專利名稱：稀土鋁鋇鈣鐵合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，涉及到一種稀土鋁鋇鈣鐵合金。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代煉鋼工藝一般采用“初煉+精煉”的冶煉工藝流程，在初煉爐中向高溫鐵液吹 入氧氣進(jìn)行脫碳，并脫除其它雜質(zhì)元素。當(dāng)這一任務(wù)完成后鋼水中不可避免地殘留了大量 的氧，以游離氧和氧化物的形式存在，如不去除將嚴(yán)重影響鋼材質(zhì)量。金屬鋁及鋁合金作為煉鋼工藝的脫氧劑已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，以生產(chǎn)具有高 深沖性能、優(yōu)良成形性和良好焊接性能的鋼材，尤其是焊條鋼、冷墩鋼以及高檔次汽車、家 電等對所用鋼板。這類鋼材為保證性能要求含有較低的硅含量低(小于0. 03% )、要求含 有一定的鋁含量，約為0. 02% 0. 05%。并對鋼的潔凈度有嚴(yán)格要求，尤其是氧化鋁夾雜 物含量要求極低，因此要求加入脫氧合金硅含量極低。使用金屬鋁或鋁鐵合金脫氧，鋁元素效率偏低，脫氧后夾雜物不易從鋼液中去除 而造成澆鑄過程堵水口、鋼材質(zhì)量不穩(wěn)定的難題沒有得到很好的解決。為了有效地去除 由于大量的鋁加入而生成的氧化鋁脫氧產(chǎn)物，目前主要采用(1)多重精煉并延長精煉時間 (2)在冶煉過程加入一定成分的造渣劑(3)多元素復(fù)合脫氧。文獻(xiàn)1(郭慶成等一種用于 煉鋼脫氧的高鈣無硅鈣鐵合金及其制備方法，公開號CN101086029A)提出了鈣鋁鐵合金及 文獻(xiàn)2 (謝應(yīng)凱煉鋼復(fù)合脫氧劑一招鈣鐵合金，公開號CN101086028A)提出了在鋁鈣合金 的基礎(chǔ)上可以添加錳、硅和鈦等元素均屬于這類工藝。除此之外，近年來，國內(nèi)外對稀土在 鋼中夾雜物的改性和變質(zhì)作用十分重視。文獻(xiàn)3(Hiroshi Hirata等Steel Having Finely Dispersedlnclusions, US Patent 2006/0157162A1)記載當(dāng)鋼液中含有一定量的稀土 RE 元素后，會形成REA103這種低熔點(diǎn)、低硬度的夾雜物，同時提到，當(dāng)稀土與鈣等元素進(jìn)一步 結(jié)合可以避免A1203團(tuán)簇的形成，生產(chǎn)出高潔凈鋼(如軸承鋼)。其添加的工藝是首先 進(jìn)行鋁脫氧，然后加入稀土進(jìn)行夾雜物去除和變性。文獻(xiàn)5(HaSegawa Hajime等Steel Sheet and SlabSuperor in Surface Quality and Inner Quality, and Manufacturing Method Therefor, JP2006-97110A)也提出了用稀土處理可以生產(chǎn)出少氧化鋁夾雜物的超 f氏石Lrafe。tfi^6(W￡it￡m￡ibe Yu^ :Method for Adding Rare-Earth Element into Molten Steel, JP2005-89775A)提出了一種鋁脫氧后，稀土和鈣、鎂等混合以包芯線的形式加入鋼 包內(nèi)。以上文獻(xiàn)5，6的稀土加入方法均為鋁和稀土分開加入，也就是首先用鋁脫氧，然后再 加入稀土，很難起到高效脫氧和去除夾雜物效果。另外，文獻(xiàn)7(謝廷聲用于煉鋼的鋼水精 煉變質(zhì)劑，公開號CN1807657A)提出了一種高硅含稀土的復(fù)合合金，這種合金由于硅很高 (3(T60wt% )，對本專利所涉及的高深沖性能鋼板無法使用。文獻(xiàn)8(鄒杰一種煉鋼用鋼 水脫氧劑及其制備方法，公開號CN101020942A)提出了一種高鎂含稀土合金，由于鎂在鋼 液溫度條件下，其蒸氣壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈣，因此，其加入更為困難，收得率也很低，同時該合金中 僅含有較低的稀土含量(0. 03 lwt% )，不足以使所產(chǎn)生的氧化鋁夾雜物變性。申請人:發(fā)明了一種新的稀土鋁鐵合金，見文獻(xiàn)9 (渠天盛等稀土鋁鐵合金，公開號CN101078074A)，該合金使用方便、脫氧及去除夾雜物效率高、而且少量殘余稀土在改善 鋼的性能方面能發(fā)揮出有益作用。