CN102965469A - 利用钢中二次氧化物夹杂的冶炼控制方法 - Google Patents

Abstract

利用钢中二次氧化物夹杂的冶炼方法。通过对转炉冶炼终点控制、出钢过程控制及炉外精炼工艺控制，使得钢液中保持合适的氧含量，在精炼过程采用特定的合金元素对钢液进行脱氧，使其脱氧产物进入炉渣，维持该特定元素在钢液和炉渣之间的平衡，同时精炼过程中严格控制钢液中的硫含量为0.001%~0.003%，以确保钢液在凝固过程中生成成分合适、尺寸细小、形貌为球形或类球形等的二次氧化物夹杂粒子，并在该类二次氧化物粒子表面析出一层MnS的复合夹杂，这种细小的复合二次氧化物粒子在大线能量焊接的焊接热影响区能够诱导生成针状铁素体，显著改善焊缝及热影响区的强度和韧性。

Description

利用钢中二次氧化物夹杂的冶炼控制方法

技术领域

本发明属于炼钢技术，特别涉及到利用钢中二次氧化物夹杂的冶炼方法。

背景技术

传统的对高强度、厚规格钢板焊接性能要求较高的钢种以及韧性要求较高的非调质钢种一般都是通过成分设计来达到改善焊接性能或冲击韧性，如通过提高相应合金含量、降低碳当量、合适的PCM值等来提高钢种的焊接性能，改善其冲击韧性的，但是这种方法不仅提高了生产成本，而且钢板焊接性能的提高及韧性的改善也很有限。

大线能量焊接要求在1400℃高温下有很强钉轧作用的粒子，并且能进一步细化焊缝和焊接热影响区组织，以减小焊接部位和母材性能的差异；非调质钢则要求在保证材料韧性的情况下能省去热锻后的调质处理，以降低生产成本。而且随着社会的发展和技术的进步，大线能量焊接是未来的发展趋势，因此，钢中二次氧化物夹杂利用技术将为大线能量焊接提供技术保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用钢中二次氧化物夹杂的冶炼方法，通过对冶炼过程脱氧工艺的控制，利用钢-渣-夹杂物之间的平衡得到含有合适的溶解氧的钢液，通过LF精炼炉、VD真空处理炉及软吹去除钢中的一次氧化物夹杂，有效利用钢液凝固过程生成的二次氧化物夹杂，使它们成为诱导生成针状铁素体的形核核心，从而达到改善非调质钢的韧性和高强度厚钢板焊接性能的目的。

本发明的技术方案：利用钢中二次氧化物夹杂的冶炼方法，其工艺步骤为： 

（1）转炉吹炼终点控制钢液中的氧含量为500~900ppm，转炉出钢过程根据钢液中的氧含量加入适量FeSi、FeMn或Si-Mn合金对钢液进行脱氧和合金化；

（2）钢液进入CAS站后进行强吹氩搅拌；钢液进入LF精炼工位后对钢液进行定氧；

（3）造渣操作，加入脱氧元素Ti、Mg、Rem中的一种或几种，得到高碱度、低FeO及合适Ti₂O₃含量的精炼炉渣；在精炼过程中喂入适量的钙线，使钢液中的一次氧化物夹杂通过吹氩搅拌去除；

（4）LF精炼结束时对钢液进行定氧、测温、取样，保证钢液中的铝、钛、氧、硫等元素含量合适；钢液进入VD真空处理炉后，对钢液进行真空处理，在保真空的最后3min采用吹氩弱搅拌，破空后对钢液定氧、测温、取样，成分合适的话软吹一定时间后上台浇注；

（5）钢水浇注，过热度为10~20℃。

本发明的优点：通过调整炉外精炼过程的脱氧工艺和精炼控制工艺，维持炉渣-钢液-夹杂物之间的平衡，去除钢中大颗粒的一次氧化物夹杂，充分利用过去认为无法去除的有害的二次氧化物夹杂，达到改善目标钢种的焊接性能及冲击韧性。

附图说明

图1、图2为采用本发明方法得到的铸坯金相组织照片。

图3、图4为采用本发明方法得到的钢板焊接热影响区组织照片。

具体实施方式

实施例一：利用钢中二次氧化物夹杂的冶炼方法，其工艺步骤为：

入炉铁水先进行铁水预处理，处理后铁水硫含量S=0.021%，温度1286℃，铁水入转炉前必须将渣扒干净。转炉冶炼加入铁水及废钢，铁水137吨，废钢16吨。转炉终点控制C=0.050%，P=0.009%，O=853ppm；严格挡渣出钢，渣厚≤50mm，出钢时间5min，出钢1/5向钢包中加入硅铁（FeSi）和锰铁(FeMn)进行脱氧，同时向钢包中加入预熔渣350kg，石灰600Kg，出钢3/5加完合金及渣料，脱氧没有加铝铁(FeAl)等含铝铁合金，其他合金按正常要求添加；钢液在炉后不喂铝线，只进行测温和吹氩操作。

