CN102061412B - 一种锰基高钛含量的MnAlSiTi合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锰基高钛含量的MnAlSiTi合金，所述MnAlSiTi合金中各化学成分的质量百分含量为：Mn40%～55%，Al12~18%，Si13%～22%，Ti1%～12%，余量为Fe以及杂质元素。制备该合金的过程是将废铝屑、钛铁、纯铝、硅锰合金与造渣剂按照单质元素的要求进行称量，按照底渣、废铝屑、钛铁、硅锰合金、纯铝的加料顺序依次加入感应炉中熔炼；凝固时采用慢—快—慢的方式。本发明方法制备的合金锰含量高、钛含量高，可放宽原料碳等杂质元素入炉含量范围，成本低；制备的合金可在各种气候条件下存储，结构稳定不粉化。该合金具备脱氧能力强、杂质去除率高、合金化效果好以及钢材的抗疲劳和抗震性能良好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢用中间合金技术领域，具体涉及一种锰基高钛含量的MnAlSiTi合金及其制备方法，该合金可用于抗震钢、不锈钢、含钛钢等的钢液脱氧与合金化。
背景技术
锰系中间合金作为炼钢中必不可少的原料，与钢铁行业的发展息息相关。在我国钢铁行业高速发展的大环境下，锰系中间合金的需求量急剧增加。但在2008年全球金融危机影响下，我国钢铁行业面临产能过剩、节能减排和产业结构调整等重大发展课题，钢铁企业开始注重低碳、绿色、环保和高值生产。
近年来科技工作者为了实现国家战略需求，在开发高附加值新品种钢、如不锈钢、重轨钢、抗震钢等方面做了大量卓有成效的工作，在改进冶炼工艺的同时，发明了利用系列锰系中间合金进行钢液的复合脱氧、去气、排除夹杂、合金化的方法，从而优化钢材性能。但铝锰钛中间合金制备过程中表现出合金元素烧损率高，制备完成后储存中容易时效粉化，这一系列问题大大制约了此类合金的工业实用性。
现有技术中，公开的发明专利大多注重于铝锰中间合金的元素多元化，比如中国专利CN1160087公开的合金Mn≤35%， Al≥18%，却未提及合金粉化问题。事实上，随着锰含量的增加，合金粉化率将大大提高，因而成为该类合金制备的技术瓶颈。传统观点认为合金的粉化是由于合金冶炼过程中高温下Al与C反应生成Al3C4夹杂，Al3C4夹杂在与潮湿空气的水分子接触发生水解反应生成CH4导致合金粉化。如中国专利CN101104875和CN1198473公开了在合金中加入钛来解决合金的粉化问题，但其Ti的含量很低。当合金中钛的含量较低时，合金中大多数钛元素会形成高温稳定化合物，从而使得炼钢时失去对合金元素的有效控制，复合脱氧剂的合金化作用大大降低。而中国专利CN1908195A则是采用使合金中碳含量≤0.08%来防止合金粉化，但是在实际制备过程中，控制过低的碳含量会增大制造的成本。中国专利CN101191172防止合金粉化的措施是控制碳含量＜0.3%，直接使用金属锰替代高碳锰铁或中碳锰铁，虽然碳含量要求较专利CN1908195A低，但直接使用金属锰将大大增加生产成本。中国专利CN1718764为达到合金中铝锰等元素含量要求又避免合金粉化问题，直接采用压制原料的方式生产铝锰压块，需要增加粘接辅料、致使带入钢中的杂质含量升高。上述专利提出的解决合金粉化问题的技术方案并没有真正的解决合金的粉化问题，新的观点认为少量的Al3C4水解生成的CH4气体只能使得合金局部应力增加而导致合金出现裂纹，并不能使得合金整体结构全部失效而粉化；粉化的真正原因是由于高温下Al的大量氧化产生的氧化铝颗粒数量较多，同时分布于合金的基体内部与晶界处未即时排除，合金凝固过程中氧化铝夹杂与合金相之间相互作用而导致粉化；同时还存在成本高、合金元素多元化优势不明显、脱氧能力弱等问题。因此，目前急需一种合金化效果好、脱氧能力强、锰含量高且不易粉化的MnAlSiTi合金来解决现有技术存在的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明目的在于提供一种用于钢液脱氧能力强、合金化效果好，锰含量高且不易粉化的锰基高钛含量的MnAlSiTi合金。