但限于對該合金當(dāng)時的認(rèn)識，僅注意形成復(fù)合稀土鋁氧 夾雜物有利于氧化鋁夾雜物的去除，在合金中沒有添加有益的鈣元素。接著申請人又提出 了另一種稀土鋁錳鈦復(fù)合合金專利，見文獻(xiàn)10 (渠天盛等一種稀土鋁錳鈦鐵合金，公開號 CN101104875A)，其新穎性主要是體現(xiàn)在多元素(鋁、錳、鈦、稀土)復(fù)合脫氧，同時又可以 做到鋁、錳同時合金化的目的，但該專利的不足與前述文獻(xiàn)9相似，在合金中沒有添加鈣元 素，同時對于本專利所涉及到的鋼種來說，由于鋼材錳成分規(guī)格含量較低，同時在RH真空 處理前的初煉鋼液(如轉(zhuǎn)爐冶煉出鋼后)會不同程度地已經(jīng)含有一定量的殘錳，所以為了 生產(chǎn)控制的靈活性，不易于在脫氧合金中添加錳
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠顯著提高合金對鋼液的脫氧效率，并且能夠增強(qiáng) 去除夾雜物的效率，提高了合金成分的利用效率的稀土鋁鋇鈣鐵合金。技術(shù)解決方案本發(fā)明提出一種新的稀土鋁鋇鈣鐵合金，包括下列元素的重量百 分比30 60wt%鋁，1 15wt%鈣，1 15wt%鋇，1 20wt%稀土，碳小于0. 08wt%，硅 小于0. 5%，硫小于0. 03%，磷小于0. 03%，雜質(zhì)元素總量小于1 %，余量為鐵。稀土為鈰或鑭元素的其中單一組元素或雙元素組合。該合金的主要特點(diǎn)為(1)采用稀土、鋁、鋇、鈣多元素復(fù)合脫氧的原理，顯著提高 了合金對鋼液的脫氧效率，堿土金屬元素鋇是強(qiáng)脫氧元素，雖然其脫氧能力比鈣略低，但其 原子半徑為0.215納米，比鈣(0.215納米)大，且在鐵液中溶解度較低，溶解在鐵液中速度 較慢，和氧的反應(yīng)速度快，很容易生成BaO氧化物晶核，可促進(jìn)鈣、鋁元素的脫氧作用。同時 鋇元素的摩爾質(zhì)量較大(137. 33)，其夾雜物的尺寸較大，容易從鋼液中排除。(2)脫氧所形成的復(fù)合夾雜物容易在鋼液中上浮。(3)容易形成低熔點(diǎn)夾雜物，克服由于氧化鋁過多造成連鑄過程中的水口結(jié)瘤現(xiàn)象。(4)合金中的鐵、稀土、鋇元素顯著增加了合金比重，使得添加過程中能快速進(jìn)入 鋼液，提高了鋁、鈣、稀土的脫氧和夾雜物變性效果，提高了合金成分的利用效率。(5)解決了深沖鋼RH精煉過程中鈣處理和稀土添加方面的難題；(6)含有極低含 量的碳、硅等雜質(zhì)元素，不會對鋼液造成增碳，增硅方面的不足；(7)加入方法簡單、方便， 不易粉化，保存時間長。該產(chǎn)品尤其適合高質(zhì)量的低碳、低硅，具有優(yōu)良深沖性能的板材在冶煉中使用，尤 其在RH冶煉超低碳鋼過程中的應(yīng)用更具有其獨(dú)特性。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例該合金的制備方法利用純鋁錠、稀土、金屬鋇、金屬鈣和低碳優(yōu)質(zhì)廢鋼通過感應(yīng) 爐兩步法熔煉工藝制備出符合要求的成品合金。基本工藝為首先以純鋁錠、金屬鋇、金屬鈣為原料利用感應(yīng)爐熔化和混合制備出 一定成分的鋁鋇鈣初始合金，這是第一步。然后再利用優(yōu)質(zhì)廢鋼和鋁錠為原料在感應(yīng)爐中熔煉成鋁鐵母液，再添加在上述第一步中已經(jīng)制備好的初始鋁鈣鋇合金，并在感應(yīng)爐內(nèi)均 勻，最后加入稀土金屬，混合后達(dá)到最終成分要求，然后澆注成型、冷卻后進(jìn)入產(chǎn)品庫。REAlBaCaFe 合金的制備1、利用純鋁錠、金屬鈣、金屬鋇在感應(yīng)爐中制備稀土鋁鋇鈣初始合金(中間合 金)。配料原料成分鋁錠(99. 7% A1)、金屬鈣(99% Ca)、金屬鋇(99% Ba)。表1 AlBaCa初始合金配料成分及實(shí)際檢驗(yàn)結(jié)果 2、利用純鋁和優(yōu)質(zhì)廢鋼在感應(yīng)爐內(nèi)制備成鋁鐵母液，將AlBaCa初始合金加入混 勻，最后加入稀土。表2 REAlBaCaFe合金配料成分及實(shí)際檢驗(yàn)結(jié)果 3、工藝流程工藝流程為選料配料一裝料一送電一熔化一除渣一澆鑄——稱量一成品入庫操作步驟(1)先加鋁、金屬鈣、金屬鋇按比例制備RAlBaCa合金。