼水脫氧方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鋼的冶煉技術(shù)，尤其涉及鋼水的脫氧方法。
背景技術(shù)：
：在煉鋼過程中，為了去除鋼中的溶解氧，通常要向鋼液中先加入Si、Mn等脫氧劑進(jìn)行預(yù)脫氧，再加入Al進(jìn)行終脫氧。然后通過各種方式將脫氧產(chǎn)物(夾雜物)排除鋼液。由于脫氧形成的夾雜物一般非常細(xì)小，不宜上浮，而是繼續(xù)存留在鋼液中，因此，如果過度的追求鋼的純凈度以生產(chǎn)極低夾雜物含量鋼是困難的和不經(jīng)濟(jì)的。事實(shí)上，夾雜物也不可能從鋼液中完全去除。近年來，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到夾雜物在鋼的固態(tài)轉(zhuǎn)變過程中所帶來的優(yōu)點(diǎn)。如果在鋼液的凝固前沿缺少有效的異質(zhì)形核核心(有益夾雜物)，那么在凝固過程中必然形成粗大的柱狀晶，如果在凝固前沿存在有效的異質(zhì)形核核心，等軸晶粒結(jié)構(gòu)可能完全取代柱狀晶粒結(jié)構(gòu)。從而減小了晶粒尺寸，同時(shí)也減少了成分偏析。由此可見，如果采用適當(dāng)?shù)拿撗豕に嚕瑖?yán)格控制脫氧條件，使鋼中生成大量有益的夾雜物，既可以減少去除夾雜物所增加的成本，又可以有效利用夾雜物，使晶粒得以細(xì)化，提高等軸晶比例。目前為獲得鑄態(tài)細(xì)等軸晶而采取的方法主要有以下方法(1)《外場(chǎng)在材料制備和加工過程中的應(yīng)用》(鑄造,2004，No53)介紹在凝固相變中，外加交變磁場(chǎng)可減小等軸晶尺寸以及柱狀晶體積分率，熔體與交變磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)致溶體內(nèi)產(chǎn)生規(guī)則的波動(dòng)，破碎長(zhǎng)大的晶粒從而細(xì)化了凝固組織。(2)《一種細(xì)化軸承鋼金屬凝固組織的方法》(公開號(hào)CN1589994A)介紹一種細(xì)化金屬凝固組織的方法，主要是加入生核劑，即加入固態(tài)金屬生核物質(zhì)的處理方法。生核劑在熔化過程中在金屬液內(nèi)造成有利于生核的溫度起伏，在熔化后又能夠造成有利于降低生核所要求能量的成分起伏，從而促進(jìn)金屬液生核，起到細(xì)化凝固組織的作用。(3)《含鈦低碳潔靜鋼凝固過程氧化物的析出和長(zhǎng)大》(SecondInternationalConferenceonAdvancedStructuralSteels,11601169)介紹了采用單一氧化鈦夾雜物細(xì)化低碳潔靜鋼凝固組織的方法，目的是利用單一氧化鈦夾雜物作為異質(zhì)形核的核心，細(xì)化凝固組織。上述方法(1)中所采用的方法需外加產(chǎn)生磁場(chǎng)的設(shè)備，增加了生產(chǎn)成本，且工藝復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)大生產(chǎn)。上述方法(2)中所采用的方法，雖不需外加設(shè)備，也不需要改變現(xiàn)有的煉鋼工藝流程，但是，該方法很難保證所加入的形核劑在鋼液中均勻分布，并且不能消除Al203夾雜的有害作用。上述方法(3)中所采用的方法，盡管不需改變現(xiàn)有的煉鋼工藝流程，又能保證單一氧化鈦夾雜物均勻分布于鋼液中，但是該方法需要鋼液中鋁的含量必須小于0.001%。由于在脫氧合金、耐火材料及造渣劑中均含有鋁元素，煉鋼過程中這些鋁在物理化學(xué)條件的作用下，必然要向鋼液轉(zhuǎn)移，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，若將鋁控制在0.001%以下是相當(dāng)困難的，因此也不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)大生產(chǎn)。