CN101705335B

CN101705335B - 高强度钢用微合金化复合包芯线

Info

Publication number: CN101705335B
Application number: CN 200910273016
Authority: CN
Inventors: 樊兴龙; 李志远
Original assignee: HUBEI HOUWANG WELDING MATERIAL CO Ltd
Current assignee: HUBEI HOUWANG WELDING MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2029-12-01
Also published as: CN101705335A

Abstract

一种高强度钢用微合金化复合包芯线，包括碳钢外皮和粉状内芯，所述内芯由下列化学成分按所述质量百分比制成：Ca 23～28％，Si 51～55％，Mg0.65～1.5％，Ba 1.3～2.5％，Re 0.6～1.0％，B 0.6～1.2％，Zr 1.6～3.5％，Ti1.3～2.8％，Nb 0.6～1.2％余量为铁和不可避免的杂质。本发明通过对化学成分进行合理的设计，降低了高强度钢中的含C量，同时大幅度提高连铸坯中晶粒度，使晶粒细化。并且钢材力学性能得到明显的改善，显著地提高了钢材的横向冲击性能，使之接近纵向冲击值。此外，还很好地解决了连铸坯的中心偏析中心疏松及杂物分布不均匀等问题。

Description

高强度钢用微合金化复合包芯线

技术领域

本发明涉及包芯线，尤其是涉及一种高强度钢用微合金化复合包芯线。

背景技术

随着我国国民经济的高速发展，国内钢铁工业发展亦随之快速增长。近几年来，我国钢铁产量一直处在世界第一位，中国是一个名副其实的钢铁大国，但不是一个钢铁强国。高强度、高韧性、高附加值的钢铁产品，仍需从国外大量进口。因此，开发研制高性能、高附加值的钢铁产品，使中国尽快成为一个钢铁强国，一直是我们国人尤其冶金工业者努力的方向。

高强度性能优异的钢板，除要科学的轧制、热处理工艺外，合理的成分设计也是生产的关键。虽然本公司于2008年申请的中国专利——高强度结构钢用微合金化复合包芯线(申请号：2008100475255)一定程度上解决了连铸坯成分偏析、中心疏松及杂物分布不均匀等问题，但解决的还是不够彻底，提升连铸坯成分偏析及杂物分布不均匀问题还依然存在，使得钢的横向冲击性能，各向同性能还不够理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度用微合金化复合包芯线，主要针对目前高强度钢冶炼铸坯中易出现中心偏析、横向冲击性能、各向同性能较低等技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：该包芯线包括碳钢外皮和粉状内芯，所述内芯由下列化学成分按所述质量百分比制成：Ca 23～28％，Si 51～55％，Mg 0.65～1.5％，Ba 1.3～2.5％，Re 0.6～1.0％，B0.6～1.2％，Zr 1.6～3.5％，Ti 1.3～2.8％，Nb 0.6～1.2％余量为铁和不可避免的杂质。

作为优选，所述内芯中的元素组份及质量百分比为：Ca 25％，Si 53％，Mg1.0％、Ba 2.0％，Re 0.8％、B 0.8％、Zr 2.0％、Ti 2.0％，Nb 0.8％，余量为铁和不可避免的杂质。

作为优选，所述内芯中粉状颗粒的粒度为1～1.5毫米。

本发明内芯的化学成分中，Ca改善夹杂物的形态和分布净化钢液的纯洁度，提高钢的品质。将包芯线中的Ca的含量提高到23～28％内，能进一步改善钢液的流动性能和钢的质量。

Si提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。并且Si与Ca起着联合脱氧作用，可从熔化的金属中以分离氧化和分离汽化作用带走氧，包芯线中Si的含量控制在51～55％内，具有良好的脱氧效果，同时还可增强钢材的延展性、增大抗张强度。

提高包芯线中Mg的含量，可以强化、提高Ca的有效作用，提高Ca的收得率。而内芯中的Ba是活性元素，也可以起到促进Ca的作用。钡可达到降低夹杂物含量、净化钢液的目的。反应产物为低熔点的复合氧化物，有利于钢中夹杂物聚集上浮。增加了钢水的流动，使钢水更加均匀。

复合使用Ca、Ba、Mg脱氧，其产物可形成多元互溶体，降低脱氧产物的活度和熔点，有利于脱氧进行，使钢液净化效果更好。Ba可达到降低夹杂物含量、净化钢液的目的。反应产物为低熔点的复合氧化物，有利于钢中夹杂物聚集上浮。增加了钢水的流动，使钢水更加均匀，防止偏析。

本发明所用的微合金化元素有Re、B、Zr、Ti、Nb等。尤其是钢水中掺入少量Re(Re：铼元素是一种非常坚硬的银白色金，是自然界中典型的稀散元素)有利于细化晶粒，提高韧性。当钢水中加入少量Re后，与Mg、Nb、Ti等元素协同作用，可促进晶间杂质球化作用，减少杂质对金属性能的影响，使得钢材硬度、抗磨性能得以大大提高。

Zr可以在钢中形成氮化物，降低N的有害作用，并能细化晶粒，抑制奥氏体晶粒的长大，从而提高钢材的抗裂纹扩展能力。微量的B可以强化晶界，并且和一定比例的Ti、Re相互作用起到很强的细化晶粒作用。Ti和Zr是可以降低N的有害作用，Nb可以细化晶粒，Nb、Ti和Zr在钢中形成氮化物，可以进一步细化晶粒，抑制奥氏体晶粒的长大，从而提高钢材的力学性能，特别是提高钢材的抗裂纹扩展能力。

