CN102312152B

CN102312152B - 含硼钢的生产方法

Info

Publication number: CN102312152B
Application number: CN 201110293963
Authority: CN
Inventors: 刘明; 邓通武; 康斌; 曾耀先; 熊元波; 寄海明; 陈小龙; 刘昌恒
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: CN102312152A

Abstract

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及含硼钢的生产方法。本发明方法生产的含硼钢在连铸机上浇铸时，不会产生大量的Al₂O₃堵塞连铸机结晶器水口。本发明含硼钢的生产方法包括：转炉初炼钢液、出钢、钢包移入LF炉精炼、浇铸步骤。a出钢过程中进行预脱氧：向钢包中投入电石使钢液氧活度在0.0025％以下；b精炼时进一步脱氧：精炼加热前每吨钢加入电石3.5～4.5kg，加热过程中每吨钢加入金属铝丸0.15～0.45kg；c精炼完后先向钢液中加入铝，使钢液铝含量在0.005～0.010％，然后再加入钛铁控制钢液钛在0.020～0.035％，最后加入硼铁控制硼在0.0005～0.0035％。本发明方法即使200×200mm以下的小规格连铸机也能顺利浇铸含硼钢，可适应于所有断面尺寸的连铸机浇铸含硼钢。

Description

含硼钢的生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及含硼钢的生产方法。

背景技术

微量硼(0.001％左右)可以吸附在奥氏体晶界，降低晶界能量，阻抑铁素体晶核的形成，成倍地提高中低碳钢的淬透性，因此中低碳钢常添加0.0005～0.003％的微量硼来提高钢的淬透性。但硼是极活泼的元素之一，能与钢中的残余氧和氮形成稳定的夹杂物，而失去有益作用，只有以固溶形式存在的硼才能起到有益的作用。

已有的研究证明：为保证硼提高淬透性的作用，必须在钢的冶炼过程中首先采用铝脱去钢液的自由氧，并用钛固定钢液中的氮，才能保证加入硼的有效作用。

例如：

CN100519769C公开了一种转炉冶炼生产含硼钢的方法，其特征是采用转炉冶炼→钢包脱氧、精炼→硼合金化的工艺生产含硼钢，具体的操作规定为：首先是在转炉出钢后加入铝和精炼渣对钢液和钢渣进行脱氧，控制钢液酸溶铝在0.02～0.04％范围内，然后在LF炉精炼控制钢渣中的FeO+MnO≤2.0％，以及钢液的α_[O]≤10ppm，最后再次向钢包加入铝进行深脱氧后，加入钛铁和硼铁进行合金化。采用此工艺硼的收得率为69.4～91.8％。

CN101660101A公开了一种低碳耐磨工程机械履带板用钢极其制造方法，其化学成分按重量百分比计为C：0.17～0.27％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.85～1.20％，Cr：0.10～0.30％，Al：0.010～0.060％，Cu：0.010～0.20％，Ni：0.01～0.20％，P：0.003～0.025％，S：0.001～0.025％，Ti：0.020～0.060％，B：0.0005～0.0035％，[O]：5～20×10^-6％，[N]：40～90×10^-6％，余为Fe和不可避免的杂质。CN101660101A公开的钢含有0.0005～0.0035％的硼，涉及到硼钢的生产方法。其制造方法是采用电炉冶炼→出钢→LF炉外精炼→VD真空脱气处理。CN101660101A说明书第5页最后一段，也提到了保证硼有效性(也可称为有效硼)的方法，即要求最好控制在Al0.020～0.050％范围内。

综合上述公开技术，为保证硼提高淬透性的作用，钢中必须存在有0.02％以上的铝，才能保证加入硼的有效作用。根据生产实践，CN100519769C和CN101660101A提到的控制铝或酸溶铝不低于0.02％，存在有一定的局限性。具体为铝或酸溶铝大于0.02％的钢液，在浇铸过程中会产生一定量的Al₂O₃，这些Al₂O₃会堵塞连铸机结晶器水口，特别是在断面为200×200mm或者200×200mm以下连铸机上尤为严重，使小规格连铸机无法浇铸。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种含硼钢的生产方法，采用该方法生产的含硼钢在连铸机上浇铸时，不会产生大量的Al₂O₃堵塞连铸机结晶器水口，即使200×200mm以下的小规格连铸机也能顺利浇铸含硼钢，可适应于所有断面尺寸的连铸机浇铸含硼钢。