另一方面，由于使用該方法煉鋼時(shí)不能采用鋁或含鋁脫氧劑進(jìn)行脫氧，因此鋼中的氧含量會(huì)停留在較高的水平，而在較高氧含量的情況下，鈦與氧反應(yīng)后必將生成大顆粒的氧化鈦夾雜，大顆粒的氧化鈦夾雜不能作為細(xì)化晶粒的異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，在不改變現(xiàn)有煉鋼生產(chǎn)工藝流程的條件下，通過嚴(yán)格的脫氧制度，利用復(fù)合氧化物在凝固過程中作為異質(zhì)形核核心誘導(dǎo)針狀鐵素體析出，從而細(xì)化鋼的凝固組織。本發(fā)明細(xì)化凝固組織的鋼水脫氧方法包括按不同的鋼種和鋼液溫度等條件往鋼水中加入適量的碳粉、錳鐵、硅鐵和其它合金進(jìn)行脫氧合金化，其特點(diǎn)是在脫氧合金化之前，先往鋼水中加入適量的SiAlFe合金進(jìn)行預(yù)脫氧，通過預(yù)脫氧和脫氧合金化，將鋼液的氧活度控制在50X1(T6~100X1(T6，溫度控制在155(TC以上，然后再加入適量的鈦鐵合金進(jìn)行終脫氧，脫氧后鋼中鋁和鈦的含量(重量百分比)分別為0.003%~0.012%和0.015%0.050%。本發(fā)明細(xì)化凝固組織的鋼水脫氧方法所述鋼液的氧活度優(yōu)選控制在60X1(T685X1(T6;所述脫氧后鋼中的鋁含量(重量百分比)優(yōu)選為0.005%~0.010°/。；所述脫氧后鋼中的鈦含量(重量百分比)優(yōu)選為0.02%~0.040/o。碳鋼冶煉過程中通常是采用Al元素進(jìn)行終脫氧。實(shí)踐證明，Al的脫氧產(chǎn)物A1203很難從鋼液中完全排除，并且含有A1203夾雜的鋼液通過水口時(shí)，鋼液中的夾雜物沉積在水口的內(nèi)壁上容易造成水口堵塞。本發(fā)明的宗旨是在一定潔凈度條件下對(duì)夾雜物進(jìn)行有效的控制，并使之成為對(duì)碳鋼的鑄態(tài)組織產(chǎn)生積極影響的有益夾雜物，使其在相變過程中具有異質(zhì)形核核心的作用，從而細(xì)化晶粒。本發(fā)明的一個(gè)重要內(nèi)容是通過Ti脫氧處理，將氧化鈦夾雜物包覆在細(xì)小的氧化鋁夾雜外。在凝固過程中通過細(xì)小彌散的復(fù)合氧化物夾雜作為先共析鐵素體相變的形核核心，形成具有分割原奧氏體作用的針狀鐵素體，以獲得細(xì)小的鐵素體晶粒，從而細(xì)化鋼的凝固組織，這有利于碳鋼的綜合性能獲得提高。另一方面，帶有光滑界面的細(xì)小彌散，高密度、小接觸角的球形夾雜，即氧化鋁的周圍包覆著氧化鈦的復(fù)合夾雜物，有益于降低水口堵塞。本發(fā)明脫氧時(shí)，首先往鋼水中加入適量的SiAlFe合金進(jìn)行預(yù)脫氧，而不直接采用鋁塊或鋁粒進(jìn)行脫氧。是因?yàn)镾iAlFe比重大于純Al合金，便于鋼水充分預(yù)脫氧，同時(shí)能保證在加鈦之前鋼中存在大量的鋁鈦復(fù)合夾雜物的核心，即八1203;另一方面也便于粗大的脫氧產(chǎn)物Ab03有足夠的時(shí)間排除鋼液。SiAlFe合金的加入量應(yīng)根據(jù)鋼種和鋼液溫度等條件的不同而進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明在采用SiAlFe預(yù)脫氧后，根據(jù)鋼種和鋼液溫度等條件再往鋼水中加入適量的碳粉、錳鐵、硅鐵和其它合金進(jìn)行脫氧合金化。待夾雜物充分上浮后，采用固體電解質(zhì)氧濃差電池快速定氧探頭測(cè)定鋼中的氧活度，同時(shí)采用熱電偶測(cè)量鋼液的溫度。本發(fā)明加鈦前的鋼液氧活度應(yīng)控制在50X10—^100X10-s之間，鋼液的溫度應(yīng)控制在1550。C以上。如果氧含量高于IOOXI(T6，鋼中將析出大顆粒夾雜物，一方面起不到誘導(dǎo)針狀鐵素體析出的作用，另一方面大顆粒夾雜將影響鋼的質(zhì)量；如果氧含量低于5(^10-6，將導(dǎo)致鋼液中沒有足夠的氧與所加入的鈦發(fā)生反應(yīng)，結(jié)果在鋼液中就不會(huì)析出大量彌散分布的鋁鈦復(fù)合夾雜物。本發(fā)明鋼液的氧活度控制在60X1(T6~85X10—6較佳。最后根據(jù)鋼種和鋼液溫度等條件，往鋼水中加入適量的鈦鐵合金進(jìn)行終脫氧。