CN101148737A - 一种含硼钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含硼钢及其制备方法，钢的化学成分重量百分比％为：C0.32～0.44，Si0.15～0.37，Mn1.10～1.40，P≤0.030，S≤0.030，B0.0005～0.0035，Al0.015～0.070；余为Fe和微量杂质。制备方法，包括电炉冶炼、炉外精炼、钢坯连铸、半连轧轧制，在炉外精炼后真空脱气处理使钢中氮含量不大于80×10－6、氧含量不大于15×10－6；铸坯在加热炉的均热温度为1130～1200℃，加热和高温扩散时间为4～12h，开轧温度1080℃，终轧温度850～1000℃，轧得规格Ф30～130mm的圆钢。本发明钢控制微量元素B的含量，保证钢的淬透性，使得该钢适于制造重要机械零件。

Description

一种含硼钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金技术，属于合金钢类，具体涉及一种含硼钢及其制备方法。
背景技术
硼(B)是极活泼元素之一，在钢中能与残留的氮、氧化合形成稳定的夹杂物丧失其有益的作用，只有以固溶形式存在于钢中的硼才能起到有益的作用。B元素可提高钢的淬透性和抗疲劳性，如何控制钢中的“有效硼”含量，并使热加工生产顺利进行，冶炼生产是极其关键的环节。该含硼钢钢种化学成分要求严格(特别是B的含量)，力学性能及组织成分变化敏感的特点，冶炼、连铸等工艺控制十分关键。
国内早期用电炉-模注系统生产硼钢，韩丽姣(沈阳工业大学)、李珂(沈阳东洋制钢有限公司)等对单纯用电炉冶炼硼钢如何控制有效硼含量进行了研究(参见韩丽姣等人的论文“60CrMnBA钢冶炼中B成份的控制”，沈阳工业大学学报，第19卷第6期，1997.12)。首钢转炉连铸系统试验硼钢的生产，取得了一定的成功，参见于广石李本海论文“矩形坯连铸生产40MnB钢试验研究”，钢铁研究，2004.4，第2期。国内攀钢在1999年进行了转炉模铸系统生产MnB钢的试制。
发明内容
本发明主要针对含硼钢在冶炼过程中有效硼含量的确定及控制的问题，提供了一种含硼钢及其制备方法，本发明的含硼钢具有高淬透性、高强韧性、综合性能优异，属于合金结构钢。
本发明含硼钢的化学成分(重量百分比)为：
C0.32～0.44  Si0.15～0.37  Mn1.10～1.40  P≤0.030  S≤0.030  B0.0005～0.0035  Al0.015～0.070；余为Fe和微量杂质。
进一步优选的，本发明含硼钢的化学成分(重量百分比)为：
C0.33～0.37  Si0.15～0.30  Mn1.10～1.35  P≤0.025  S≤0.025  B0.0010～0.0030  Al0.015～0.060  V0.10～0.12；余为Fe和微量杂质。
本发明含硼钢的制备方法，包括电炉冶炼、炉外精炼、钢坯连铸、半连轧轧制，其特征在于，钢的化学成分％(重量百分比)为：C0.33～0.37，Si0.15～0.30，Mn1.10～1.35，P≤0.025，S≤0.025，B0.0010～0.0030，Al0.015～0.060，V0.10～0.12，余为Fe和微量杂质。在炉外精炼后真空脱气处理使钢中氮含量不大于80×10-6、氧含量不大于15×10-6；铸坯在加热炉的均热温度为1130～1200℃，加热和高温扩散时间为4～12h，开轧温度1080℃，终轧温度850～1000℃，轧后缓冷；制得规格Φ30～130mm的圆钢。
上述的含硼钢的制备方法，优选的工艺条件如下：
1.入炉原料中铁水与生铁的重量占原料50～60％。注意配料时不允许加渣钢、罐帮铁等高磷、硫废钢。
2.电炉熔清成分目标：熔清碳≥0.30％，熔清磷≤0.015％，残余元素含量符合标准要求。全熔分析温度≥1540℃。
3.电炉冶炼终点控制：[C]≥0.10％、P≤0.012％，残余元素含量符合标准要求。
4.电炉出钢时，采用包内合金化及预脱氧，钒铁在精炼炉加入。钢包内预脱氧加钢芯铝量2.0～2.2kg/t钢，终点碳低于0.10％时，按上限加入。出钢过程及出钢后保持钢包连续吹Ar。
