CN102776322A

CN102776322A - 一种采用形核剂细化晶粒处理管线钢中夹杂物的方法

Info

Publication number: CN102776322A
Application number: CN2012102764538A
Authority: CN
Inventors: 孙彦辉; 马文; 熊辉辉; 韦耀环
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2012-11-14

Abstract

本发明涉及一种采用形核剂细化晶粒处理管线钢中夹杂物的方法，属于金属材料或冶金领域。其特征是在钢液冶炼末期，或在出钢过程或直接在连铸结晶器中添加0.5%体积分数的TiN粒子或者0.2%体积分数的ZrC粒子，达到管线钢夹杂物尺寸纳米化、分布均匀化及变形塑性化的目的。直接向钢液中加入高纯度的TiN或ZrC形核剂粒子，既没有带入其它杂质元素而污染钢水，而且减少了设备投资，同时较少了工序复杂性，此外钢的凝固组织为铁素体和珠光体且分布比较均匀，钢的晶粒细化到5μm～8μm，同时管线钢的屈服强度和抗拉强度分别提升了22.0%～37.9%和64.3%～74.8%，且管线钢的塑性良好。

Description

一种采用形核剂细化晶粒处理管线钢中夹杂物的方法

技术领域

本发明涉及一种采用形核剂细化晶粒处理管线钢中夹杂物的方法，属于金属材料或冶金领域。

背景技术

在目前的钢铁生产流程中，连铸技术已经被广泛采用。连铸坯质量的好坏直接关系到最终钢材质量的优劣。因此，不断提高连铸坯质量一直是冶金工作者所关注的重要研究课题。众所周知，在钢液凝固过程中，钢中元素成分偏析是普遍存在的现象，而且难以避免。元素偏析程度大小表明了钢中元素分布的不均匀性程度。偏析越严重，连铸坯成分分布越不均匀。对于优质钢材来说，用户所追求的目标是钢材成分分布均匀、稳定，性能一致，没有质量缺陷。而连铸坯的偏析常常会造成最终钢材的成分分布不均匀，性能不稳定。偏析可以分为宏观偏析和微观偏析，而宏观偏析对钢材危害尤为严重。因此，减轻甚至消除连铸坯的偏析是连铸工作者所不断追求的目标。

钢液中元素在凝固过程中所产生的偏析现象，其本质是溶质元素在固、液两相中不均匀分配所造成的。是由溶质元素本身特性所决定的，但其偏析程度与凝固工艺密切相关，因此人们仍然可以通过改变凝固工艺来有效地减轻偏析程度甚至消除。要想有效地减轻偏析，尤其是宏观偏析，其中一种重要的手段就是改变连铸坯的凝固结构。

为了获得良好的铸态晶粒细化组织，尽可能增加凝固过程中的形核核心数目是一种重要手段。增加形核核心的办法一般由外加形核细化晶粒剂和内生形核核心两类。所谓的内生形核就是利用钢液内部的有关元素进行化学发硬来生成核心，达到细化晶粒的目的。这种方法必然增加了钢水成分控制难度，同时在浇注过程中因冷却制度控制不好而导致铸坯种种缺陷的产生。

发明内容

本发明目的是为了克服钢水成分和浇注过程冷却制度控制困难的难题，通过向钢液中加入高纯度的TiN或ZrC粒子形核剂的方式来达到增加形核核心，细化凝固组织，从而达到管线钢中夹杂物尺寸纳米化、分布均匀化及变形塑性化的根本目的。

一种采用形核剂细化晶粒处理管线钢中夹杂物的方法，其特征是选TiN粒子或ZrC粒子中的一种作为形核剂，在钢液冶炼末期，或在出钢过程或直接在连铸结晶器中添加0.5%体积分数的TiN粒子或者0.2%体积分数的ZrC粒子，达到管线钢夹杂物尺寸纳米化、分布均匀化及变形塑性化的目的。

TiN质量百分比为:Ti—65%~85%，N—25%~35%，粒度≤2μm；ZrC质量百分比为:Zr—75%~95%，C—5%~25%，粒度≤2.3μm。

所加入的TiN、ZrC形式为固态粉剂状，或为液态熔融状。

形核剂加入前，要求钢液成分质量百分数范围：碳含量为0.055～0.07%，钛含量控制在0.01～0.10%范围，酸溶铝含量为0.02～0.05%，钙含量为0.0021～0.0051%，且钢的Ca/Al比大于0.1，T[O]含量在50～60ppm的范围，[N]含量在30～55ppm的范围，杂质元素含量硫低于0.008%，磷低于0.03%，余量为铁。

本发明加入形核剂前精炼过程要求对钢液进行钙处理，使得各炉钢的Ca/Al比大于0.1，其中CaFe线中要求Ca为28～30%（质量百分数）。

本发明管线钢浇注过程中，浇注温度为1520～1540℃，向结晶器中加入0.5%体积分数的TiN粒子，在扫描电镜下观察发现其凝固组织为铁素体＋珠光体，晶粒尺寸平均为5μm左右，而且屈服强度和抗拉强度分别由378.33Mpa 和476.67Mpa提升到521.67Mpa和833.33Mpa，且韧窝亦较发达，说明了钢样具有良好的塑性。