(2)再加純鋁、廢鋼，加熱開始熔化，1個小時由室溫升到1200°C。(3)加入RAlBaCa合金熔清后保溫3分鐘。(4)加入鑭鈰稀土金屬(其中鑭鈰稀土金屬中含35%鑭、65%鈰)，攪拌2分鐘 后出爐澆鑄。(5)冷卻。按照本發(fā)明提供的稀土鋁鋇鈣鐵合金在實(shí)際鋼液中進(jìn)行脫氧實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)在20公 斤真空感應(yīng)爐上完成。實(shí)驗(yàn)方法如下選用一定成分優(yōu)質(zhì)廢鋼(碳含量為0. 03~0. 05wt% )，首先在大氣條件下熔化完畢，然后進(jìn)行真空脫碳處理，當(dāng)碳含量達(dá)到小于0. 005wt%后，破真空，扒渣， 測定鋼中的氧含量為0. 025、. 040wt%，然后重新抽真空，使鋼液保持在真空條件下。在該 條件下，添加不同合金(鋁鐵、鋁鈣鐵、稀土鋁鋇鈣鐵)進(jìn)行脫氧和合金化，添加完后，利用 感應(yīng)攪拌3分鐘，在真空下取樣分析鋼中鋁含量和全氧含量并用電鏡觀察夾雜物大小和數(shù) 量，比較這三種不同脫氧工藝對鋼液潔凈度的影響。所有三種合金劑按照同樣的鋁添加量 加入計算，鋁的理論加入量為0. 10% (鋁的收得率按100%計算)。對比的實(shí)驗(yàn)鋼成分和效果如表1所示。表中對比合金A—指與本發(fā)明合金鋁含量相同的鋁鐵合金；對比合金B(yǎng)—指與本發(fā)明合金鋁、鈣含量相同的鋁鈣鐵合金；T.0—指鋼中全氧含量；A1 (s)，A1 (t)，Ba, Ca, RE—分別指鋼中酸溶鋁、全鋁、鋇、鈣、稀土的化學(xué)分析含量； (Ba, Ca, RE, Al)x0y夾雜物一指所發(fā)現(xiàn)的夾雜物在電子顯微鏡下條件下含有Ba，Ca, RE, A1 元素所組成的復(fù)合氧化物，下標(biāo)x，y指具體夾雜物成分具有多種不確定類型的統(tǒng)一示意表 達(dá)式；(Ca，Al)x0y夾雜物一指所發(fā)現(xiàn)的夾雜物在電子顯微鏡下條件下僅含有Ca，Al元素，而 不含有Ba，RE元素所組成的復(fù)合氧化物； 夾雜物數(shù)量和大小均有電子顯微鏡下觀察結(jié)果。表3不同合金脫氧效果對比成分) 從上表實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比可以看出，本發(fā)明的新合金在平均初始氧含量接近的條件下，加入相同數(shù)量的鋁，可以起到提高鋁的收得率、降低氧含量、使夾雜物改性和去除效率 高的優(yōu)點(diǎn)，同時鋼液中還有一定的殘余稀土量。因此本發(fā)明所提出的稀土鋁鋇鈣合金對高 潔凈度鋼材，尤其是高深沖性能的低碳低硅板材冶煉工藝的改進(jìn)具有重要意義。
權(quán)利要求
稀土鋁鋇鈣鐵合金，其特征在于，包括下列元素的重量百分比30～60wt％鋁，1～15wt％鈣，1～15wt％鋇，1～20wt％稀土，碳小于0.08wt％，硅小于0.5％，硫小于0.03％，磷小于0.03％，雜質(zhì)元素總量小于1％，余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鋁鋇鈣鐵合金，其特征在于，稀土為鈰Ce元素或鑭La元 素的其中單一組元素或雙元素組合。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，涉及到一種稀土鋁鋇鈣鐵合金。本發(fā)明包括下列元素的重量百分比30～60wt％鋁，1～15wt％鈣，1～15wt％鋇，1～20wt％稀土，碳小于0.08wt％，硅小于0.5％，硫小于0.03％，磷小于0.03％，余量為鐵。本發(fā)明特點(diǎn)提高了合金對鋼液的脫氧效率；脫氧所形成的復(fù)合夾雜物容易在鋼液中上??；容易形成低熔點(diǎn)夾雜物；提高了鋁、鈣、稀土的脫氧和夾雜物變性效果，提高了合金成分的利用效率；解決了深沖鋼RH精煉過程中鈣處理和稀土添加方面的難題；含有極低含量的碳、硅等雜質(zhì)元素，不會對鋼液造成增碳，增硅方面的不足；加入方法簡單、方便，不易粉化，保存時間長。
文檔編號C21C7/06GK101838717SQ20101014326
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者喬禎, 楊富強(qiáng), 渠天盛, 渠天霞, 陳偉 申請人:包頭市神潤高新材料股份有限公司