由于鋼中已存在氧化鋁夾雜與終脫氧產(chǎn)生的氧化鈦夾雜的物理及化學(xué)性質(zhì)相似，故該二種夾雜物較容易結(jié)合。結(jié)合的方式為以氧化鋁夾雜為核心，后析出的氧化鈦夾雜則在氧化鋁夾雜物的表面析出。本發(fā)明脫氧后鋼中的鋁含量應(yīng)控制在0.003%0.012%之間。如果鋁含量大于0.012%，氧化鋁夾雜不會(huì)被氧化鈦夾雜包覆，會(huì)使本發(fā)明的目的變得難以實(shí)現(xiàn)，鋁含量小于0.003%，將不會(huì)存在足夠的氧化鋁夾雜物作為鈦氧化物的核心，因此也不會(huì)形成大量彌散分布的細(xì)小鈦鋁復(fù)合夾雜物。本發(fā)明脫氧后鋼中的鋁含量控制在0.005%~0.010%之間較佳。本發(fā)明脫氧后鋼中的鈦含量應(yīng)該控制在0.015%~0.050%之間，鈦含量如果大于0.05%，會(huì)形成大顆粒、高熔點(diǎn)的鈦氮化物，而惡化鋼的性能，鈦含量若小于0.015%，則鋼液中不會(huì)生成大量彌散分布的鋁鈦復(fù)合夾雜物。本發(fā)明脫氧后鋼中的鈦含量控制在0.02%~0.04%之間較佳。采用本發(fā)明脫氧方法，在不改變煉鋼工藝流程，不添加設(shè)備，不增加成本的情況下可明顯細(xì)化碳鋼的凝固組織，等軸晶比例可以提高到80%以上。由于復(fù)合夾雜物的形成既消除了氧化鋁夾雜的有害作用，又避免了大顆粒單一氧化鈦的產(chǎn)生，還有益于降低水口的堵塞。圖1是鈦處理后復(fù)合氧化物的形貌及能譜分析點(diǎn)。圖2是圖1中B點(diǎn)的成分。圖3是圖1中A點(diǎn)的成分。具體實(shí)施方式實(shí)施例1在MoSi2高溫爐內(nèi)進(jìn)行熔鋼及脫氧實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前將剛玉坩堝放入爐內(nèi)，同時(shí)將待熔化鋼料(工業(yè)純鐵500g)放入剛玉坩堝內(nèi)，升溫至600°C，打開氬氣瓶閥門，由爐底通入高純氬氣進(jìn)行保護(hù)，以防鋼料被氧化，控制流量在lL/min。升溫至1600'C，改成自動(dòng)恒溫控制，此時(shí)爐料已經(jīng)完全熔化。脫氧時(shí)首先采用含鋁28n/。的SiAlFe合金(0.44g)脫氧，隨后加入碳粉(0.94g)、金屬錳(9.66g)、硅鐵(2,67g)和鈮鐵(0.34g)合金，60秒后，用石英管取鈦處理前試樣，并采用固體電解質(zhì)氧濃差電池快速定氧探頭測(cè)定鋼中的氧活度，加鈦前鋼液氧活度為65X10—6。然后加入含鈦30%的鈦鐵合金(l.llg)進(jìn)行終脫氧，孕育120秒，用石英管取鈦處理后試樣。按實(shí)驗(yàn)計(jì)劃取完全部試樣后出鋼，爐冷至1200'C取出坩堝空冷至室溫，同時(shí)關(guān)閉氬氣。將上述用石英管吸取的試樣加工、打磨，拋光制成金相樣，用金相顯微鏡研究試樣中夾雜物顆粒尺寸及分布和金屬基體的組織結(jié)構(gòu)。用配有能譜儀的掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)夾雜物進(jìn)行成分分析并觀察組織形貌。對(duì)鋼錠運(yùn)用化學(xué)分析方法測(cè)定試樣中常規(guī)元素含量。實(shí)驗(yàn)鋼成分見表l表1實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)鋼成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從掃描電鏡和能譜分析結(jié)果可以看出，鈦處理后夾雜物的特點(diǎn)是以氧化鋁為核心并在其周圍包覆著氧化鈦夾雜物，在整個(gè)復(fù)合夾雜物外向四周呈放射狀生長(zhǎng)著針狀體素體組織。這些細(xì)小的針狀鐵素體將原奧氏體晶粒分割為較細(xì)小的晶粒，從而細(xì)化鋼的凝固組織，見圖1圖3。