钢水运送到LF精炼工位后，先送电5min，送电过程可加入造渣料，但不能加脱氧剂及能脱氧的渣料，然后测温，温度合适后进行定氧，定氧结果为40ppm，此时可向钢水中加入200kg钛铁，加入钛铁后，吹Ar搅拌5min，然后对钢液进行正常的造渣和加热升温，并根据精炼炉渣的实际情况向渣面撒入适量电石或碳粉进行脱氧，以确保精炼炉渣的还原性，在LF精炼末期按成分要求加入B铁（150t装入量，硼铁需准确称量），确保B铁必须加入到钢水中。精炼结束前对钢液进行定氧，溶解氧含量0.0018%，将钢水运送到VD炉进行真空处理。真空处理保真空时间18min，在保真空的最后3min采用吹氩弱搅拌，破空后对钢液定氧、测温、取样，软吹15min后上台浇注，钢水浇注过程的平均过热度为18℃。

对钢板中氧化物夹杂的检测分析发现，钢中典型夹杂物氧化物粒子成分合适、尺寸细小、呈球形或类球形，且分布均匀。铸坯组织见图1。在热输入为140kJ/cm的条件下焊接，焊接接头处性能见表1，焊接热影响区组织见图3。焊接结果表明钢板焊接性能优良，能满足标准要求。

表1 焊接接头拉伸和弯曲性能及不同位置试件冲击结果

实施例二：利用钢中二次氧化物夹杂的冶炼方法，其工艺步骤为：

入炉铁水先进行铁水预处理，处理后铁水硫含量S：0.019%，温度：1297℃，铁水入转炉前必须将渣扒干净。转炉冶炼加入铁水及废钢，铁水135吨，废钢18吨。转炉终点控制C=0.040%，P：0.008%，O=766ppm；严格挡渣出钢，渣厚≤50mm，出钢时间6min，出钢1/5向钢包中加入硅铁（FeSi）和锰铁(FeMn)进行脱氧，同时向钢包中加入预熔渣350kg，石灰600Kg，出钢3/5加完合金及渣料，禁止加入铝铁(FeAl)等含铝铁合金进行脱氧，其他合金按正常要求添加；钢液在炉后不喂铝线，只进行测温和吹氩操作。

钢水运送到LF精炼工位后，先送电5min，送电过程可加入造渣料，但不能加脱氧剂及能脱氧的渣料，然后测温，温度合适后进行定氧，定氧结果为46ppm，此时可向钢水中加入220kg钛铁，加入钛铁后，吹Ar搅拌5min，然后对钢液进行正常的造渣和加热升温，并根据精炼炉渣的实际情况向渣面撒入适量电石或碳粉进行脱氧，以确保精炼炉渣的还原性，在LF精炼末期按成分要求加入B铁（150t装入量，硼铁需准确称量），确保B铁必须加入到钢水中。精炼结束前对钢液进行定氧，溶解氧含量0.0016%，将钢水运送到VD炉进行真空处理。真空处理保真空时间18min，在保真空的最后3min采用吹氩弱搅拌，破空后对钢液定氧、测温、取样，软吹15min后上台浇注，钢水浇注过程的平均过热度为16℃。

对钢中氧化物夹杂的检测分析发现，钢中典型夹杂物氧化物粒子成分合适、尺寸细小、呈球形或类球形，且分布均匀。铸坯组织见图2。在热输入为190kJ/cm的条件下焊接，焊接接头处性能见表2，焊接热影响区组织见图4。焊接结果表明钢板焊接性能优良，能满足标准要求。

表2   焊接接头拉伸和弯曲性能及不同位置试件冲击结果

Claims (1)

1.利用钢中二次氧化物夹杂的冶炼方法，其特征在于按以下工艺步骤进行： 

（1）转炉吹炼终点控制钢液中的氧含量为500~900ppm，转炉出钢过程根据钢液中的氧含量加入适量FeSi、FeMn或Si-Mn合金对钢液进行脱氧和合金化；

（2）钢液进入CAS站后进行强吹氩搅拌；钢液进入LF精炼工位后对钢液进行定氧；

（3）造渣操作，加入脱氧元素Ti、Mg、Rem中的一种或几种，得到高碱度、低FeO及合适Ti₂O₃含量的精炼炉渣；在精炼过程中喂入适量的钙线，使钢液中的一次氧化物夹杂通过吹氩搅拌去除；

（4）LF精炼结束时对钢液进行定氧、测温、取样，保证钢液中的铝、钛、氧、硫等元素含量合适；钢液进入VD真空处理炉后，对钢液进行真空处理，在保真空的最后3min采用吹氩弱搅拌，破空后对钢液定氧、测温、取样，成分合适的话软吹一定时间后上台浇注；

（5）钢水浇注，过热度为10~20℃。

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