本发明管线钢浇注过程中，浇注温度为1510～1530℃，向结晶器中加入0.2%体积分数的ZrC粒子，在扫描电镜下观察发现其凝固组织为亦为铁素体＋珠光体，晶粒尺寸平均为8μm左右，而且屈服强度和抗拉强度分别由378.33和476.67提升到461.67Mpa和783.33Mpa，且韧窝亦较发达，说明了钢样具有良好的塑性。

本发明与背景技术比较发现，克服了钢水成分和浇注过程冷却制度控制困难的难题。直接向钢液中加入高纯度的TiN或ZrC形核剂粒子，既没有带入其它杂质元素而污染钢水，而且减少了设备投资，同时较少了工序复杂性，此外钢的凝固组织为铁素体和珠光体且分布比较均匀，钢的晶粒细化到5μm～8μm，同时管线钢的屈服强度和抗拉强度分别提升了22.0%～37.9%和64.3%～74.8%，且管线钢的塑性良好，达到了管线钢中夹杂物尺寸纳米化、分布均匀化及变形塑性化的要求。

附图说明

图1a为0.5%TiN锻造样拉伸断口形貌示意图。

图1b为0.5%TiN凝固组织锻造样拉伸断口形貌示意图。

屈服强度和抗拉强度分别由378.33Mpa和476.67Mpa提升到521.67Mpa和833.33Mpa，且韧窝亦较发达(如图1b所示), 说明了钢样具有良好的塑性。

图2a 0.2%ZrC锻造样拉伸断口形貌示意图。

图2b 0.2%ZrC凝固组织拉伸断口形貌示意图。

如图2a所示，屈服强度和抗拉强度分别由378.33和476.67提升到461.67Mpa和783.33Mpa，且韧窝亦较发达(如图2b所示), 说明了钢样具有良好的塑性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1：

添加形核剂前钢液中的[C]:0.055%，[Ti]:0.02%，[Ca]:0.0021%,[Als]:0.02%，T[O]：50ppm，[N]：50ppm，[S]：0.003%，[P]：0.015%(质量百分数)。在连铸结晶器中添加添加0.5%体积分数的粒度≤2μm的高纯度固态粉剂状TiN粒子，钢坯样的凝固组织为铁素体和珠光体，晶粒尺寸平均为5μm左右，且屈服强度和抗拉强度分别由378.33Mpa和476.67Mpa提升到521.67Mpa和833.33Mpa，同时韧窝亦较发达, 钢样塑性良好，取得很好的效果。

实施例2：

添加形核剂前钢液中的[C]:0.061%，[Ti]:0.03%，[Ca]:0.002%, [Als]:0.03%，T[O]：45ppm，[N]：55ppm，[S]：0.003%，[P]：0.015%(质量百分数)，在浇注过程中，浇注温度为1510～1530℃，向结晶器中加入0.2%体积分数的高纯度液态熔融状的ZrC，在扫描电镜下观察发现其凝固组织为亦为铁素体＋珠光体，晶粒尺寸平均为8μm左右,而且屈服强度和抗拉强度分别提高22.0%和64.3%，且韧窝亦较发达, 说明了钢样具有良好的塑性。

Claims

1.一种采用形核剂细化晶粒处理管线钢中夹杂物的方法，其特征是选TiN粒子或ZrC粒子中的一种作为形核剂，在钢液冶炼末期，或在出钢过程或直接在连铸结晶器中添加0.5%体积分数的TiN粒子或者0.2%体积分数的ZrC粒子，达到管线钢夹杂物尺寸纳米化、分布均匀化及变形塑性化的目的。

2.根据权利要求1所述的采用形核剂细化晶粒处理管线钢中夹杂物的方法，其特征在于TiN质量百分比为:Ti—65%~85%，N—25%~35%，粒度≤2μm；ZrC质量百分比为:Zr—75%~95%，C—5%~25%，粒度≤2.3μm。

3.根据权利要求1所述的采用形核剂细化晶粒处理管线钢中夹杂物的方法，其特征在于所加入的TiN、ZrC形式为固态粉剂状或液态熔融状。

4.根据权利要求1所述的采用形核剂细化晶粒处理管线钢中夹杂物的方法，其特征在于形核剂加入前，要求钢液成分质量百分数范围：碳含量为0.055～0.07%，钛含量控制在0.01～0.10%范围，酸溶铝含量为0.02～0.05%，钙含量为0.0021～0.0051%，且钢的Ca/Al比大于0.1，T[O]含量在50～60ppm的范围，[N]含量在30～55ppm的范围，杂质元素含量硫低于0.008%，磷低于0.03%，余量为铁。