5.在LF钢包精炼炉进行精炼，精炼过程中在白渣下充分搅拌后，取一次样全分析，取一次样前，喂入铝线1.2～1.5m/吨钢，精炼过程保持白渣。根据一次样分析结果，按内控要求调整C、Si、Mn、V化学成分，硼铁在真空脱气精炼炉处理后加入。出钢前按2.0～2.2m/t钢，喂入硅钙线∮13mm。出钢前控制钢中酸溶铝含量在0.030～0.050％。
6.钢水入真空脱气精炼炉前扒渣，真空度小于67Pa保持时间12～15分钟。破空后在VD工位先喂入铝线1.0～1.2m/t钢，再喂入钛线2～3m/t钢，然后小氩气量搅拌(保持渣面微动)1～2分钟，用铝皮包裹硼铁插入钢水中，硼铁回收率按50～70％计算，加完硼铁后取样全分析。软吹Ar时间8～14分钟。特别注意，软吹Ar时不得裸露钢水、不得大氩气量搅拌降温。
7.连铸中间包烘烤温度1100～1120℃；结晶器对弧、水口对中符合要求，喷嘴雾化效果良好；全保护浇注，采用MnB连铸结晶器保护渣。中间包液面700±50mm，结晶器液面波动≤±2mm。拉速控制0.6-1.2m/min。
8.铸坯缓冷：注意连铸坯不能在冷床停留，必须及时入坑盖罩缓冷，缓冷坑使用前，先用其它热坯烘烤至少4小时，缓冷时间24-30小时。
9.轧制时加热温度：1130～1200℃，允许温差≤40℃，加热时间2.5-3小时，既要保证钢坯加热均匀，又要防止脱碳和粘炉；开轧温度1080℃-1150℃；保证终轧温度850℃-900℃；轧后及时收集成品并缓冷。
同目前含硼钢生产比较，本发明技术方案的特点在于：
(1)本发明钢控制微量元素B的含量，保证钢的淬透性，使得该钢适于制造重要机械零件。
(2)经过电炉冶炼-炉外精炼、真空脱气处理，在该过程中控制易氧化元素加入量及加入顺序，加入方法，加入时间确保化学成分尤其是有效硼含量的控制符合要求。
(3)全保护浇注，防止钢水二次氧化；低过热度浇注，防止柱状晶过快生长，增加铸坯等轴晶，减轻中心疏松和偏析；稳定生产节奏，使拉速基本恒定；矩形铸坯选择避风垛位堆垛缓冷；中间包要烘烤，确保烘烤温度≥1100℃。
(4)轧制与精整，严格控制加热温度和轧制温度，保证钢材组织均匀、致密，轧制前对导卫、辊道认真检查；根据弯曲度控制情况，进行矫直处理，确保轧材平直度要求。端部锯切整齐，修磨并消除马蹄形、飞边、毛刺及影响使用的切斜和压扁等现象。
钢的冶炼，加强钢的脱氧去气等冶炼控制，保证钢中“有效硼”的含量；钢液浇注，模铸或连铸，控制过热度、浇注速度或连铸速度，采用西峡县西保冶材公司生产的35MnB专用保护渣，根据钢的凝固特性，设计合理的配水模型(根据拉速设定配水模型)，提高连铸坯质量，保证钢锭质量。
本发明的含硼钢，广泛用于汽车及机械行业的合金结构钢。
附图说明
图1为本35MnB钢热轧态金相组织照片，热轧状态：100×。显微组织主要包含珠光体和铁素体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例：35MnB钢
1、钢的化学成分重量百分比％为：
C0.37  Si0.24  Mn1.26  P0.016  S0.001  B0.0029  Al0.023  V0.091；余量为Fe和微量杂质。
2、工艺路线为：
配料→电炉冶炼→偏心炉底出钢→LF炉脱氧合金化→真空精炼炉脱气→加硼铁调整硼成分→方坯连铸机全程保护浇铸→半连轧轧制成材规格∮70mm→检验入库。
3、制备方法主要工艺措施
(1)入炉钢铁料结构中铁水配比达到50～60％；配料时不允许加渣钢、罐帮铁等高磷、硫废钢。
(2)电炉熔清成分目标：熔清碳≥0.30％，熔清磷≤0.015％，残余元素含量符合标准要求。
(3)冶炼过程造好泡沫渣、均匀脱碳，减少吸氮。
(4)全熔分析温度≥1540℃。
(5)电炉冶炼终点控制[C]≥0.10％、P≤0.012％，残余元素含量符合标准要求。出钢温度1620～1640℃。
(6)包内合金化及预脱氧，钒铁在精炼炉加入。钢包内预脱氧加钢芯铝量2.0～2.2kg/t钢，终点碳低于0.10％时，按上限加入。电炉出钢过程及出钢后保持钢包连续吹Ar。