實(shí)施例2在200kg內(nèi)襯為鎂質(zhì)耐火材料的高頻感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行熔鋼及脫氧實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前將待熔化的鋼料(工業(yè)純鐵)放入爐內(nèi)，升溫至1600°C，停止升溫，此時(shí)鋼料己全部熔化。脫氧時(shí)首先采用含鋁28%的SiAlFe合金(0.20kg)脫氧，隨后加入碳粉(0.16kg)、金屬錳(3.87kg)、硅鐵(1.07kg)和鈮鐵(0.20kg)合金，200秒后，用石英管取鈦處理前試樣，并采用固體電解質(zhì)氧濃差電池快速定氧探頭測(cè)定鋼中的氧活度，加鈦前的鋼液氧活度為81X10—6，然后加入含鈦30%的鈦鐵合金(0.56kg)進(jìn)行終脫氧，，孕育300秒，用石英管取鈦處理后試樣。按實(shí)驗(yàn)計(jì)劃取完全部試樣后出鋼，鋼錠空冷至室溫。將上述用石英管吸取的試樣加工、打磨，拋光制成金相樣，用金相顯微鏡研究試樣中夾雜物顆粒尺寸及分布和金屬基體的組織結(jié)構(gòu)。用配有能譜儀的掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)夾雜物進(jìn)行成分分析并觀察組織形貌。對(duì)鋼錠運(yùn)用化學(xué)分析方法測(cè)定試樣中常規(guī)元素含量。實(shí)驗(yàn)鋼成分見表2表2實(shí)施例2的實(shí)驗(yàn)鋼成分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>掃描電鏡和能譜分析結(jié)果與實(shí)施例1的結(jié)果相同。權(quán)利要求1.一種細(xì)化凝固組織的鋼水脫氧方法，包括按不同的鋼種和鋼液溫度等條件往鋼水中加入適量的碳粉、錳鐵、硅鐵和其它合金進(jìn)行脫氧合金化，其特征在于在脫氧合金化之前，先往鋼水中加入適量的SiAlFe合金進(jìn)行預(yù)脫氧，通過預(yù)脫氧和脫氧合金化，將鋼液的氧活度控制在50×10-6～100×10-6，溫度控制在1550℃以上，然后再加入適量的鈦鐵合金進(jìn)行終脫氧，脫氧后鋼中鋁和鈦的含量(重量百分比)分別為0.003％～0.012％和0.015％～0.050％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)化凝固組織的鋼水脫氧方法，其特征在于所述鋼液的氧活度控制在60X1(T685X10—6。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)化凝固組織的鋼水脫氧方法，其特征在于所述脫氧后鋼中的鋁含量(重量百分比)為0.005°/。~0.010%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)化凝固組織的鋼水脫氧方法，其特征在于所述脫氧后鋼中的鈦含量(重量百分比)為0.02%~0.04%。全文摘要本發(fā)明提供一種細(xì)化凝固組織的鋼水脫氧方法，包括往鋼水中加入適量的碳粉、錳鐵、硅鐵和其它合金進(jìn)行脫氧合金化，其特點(diǎn)是在脫氧合金化前先加入適量的SiAlFe合金進(jìn)行預(yù)脫氧，通過預(yù)脫氧和脫氧合金化，將鋼液的氧活度控制在50×10^-6～100×10^-6，溫度控制在1550℃以上，然后再加入適量的鈦鐵合金進(jìn)行終脫氧，脫氧后鋼中鋁和鈦的含量分別為0.003％～0.012％和0.015％～0.050％。本發(fā)明在不改變煉鋼工藝流程，不添加設(shè)備，不增加成本的情況下可明顯細(xì)化碳鋼的凝固組織，等軸晶比例可以提高到80％以上。既消除了氧化鋁夾雜的有害作用，又避免了大顆粒單一氧化鈦的產(chǎn)生，還減少了水口的堵塞。文檔編號(hào)C21C7/06GK101392308SQ200710012949公開日2009年3月25日申請(qǐng)日期2007年9月22日優(yōu)先權(quán)日2007年9月22日發(fā)明者呂春風(fēng),尚德禮申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司