本发明的另一目的是提供一种制备锰基高钛含量的MnAlSiTi合金的方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种锰基高钛含量的MnAlSiTi合金，所述MnAlSiTi合金中各化学成分的质量百分含量为：Mn 40%～55%，Al 12~18%，Si 13%～22% ，Ti 1%～12%，余量为Fe以及杂质元素。
一种制备锰基高钛含量的MnAlSiTi合金的方法，包括如下步骤：
1）原料准备：各原料的质量百分含量为：废铝屑0.1%~8%，纯铝块5%~20%、钛铁3%~35%，硅锰合金60%~80%；造渣剂用量为原料总质量的3%~10%，炉渣碱度为1～4；
2）原料熔炼：
A：加入造渣剂在熔炼炉底部，再按配比加入原料废铝屑的5%～10%；
B：待步骤A加入的废铝屑完全熔化后，按配比加入钛铁、硅锰合金和余量废铝屑；
C：待步骤B加入的钛铁、硅锰合金和余量废铝屑完全熔化后，加入纯铝块；
D：待加入的原料充分熔炼后，镇静3-5分钟，扒渣，浇注到铜模或砂模；
3）冷却处理：将经过步骤2）原料熔炼得到的合金自然空冷到1300℃，再喷水雾快速凝固到550℃左右，然后空冷自然凝固，得到MnAlSiTi合金。
进一步，所述造渣剂包括氧化钙、氧化镁、氧化硅和氟化钙中的两种或多种。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）本发明制备的MnAlSiTi合金锰含量高，比重大，更易加入钢液中，使锰、铝元素烧损少，比传统含铝铁合金脱氧能力强；锰含量高，与铝共同作用产生的复杂脱氧产物铝硅酸盐熔点低，在钢液中易于聚合长大排除，提高杂质去除率。
（2）本发明制备的MnAlSiTi合金中钛含量高，合金直接生成的TiC相可在炼钢中起到细化晶粒，提高钢材的晶间腐蚀作用；由于TiC的碳势远低于Al3C4的碳势，从而防止Al3C4相生，防止合金出现裂纹，使得合金结构更加稳定；而过量的钛会形成合金相，可达到提高含钛钢、抗震钢等的合金化效果。
（3）本发明方法在制备过程中加入造渣剂，从而有效调节了MnAlSiTi合金冶炼过程中熔渣的流动性，防止感应炉驼峰现象造成熔渣层的破损，保证合金熔体与空气隔绝，降低合金元素的氧化烧损率，1～4的熔渣碱度，可使熔渣吸收氧化铝效率达到最佳，防止MnAlSiTi合金凝固时氧化铝夹杂与合金各相相互作用，真正做到防止合金粉化。
（4）本发明方法在冷却处理步骤采取了分温度段冷却的方法，即1650℃～1300℃缓慢冷却，1300℃～550℃喷水快速凝固，低于550℃自然冷却，在不同的温度段采用不同的冷却速度，从而有效保证了合金元素的收得率和不粉化。
（5）本发明降低了对冶炼原料的成分要求，放宽了原料碳等杂质元素入炉含量范围，成本低，从而拓宽了原料供应范围。
附图说明
图1是本发明方法原料熔炼步骤的加料顺序图。
具体实施方式
一种锰基高钛含量的MnAlSiTi合金，可采用感应电炉或矿热炉或真空电炉熔炼。
实施例1：
（1）原料：冶炼1000 kg的MnAlSiTi合金，原料烧损按3%考虑，其配比为：废铝屑5 kg、纯铝150kg，钛铁220kg，FeMn64Si16合金655kg；造渣剂重量为入炉原料重量的10%，氧化钙75kg，氧化硅25kg，氟化钙3kg，炉渣碱度为3。