综上所述，本发明通过对化学成分进行合理的设计，降低了高强度钢(Rm≥800MPa)中的含C量，同时大幅度提高连铸坯中晶粒度，使晶粒细化。并且钢材力学性能得到明显的改善，显著地提高了钢材的横向冲击性能，使之接近纵向冲击值。此外，还很好地解决了连铸坯的中心偏析中心疏松及杂物分布不均匀等问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

图1是对比例1的金相组织图；

图2是加入本发明包芯线钢的金相组织图；

图3是对比例2热处理后的金相组织图；

图4是加入本发明包芯线的钢热处理后的金相组织图。

具体实施方式

实施例1：包芯线粉状内芯中粉状颗粒的粒度为1～1.2毫米，由碳钢外皮将其粉状内芯包制成直径13毫米的包芯线。其中碳钢外皮采用厚度为0.3～0.4毫米的08Al钢带，所述粉状内芯中的元素组份及质量为：Ca 22％，Si 51％，Mg0.65％、Ba 2.5％，Re 0.6％、B 1.2％、Zr 1.6％、Ti.2.8％，Nb 0.6％，余量为铁和不可避免的杂质。

实施例2：包芯线粉状内芯中粉状颗粒的粒度为1.2～1.5毫米，由碳钢外皮将其粉状内芯包制成直径13毫米的包芯线。其中碳钢外皮采用厚度为0.3～0.4毫米的低碳钢钢带，所述粉状内芯中的元素组份及质量％为：Ca 28％，Si 55％，Mg 1.5％、Ba 1.3％，Re 1.0％、B 0.6％、Zr 3.5％、Ti 1.3％，Nb 1.2％，余量为铁和不可避免的杂质。

实施例3：包芯线粉状内芯中粉状颗粒的粒度为1～1.5毫米，由碳钢外皮将其粉状内芯包制成直径13毫米的包芯线。其中碳钢外皮采用厚度为0.3～0.4毫米的08Al钢带，所述粉状内芯中的元素组份及质量％为：Ca 25％，Si 53％，Mg 1.0％、Ba 2.0％，Re 0.8％、B 0.8％、Zr 2.0％、Ti 2.0％，Nb 0.8％，余量为铁和不可避免的杂质。

为了进一步验证本发明的效果，发明人进行了以下性能试验，其结果如下。

1.采用实施例3得到的包芯线，按每吨钢水(KD型高强度钢，Rm≥800MPa，冲击韧性CV＝250-300J，-20℃)加入2千克粉状内芯的量喂入包芯线。然后对包芯线加入前后渣样进行分析，其结果见表1。

表1包芯线加入前后渣样分析(Wt％)

从表1可以看出：加入本发明包芯线后的渣样中各成分含量均明显大于未加的渣样，由此可见，本发明包芯线加入后，更有利于钢中渣的上浮。

2.化学成份均匀性分析：对钢的铸坯均匀性进行分析，其分析结果见表2。

表2铸坯化学成分分析结果(Wt％)

从表2的结果看，易偏析元素C、P、S元素相差不多，非常均匀，其它合金元素的分析结果(略)也表明其较均匀。

3.断口分析：取高强度钢进行断口分析，可以发现加入包芯线后，夹杂物形态由条链状变成了球状，且呈弥散分布。因此，加入包芯线后对改善夹杂物有利。由断口新貌分析可知，未加包芯线的高强度钢断口纤维粗大，夹杂物呈条状分布；加入包芯线后，钢质细腻，夹杂变小，且呈球状弥散分布。

4.力学性能对比试验：测试样本：1.加入本发明实施例3包芯线得到的KD型高强度钢；2.对比例1：未加入包芯线的KD型高强度钢；3.对比例2：加入专利申请(2008100475255)包芯线的KD型高强度钢。各样本测试结果分别见表3、表4。

表3：-40℃冲击及硬度

表4：拉伸性能

从表3、表4数据可知：钢水中加入本发明包芯线后，与对比例2——加入包芯线(专利2008100475255)得到的钢的性能进行比较表明：加入本发明包芯线钢的强度得进一步提高，并且钢的低温冲击值也有提高，尤其是在钢板纵横向冲击值差距又得到进一步减小，各向异性得到更好的改善。

5.晶粒度分析：对加入本发明包芯线(实施例3)得到的高强度钢与对比例1——未加包芯线钢中奥氏体晶粒度进行分析测定表明(参见图1和图2)：加入本发明包芯线(实施例3)得到钢的奥氏体晶粒度可达9级，未加本发明包芯线的高强度钢中奥氏体晶粒度仅为6.5级。

6.试样钢组织对比：由图3、图4可知，对比例2与加入本发明包芯线(实施例3)得到的高强度钢均为回火索氏体，而加入本发明得到的钢组织更为细小，这证明本发明效果更为突出。

Claims

1.一种高强度钢用微合金化复合包芯线，包括碳钢外皮和粉状内芯，其特征是所述内芯由下列化学成分按所述质量百分比制成：Ca 23～28％，Si51～55％，Mg 0.65～1.5％，Ba 1.3～2.5％，Re 0.6～1.0％，B 0.6～1.2％，Zr1.6～3.5％，Ti 1.3～2.8％，Nb 0.6～1.2％余量为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高强度钢用微合金化复合包芯线，其特征是所述内芯中的元素组份及质量百分比为：Ca 25％，Si 53％，Mg 1.0％、Ba 2.0％，Re 0.8％、B 0.8％、Zr 2.0％、Ti 2.0％，Nb 0.8％，余量为铁和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的高强度钢用微合金化复合包芯线，其特征是所述内芯中粉状颗粒的粒度为1～1.5毫米。