(7)LF钢包精炼炉精炼过程，在白渣下充分搅拌后，取一次样全分析，取一次样前，喂入铝线1.2～1.5m/吨钢，精炼过程保持白渣。根据一次样分析结果，按内控要求调整C、Si、Mn、V化学成分，硼铁在VD处理后加入。出钢前按2.0～2.2m/t钢，喂入硅钙线(∮13mm)。出钢前控制钢中酸溶铝含量在0.030～0.050％。
(8)入真空脱气精炼炉(简称VD)前扒渣，真空度小于67Pa保持时间14分钟。破空后在VD工位先喂入铝线1.0～1.2m/t钢，再喂入钛线2～3m/t钢，然后小氩气量搅拌(渣面微动)1～2分钟，用铝皮包裹硼铁插入钢水中，硼铁回收率按50～70％计算，加完硼铁后取样全分析。软吹Ar时间≥8分钟，软吹Ar时严禁裸露渣面和大氩气搅拌降温。VD处理后上钢温度：连铸第一炉上钢温度1575～1585℃，其余炉次上钢温度1565～1575℃。
(9)连铸中间包烘烤温度1100-1120℃；结晶器对弧、水口对中符合要求，喷嘴雾化效果良好；全保护浇注，采用MnB连铸结晶器保护渣(西峡县西保冶材公司生产)。中间包液面700±50mm，结晶器电磁搅拌参数150A/3.0Hz，结晶器液面波动≤±2mm。35MnBM液相线温度为1497℃/1496℃，中包过热度按20～30℃控制，中包第一炉温度：1527～1537℃，第二炉以后1517～1527℃。铸坯进拉矫机温度920℃，拉速控制参照表1。
表1拉速
断面规格(mm×mm) 过热度  拉速(m/min) 过热度 拉速(m/min) 过热度  拉速(m/min)
 260×300 ＜20℃  0.70  20～25℃  0.65  ＞25℃  0.60
 180×220 ＜20℃  1.2  20～25℃  1.1  ＞25℃  1.0
(10)铸坯缓冷
连铸坯不在冷床停留，及时入坑盖罩缓冷，缓冷坑使用前，先用其它热坯烘烤4小时以上，缓冷时间25小时。
(11)轧制时加热温度：1130～1200℃，允许温差≤40℃，加热时间≥2.5小时，既要保证钢坯加热均匀，又要防止脱碳和粘炉；开轧温度≥1080℃；加强对轧制节奏的控制，保证终轧温度≥850℃；轧后及时收集缓冷。
表2电炉配料情况
炉号         钢铁料(t) 铁水兑入比例(％)
  铁水     合计
  T207-4982   30.00     57.20   52.45
  T207-4983   30.00     63.00   47.62
  T207-4984   30.00     58.60   51.20
  合计   90     178.8   50.34
表3电炉冶炼过程记录表
  炉号 熔清C(％) 终点C(％) 终点P(％)   冶炼周期(min) 电耗(KWH) 氧耗(m3)            出钢加入(kg) 出钢温度(℃)
   硅锰    中锰    铝块
  T207-4982   0.77   0.16   0.011   49   11088     1911    150    550    150    1705
  T207-4983   0.16   0.15   0.013   57   11088     1911    150    550    150    1721
  T207-4984   0.88   0.23   0.020   35   9576     1843    150    550    150    1717
表4LF精炼过程记录表
  炉号 冶炼周期(min)                        过程加入   出钢温度(℃)
 高锰(kg) Si-Fe   Al线(m)   硅钙线(m)   Ti线(m)
  T207-4982  34  40  20   220   150   260   1625
  T207-4983  32  30  30   220   150   260   1614
  T207-4984  32  100  15   220   150   260   1612
表5VD处理过程记录表
炉号   是否扒渣   到位温度    预抽时间   最低真空度    保持时间    破空温度   加入B(kg)    上钢温度
 T207-4982   是   1614    8   30    5    1573    6    1566