（2）原料熔炼：
A：加入造渣剂在熔炼炉底部，加入原料废铝屑的10%；
B：待步骤A加入的废铝屑完全熔化后，加入钛铁、硅锰合金和余量废铝屑；
C：待步骤B加入的钛铁、硅锰合金和余量废铝屑完全熔化后，加入纯铝块；
D：待加入的原料充分熔炼后，镇静3-5分钟，扒渣，浇注到铜模或砂模。
（3）冷却处理：自然空冷到1300℃，喷水雾快速凝固到550℃左右，然后空冷自然凝固。
本实施例制备的MnAlSiTi合金中的各组分的质量百分含量是：Mn：43.3%，Al：15.0%，Si：13.6%，Ti：7.0%，其余为Fe和杂质。
本发明方法制备的锰基高钛含量的MnAlSiTi合金可以在以下典型的储存环境中进行存储，从而表明该合金的存储条件要求不高，便于存放，并且存放超过半年也不会发生粉化。
实施例2：
（1）原料：冶炼5000 kg的MnAlSiTi合金，原料烧损按2%考虑，其配比为：废铝屑30 kg、纯铝650kg，钛铁1000kg，FeMn68Si18合金3420kg；造渣剂重量为入炉原料重量的5%，氧化钙135kg，氧化镁50 kg，氧化硅60kg，氟化钙10kg，炉渣碱度为3.1。
其它步骤同实施例1所述。
本实施例制备的MnAlSiTi合金中的各组分的质量百分含量是：Mn：46.0%，Al：14.3%，Si：14.2%，Ti：5.7%，其余为Fe和杂质。
实施例3：
（1）原料：冶炼20000 kg的MnAlSiTi合金，原料烧损按1%考虑，其配比为：废铝屑200 kg、纯铝2000kg，钛铁2000kg，FeMn67Si23合金16000kg；造渣剂重量为入炉原料重量的3%，氧化钙350kg，氧化镁100 kg，氧化硅120kg，氟化钙36kg，炉渣碱度为3.75。
其它步骤同实施例1所述。
本实施例制备的MnAlSiTi合金中的各组分的质量百分含量是：Mn：53.3%，Al：12.0%，Si：16.2%，Ti：3.0%，其余为Fe和杂质。
本发明方法生产的锰基高钛含量的MnAlSiTi合金中的铝、锰、钛收得率高，在自然条件下存放6个月也不会发生粉化，从而满足工业应用要求，利于广泛推广使用。
Claims (2)
1.一种制备锰基高钛含量的MnAiSiTi合金的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）原料准备：各原料的质量百分比含量为：废铝屑0.1%~8%，纯铝块5%~20%，钛铁3%~35%，硅锰合金60%~80%；造渣剂用量为原料总质量的3%~10%，炉渣碱度为1~4；
2）原料熔炼：
A:加入造渣剂在熔炼炉底部，再按配比加入原料废铝屑的5%～10%；；
B:待步骤A加入的废铝屑完全融化后，加入钛铁、硅锰合金和余量废铝屑；
C:待步骤B加入的钛铁、硅锰合金和余量废铝屑完全溶化后，加入纯铝块；
D:待加入的原料充分熔炼后，镇静3~5分钟，扒渣，浇注到铜模或砂模进行浇铸；
3）冷却处理：将经过步骤2）原料熔炼得到的合金自然冷到1300℃，再喷水雾快速凝固到550℃，然后空冷自然凝固，得到MnAiSiTi合金；
由上述步骤制得的MnAiSiTi合金中各化学成分的质量百分含量为：Mn 40%~55%，Al 12~18%，Si 13%~22%，Ti 1%~12%，余量为Fe以及杂质元素。
2.根据权利要求1所述的制备锰基高钛含量的MnAiSiTi合金的方法，其特征在于：所述造渣剂是氧化钙、氧化镁、氧化硅和氟化钙中的两种。
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