本发明含硼钢的生产方法包括：转炉初炼钢液、钢液出钢至钢包、钢包移入LF炉精炼、浇铸步骤。

a、出钢过程中进行预脱氧：向钢包中投入电石使钢液氧活度在0.0025％以下；

b、精炼时进一步脱氧：精炼加热前每吨钢加入电石3.5～4.5kg，加热过程中每吨钢加入金属铝丸0.15～0.45kg；

c、精炼完后向钢液中加入铝，使钢液铝重量百分比含量在0.005～0.010％，加入钛铁控制钢液钛重量百分比含量在0.020～0.035％，加入硼铁控制硼重量百分比含量在0.0005～0.0035％。

所述电石含CaC₂70％以上时效果较好。

步骤a转炉内加入铁水的成分组分3.7～4.9％的C、0.007～0.015％的Si、0.009～0.023％的Mn、0.062～0.074％的P、0.047～0.069％的S，余量为Fe。优选为4.1～4.5％的C、0.010～0.012％的Si、0.012～0.020％的Mn、0.065～0.071％的P、0.050～0.066％的S，余量为Fe。

步骤a转炉初炼完成后的终点化学组分0.07～0.43％的C、0.011～0.023％的P、0.011～0.021％的S、0.007～0.018％的Si，0.047～0.093％的Mn，余量为Fe。优选为0.10～0.40％的C、0.014～0.020％的P、0.013～0.018％的S、0.01～0.015％的Si，0.05～0.09％的Mn，余量为Fe。

如果转炉初炼完成后的钢液终点化学组分与所需含硼钢产品成分不同，在出钢过程中，钢液中投入沥青胶、硅铁或锰铁调整C、Si、Mn的含量，使C、Si、Mn的含量符合所需含硼钢产品的成分要求。其中沥青胶含固定C在92％以上。

优选的，步骤a为了使钢液氧活度在0.0025％以下，电石用量根据转炉初炼终点碳含量为依据，当转炉终点碳重量百分比在0.10％以下时按每吨钢3.5～4.5kg投入；当转炉终点碳重量百分比大于0.10％、小于0.15％时按每吨钢2.5～3.5kg投入；当为转炉终点碳重量百分比在0.15％以上时按每吨钢1.5～2.5kg投入。

进一步优选的，步骤a当转炉终点碳重量百分比在0.10％以下时按每吨钢3.8～4.2kg投入；当转炉终点碳重量百分比大于0.10％、小于0.15％时按每吨钢2.8～3.2kg投入；当为转炉终点碳重量百分比在0.15％以上时按每吨钢1.8～2.2kg投入。

步骤b精炼加热前每吨钢加入电石3.8～4.2kg，加热过程中每吨钢加入金属铝丸0.2～0.4kg。

本发明的有益效果是：

连铸机在浇铸过程中结晶器水口发生堵塞，是由于钢液中铝含量过高而导致的，根据实际生产情况，如果铸坯尺寸小于200×200mm，且浇铸的是含铝0.02％以上的钢液，就有可能使连铸机结晶器水口堵塞，导致连铸机无法浇铸。

但通常为了保证含硼钢中硼元素提高淬透性的作用，含硼钢必须在钢的冶炼过程中首先采用铝脱去钢液的自由氧，并用钛固定钢液中的氮，才能保证加入硼的有效作用。分析含硼钢生产关键点，0.02％以上的铝只是为了尽可能的脱去钢液中的自由氧，

本发明方法保证了钢液的自由氧被去除，而又不至于使钢液中的铝过高，从而保证200×200mm以下连铸机顺利浇铸。

本发明脱去钢液自由氧的方法具体为：

在钢液初炼完毕后的出钢过程不采用铝进行预脱氧，而采用电石。又根据转炉冶炼过程中碳和平衡氧通常为一常数的关系，本发明技术采取了根据转炉不同终点碳，相应加入不同电石数量的办法来进行预脱氧。钢液经过上述预脱氧后，钢液氧活度α_[O]可控制在0.0025％以下。

上述预脱氧完成后，将钢包移到LF精炼炉对钢液进行精炼，进一步脱氧。具体方法为：加热前加入电石，加热过程中加入金属铝丸。在LF精炼时的脱氧为扩散脱氧，加入的电石和金属铝丸比重轻，不会进入钢液。扩散脱氧后钢液α_[O]可控制在0.0015％以下，钢渣氧化性FeO+MnO可控制在1.5％以下。在LF炉精炼工艺如果仅仅使用电石，钢渣氧化性FeO+MnO很难控制在1.5％以下，只能达到1.5～2.0％的水平，因此每吨钢加入0.2～0.4kg的金属铝丸是十分必要的。