 T207-4983   是   1586    7   30    5    1553    5.5    1550
 T207-4984   是   1594    7   25    5    1555    6    1550
表6连铸过程记录表
炉号               中间包温度                   拉速
   5分钟    30分钟     末期     一流     二流     三流
  T207-4982    1529    153     1528     0.69     0.66    0.64
  T207-4983    1518    1516     1517     0.62     0.7    0.69
  T207-4984    1521    1521     1521     0.62     0.7    0.69
表7轧材力学性能
  炉号    抗拉强度Rm(MPa)     屈服强度ReL(MPa)    延伸率A(％)    收缩率Z(％)     冲击功Aku(J)
  T207-4982    1050/1030     930/910    14/14    52/53     60/90
  T207-4983    1080/1070     955/950    12/13    51/51     90/92
  T207-4984    1020/1050     900/920    14/14    57/55     102/106

Claims (9)

1.一种含硼钢，其钢的化学成分重量百分比％为：
C 0.32～0.44，Si 0.15～0.37，Mn 1.10～1.40，P≤0.030，S≤0.030，B 0.0005～0.0035，Al 0.015～0.070；余为Fe和微量杂质。
2.如权利要求1所述的含硼钢，其特征在于钢的化学成分重量百分比％为：
C 0.33～0.37，Si 0.15～0.30，Mn 1.10～1.35，P≤0.025，S≤0.025，B 0.0010～0.0030，Al 0.015～0.060，V 0.10～0.12；余为Fe和微量杂质。
3.一种含硼钢的制备方法，包括电炉冶炼、炉外精炼、钢坯连铸、半连轧轧制，其特征在于，钢的化学成分％重量百分比为：C 0.33～0.37，Si 0.15～0.30，Mn 1.10～1.35，P≤0.025，S≤0.025，B 0.0010～0.0030，Al 0.015～0.060，V 0.10～0.12，余为Fe和微量杂质。在炉外精炼后真空脱气处理使钢中氮含量不大于80×10-6、氧含量不大于15×10-6；铸坯在加热炉的均热温度为1130～1200℃，加热和高温扩散时间为4～12h，开轧温度1080℃，终轧温度850～1000℃，轧得规格Φ30～130mm的圆钢。
4.如权利要求3所述的含硼钢的制备方法，其特征在于冶炼前入炉原料中铁水与生铁的重量占原料50～60％。
5.如权利要求3所述的含硼钢的制备方法，其特征在于钢包内预脱氧加钢芯铝量2.0～2.2kg/t钢。
6.如权利要求3所述的含硼钢的制备方法，其特征在于精炼炉出钢前按2.0～2.2m/t钢喂入硅钙线∮13mm；出钢前控制钢中酸溶铝含量在0.030～0.050％。
7.如权利要求3所述的含硼钢的制备方法，其特征在于钢水入真空脱气精炼炉前扒渣，真空度小于67Pa保持时间12-15分钟；破空后在VD工位先喂入铝线1.0～1.2m/t钢，再喂入钛线2～3m/t钢，然后用保持渣面微动的小氩气量搅拌1～2分钟，用铝皮包裹硼铁插入钢水中，硼铁回收率按50～70％计算，加完硼铁后取样全分析。
8.如权利要求3所述的含硼钢的制备方法，其特征在于浇注过程要全程保护浇注，中包液面高度稳定在700±50mm。
9.如权利要求3所述的含硼钢的制备方法，其特征在于轧制时加热温度：1130～1200℃，允许温差≤30℃，加热时间2.5-3小时，开轧温度1080℃-1150℃。
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