钢包精炼完后还需要向钢液加入铝，使钢液铝含量为0.005～0.010％，钢液在完全脱氧后加入的铝基本上全部形成AlN，有固定氮的效果，可减少钛使用量，避免大块TiN夹杂出现。另外AlN对细化钢的晶粒也有益。

采用本发明方法脱去钢液中自由氧后，按照常规含硼钢的生产方法加入钛铁固定钢液中的氮，加入硼铁控制硼在0.0005～0.0035％范围内，然后在连铸机上进行浇铸，就完成了含硼钢的生产。

具体实施方式

现结合实施例进一步描述本发明。

实施例1

在容量120吨转炉上生产23MnB推土机履带板钢，生产工艺为120吨转炉初炼钢液→120吨LF炉精炼钢液→6机6流方坯连铸机浇铸成360mm×450mm铸坯。

首先在转炉内加入铁水，铁水成分组分为4.3％的C、0.010％的Si、0.015％的Mn、0.065％的P、0.052％的S，余量为Fe，利用转炉吹氧脱C的功能，将铁水初炼成钢液，转炉初炼完成后的终点化学组分为0.05％的C、0.15％的P、0.015％的S、0.01％的Si，0.05％的Mn，余量为Fe。此时从转炉出钢到钢包中，出钢量为130吨，出钢过程中向钢包投入CaC₂70％以上的电石520kg(按每吨钢4kg投入)。另外出钢过程中，还需按23MnB钢化学组分要求投入沥青胶(含固定C在92％以上)、硅铁和锰铁控制C在0.20～0.27％范围内，Si在0.15～0.35％范围内，Mn在0.80～1.10％范围内。出完钢后用定氧仪测定钢液氧活度α_[O]为0.0025％。

然后将钢包移到LF精炼炉，加热前加入CaC₂70％以上的电石520kg(按每吨钢4kg加入)，加热3分钟后再加入26kg的金属铝丸(按每吨钢0.2kg加入)，10分钟后加热完毕，用定氧仪测定钢液氧活度α_[O]为0.0013％。定氧仪测定氧浓度后，用喂线机向钢液喂入铝线控制铝在0.010％，然后再加入钛铁控制钢液钛在0.020％，最后加入硼铁控制硼在0.0020％。

最后在6机6流方坯连铸机浇铸成360mm×450铸坯，结晶器水口没有变小现象，浇铸过程顺利。制得的23MnB钢，其化学组分按重量百分比为0.23％的C、0.21％的Si、0.90％的Mn、0.016％的P、0.014％的S、0.005％的Als、0.020％的Ti和0.0020％的B，余量为Fe。

实施例2

在120吨转炉上生产23MnB推土机履带板钢，生产工艺为120吨转炉初炼钢液→120吨LF炉精炼钢液→6机6流方坯连铸机浇铸成200mm×200mm铸坯。

首先在转炉内加入铁水，铁水成分组分为4.4％的C、0.011％的Si、0.012％的Mn、0.068％的P、0.050％的S，余量为Fe。利用转炉吹氧脱C的功能，将铁水初炼成钢液，转炉初炼完成后的终点化学组分为0.10％的C、0.19％的P、0.013％的S、0.01％的Si，0.05％的Mn，余量为Fe。此时从转炉出钢到钢包中，出钢量为130吨，出钢过程中向钢包投入CaC₂70％以上的电石520kg(按每吨钢4kg投入。另外出钢过程中，还需按23MnB钢化学组分要求投入沥青胶(含固定C在92％以上)、硅铁和锰铁控制C在0.20～0.27％范围内，Si在0.15～0.35％范围内，Mn在0.80～1.10％范围内。出完钢后用定氧仪测定钢液氧活度α_[O]为0.0019％。

然后将钢包移到LF精炼炉，加热前加入CaC₂70％以上的电石520kg(按每吨钢4kg加入)，加热3分钟后再加入39kg的金属铝丸(按每吨钢0.3kg加入)，10分钟后加热完毕，用定氧仪测定钢液氧活度α_[O]为0.0007％。定氧仪测定氧浓度后，用喂线机向钢液喂入铝线控制铝在0.005％，然后再加入钛铁控制钢液钛在0.030％，最后加入硼铁控制硼在0.0005％。

最后在6机6流方坯连铸机浇铸成150mm×150mm铸坯，结晶器水口没有变小现象，浇铸过程顺利。制得的23MnB钢，其化学组分按重量百分比为0.21％的C、0.18％的Si、1.05％的Mn、0.020％的P、0.010％的S、0.008％的Als、0.031％的Ti和0.0016％的B，余量为Fe。

实施例3

在容量120吨转炉上生产23MnB推土机履带板钢，生产工艺为120吨转炉初炼钢液→120吨LF炉精炼钢液→6机6流方坯连铸机浇铸成200mm×200mm铸坯。

首先在转炉内加入铁水，铁水成分组分为4.2％的C、0.010％的Si、0.020％的Mn、0.070％的P、0.066％的S，余量为Fe。利用转炉吹氧脱C的功能，将铁水初炼成钢液，转炉初炼完成后的终点化学组分为0.12％的C、0.014％的P、0.016％的S、0.010％的Si，0.05％的Mn，余量为Fe。此时从转炉出钢到钢包中，出钢量为130吨，出钢过程中向钢包投入CaC₂70％以上的电石390kg(按每吨钢3kg投入。另外出钢过程中，还需按23MnB钢化学组分要求投入沥青胶(含固定C在92％以上)、硅铁和锰铁控制C在0.20～0.27％范围内，Si在0.15～0.35％范围内，Mn在0.80～1.10％范围内。出完钢后用定氧仪测定钢液氧活度α_[O]为0.0021％。

然后将钢包移到LF精炼炉，加热前加入CaC₂70％以上的电石520kg(按每吨钢4kg加入)，加热3分钟后再加入52kg的金属铝丸(按每吨钢0.4kg加入)，10分钟后加热完毕，用定氧仪测定钢液氧活度α_[O]为0.0009％。定氧仪测定氧浓度后，用喂线机向钢液喂入铝线控制铝在0.007％，然后再加入钛铁控制钢液钛在0.035％，最后加入硼铁控制硼在0.0035％。

最后在6机6流方坯连铸机浇铸成150mm×150mm铸坯，结晶器水口没有变小现象，浇铸过程顺利。制得的23MnB钢，其化学组分按重量百分比为0.27％的C、0.35％的Si、1.10％的Mn、0.016％的P、0.010％的S、0.010％的Als、0.034％的Ti和0.0035％的B，余量为Fe。

实施例4

在容量120吨转炉上生产35MnTiB为推土机履带板钢，生产工艺为120吨转炉初炼钢液→120吨LF炉精炼钢液→6机6流方坯连铸机浇铸成200mm×200mm铸坯。

首先在转炉内加入铁水，铁水成分组分为4.5％的C、0.012％的Si、0.018％的Mn、0.071％的P、0.065％的S，余量为Fe。利用转炉吹氧脱C的功能，将铁水初炼成钢液，转炉初炼完成后的终点化学组分为0.16％的C、0.018％的P、0.015％的S、0.010％的Si，0.06％的Mn，余量为Fe。此时从转炉出钢到钢包中，出钢量为130吨，出钢过程中向钢包投入CaC₂70％以上的电石260kg(按每吨钢2kg投入。另外出钢过程中，还需按35MnTiB钢化学组分要求投入沥青胶(含固定C在92％以上)、硅铁和锰铁控制C在0.32～0.38％范围内，Si在0.17～0.37％范围内，Mn在0.90～1.30％范围内。出完钢后用定氧仪测定钢液氧活度α_[O]为0.0016％。

然后将钢包移到LF精炼炉，加热前加入CaC₂70％以上的电石520kg(按每吨钢4kg加入)，加热3分钟后再加入26kg的金属铝丸(按每吨钢0.2kg加入)，10分钟后加热完毕，用定氧仪测定钢液氧活度α_[O]为0.0010％。定氧仪测定氧浓度后，用喂线机向钢液喂入铝线控制铝在0.010％，然后再加入钛铁控制钢液钛在0.020％，最后加入硼铁控制硼在0.0030％。

最后在6机6流方坯连铸机浇铸成200mm×200mm铸坯，结晶器水口没有变小现象，浇铸过程顺利。制得的35MnTiB为推土机履带板钢，其化学组分按重量百分比为0.35％的C、0.25％的Si、1.10％的Mn、0.018％的P、0.010％的S、0.008％的Als、0.020％的Ti和0.0030％的B，余量为Fe。

实施例5

在容量80吨转炉上生产40MnB钢种(是一种取代40Cr钢较成功的新钢种，为中碳调制钢或冷镦模具钢)，生产工艺为80吨转炉初炼钢液→80吨LF炉精炼钢液→5机5流方坯连铸机浇铸成150mm×150mm铸坯。

首先在转炉内加入铁水，铁水成分组分为4.1％的C、0.010％的Si、0.020％的Mn、0.065％的P、0.055％的S，余量为Fe。利用转炉吹氧脱C的功能，将铁水初炼成钢液，转炉初炼完成后的终点化学组分为0.40％的C、0.020％的P、0.018％的S、0.015％的Si，0.09％的Mn，余量为Fe。此时从转炉出钢到钢包中，出钢量为80吨，出钢过程中向钢包投入CaC₂70％以上的电石160kg(按每吨钢2kg投入。另外出钢过程中，还需按40MnB钢化学组分要求投入硅铁和锰铁控制Si在0.17～0.37％范围内，Mn在1.10～1.40％范围内。出完钢后用定氧仪测定钢液氧活度α_[O]为0.0018％。

然后将钢包移到LF精炼炉，加热前加入CaC₂70％以上的电石320kg(按每吨钢4kg加入)，加热3分钟后再加入32kg的金属铝丸(按每吨钢0.4kg加入)，10分钟后加热完毕，用定氧仪测定钢液氧活度α_[O]为0.0008％。定氧仪测定氧浓度后，用喂线机向钢液喂入铝线控制铝在0.006％，然后再加入钛铁控制钢液钛在0.021％，最后加入硼铁控制硼在0.0018％。

最后在5机5流方坯连铸机浇铸成150mm×150mm铸坯，结晶器水口没有变小现象，浇铸过程顺利。制得的40MnB钢种，其化学组分按重量百分比为0.40％的C、0.21％的Si、1.35％的Mn、0.022％的P、0.019％的S、0.006％的Als、0.021％的Ti和0.0017％的B，余量为Fe。

Claims

1.含硼钢的生产方法，包括转炉初炼钢液、钢液出钢至钢包、钢包移入LF炉精炼、连铸步骤，其特征在于：

a、钢液出钢至钢包时向钢包中投入电石使钢液氧活度在0.0025%以下；

b、精炼加热前每吨钢加入电石3.5～4.5kg，加热过程中每吨钢加入金属铝丸0.15～0.45kg；

c、精炼完后向钢液中加入铝，使钢液铝重量百分比含量在0.005～0.010%，加入钛铁控制钢液钛重量百分比含量在0.020～0.035%，加入硼铁控制硼重量百分比含量在0.0005～0.0035%；

步骤a转炉初炼完成后的终点化学组分为0.07～0.43%的C、0.011～0.023%的P、0.011～0.021%的S、0.007～0.018%的Si，0.047～0.093%的Mn，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的含硼钢的生产方法，其特征在于：步骤a为了使钢液氧活度在0.0025%以下，电石用量根据转炉初炼终点碳含量为依据，当转炉终点碳重量百分比在0.10%以下时按每吨钢3.5～4.5kg投入；当转炉终点碳重量百分比大于0.10%、小于0.15%时按每吨钢2.5～3.5kg投入；当为转炉终点碳重量百分比在0.15%以上时按每吨钢1.5～2.5kg投入。

3.根据权利要求2所述的含硼钢的生产方法，其特征在于：步骤a为了使钢液氧活度在0.0025%以下，电石用量根据转炉初炼终点碳含量为依据，步骤a当转炉终点碳重量百分比在0.10%以下时按每吨钢3.8～4.2kg投入；当转炉终点碳重量百分比大于0.10%、小于0.15%时按每吨钢2.8～3.2kg投入；当为转炉终点碳重量百分比在0.15%以上时按每吨钢1.8～2.2kg投入。

4.根据权利要求1所述的含硼钢的生产方法，其特征在于：步骤b精炼加热前每吨钢加入电石3.8～4.2kg，加热过程中每吨钢加入金属铝丸0.2～0.4kg。

5.根据权利要求1～4任一项所述的含硼钢的生产方法，其特征在于：转炉初炼完成后的钢液终点化学组分与所需含硼钢产品成分不同时，在出钢过程中，钢液中投入沥青胶、硅铁或锰铁调整C、Si、Mn的含量，使C、Si、Mn的含量符合所需含硼钢产品的成分要求。

6.根据权利要求5所述的含硼钢的生产方法，其特征在于：沥青胶含固定C在92%以上。

7.根据权利要求1～4任一项所述的含硼钢的生产方法，其特征在于：所述电石含CaC₂70%以上。