CN103643117B

CN103643117B - 一种超低铝钢及其冶炼方法

Info

Publication number: CN103643117B
Application number: CN201310667982.5A
Authority: CN
Inventors: 李桂荣; 王宏明
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: CN103643117A

Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及到一种超低铝钢及其冶炼方法。本发明采用铁水预处理深脱S、P、转炉脱碳、出钢时硅锰脱氧合金化、吹氩排渣、钢包精炼深脱O、S、P并进行Ti、Ni、Mo、V等元素的微合金化、RH真空循环脱气、软吹氩和全保护浇铸的生产路线；制备的超低铝钢有害元素含量低，特别是O和Al含量低，不生成脆性氧化铝夹杂，钢的抗冲击耐疲劳性能高，适合用于高速轨道交通等对疲劳冲击性能要求较高的应用领域。

Description

一种超低铝钢及其冶炼方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及到一种超低铝钢及其冶炼方法。

背景技术

钢中的夹杂物特别是脆性夹杂物是降低钢疲劳寿命和抗冲击性能的关键因素，已经成为限制钢铁材料高端应用的障碍；对于大多数钢种，钢中的脆性夹杂物多为硬质不变形的Al₂O₃、（Mg/Mn）O·Al₂O₃和TiN（CN），对于夹杂物的去除与变形控制，现有技术从提高钢的纯净度和夹杂物喂钙处理变性两个主要的技术路线出发，最大限度的降低了氧化铝系和氮化物系夹杂的危害；但是，现有技术的针对氧化铝系夹杂的研究围绕如何控制夹杂物目标成分，即促使钢中的氧化铝和其它氧化物形成低熔点的复合化合物去除或使改变消除脆性而具有塑性，很显然，如要从根本上消除氧化铝类夹杂，应当充分控制氧化铝夹杂的形成条件，即研究如何控制钢中溶解铝和溶解氧的量，最大限度的控制脆性氧化铝的形成条件，针对该技术路线，现有技术也更多地围绕如何降低钢中的氧含量即脱氧技术进行了大量研究和设计，而新近的研究表明，在钢中的氧含量降低到几个至几十个ppm（10^-6）以后，钢中溶解铝含量的控制才是改变或消除氧化铝形成及其危害的关键因素，但由于铝是目前多数钢种的脱氧因素，铝元素也被人认为是脱氧能力最强的元素之一；所以，在限制氧化铝系列夹杂物的形成方面，关于钢中铝含量的控制的研究较少，针对钢种开发而言，对于抗疲劳、抗冲击要求极高的钢种，如高速铁路关键部件，需要开发铝含量低或超低的纯净钢，从溶解铝含量和溶解氧含量两个方面去控制氧化铝系夹杂的形成条件，因此，需要开发一种超低铝含量的钢种及其夹杂物的控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种超低铝钢及其冶炼方法，从溶解铝含量和溶解氧含量两个方面去控制氧化铝系夹杂物的形成条件，从而控制钢中氧化性夹杂物的形成，同时通过优化钢的成分及钢冶炼、精炼各阶段的控制环节，控制钢中有害元素O、S、P、H、N、As等有害元素含量，特别是消除脆性的氮化物和碳氮化物夹杂，从根本上提高钢的耐疲劳和抗冲击性能。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：

一种超低铝钢，其特征在于超低铝钢的各化学成分，按质量百分比计算为：0.12%≤C≤0.18%，0.95%≤Si≤1.05%，1.15%≤Mn≤1.25%，0.02%≤Ti≤0.03%，0.10%≤Ni≤0.20%，0.20%≤Mo≤0.30%，0.02%≤V≤0.03%，0≤P≤0.010%，0≤S≤0.010%，0≤Al≤0.0015%，0≤O≤0.0020%，0≤H≤0.0010%，0≤N≤0.0010%，余量为Fe；

超低铝钢的各化学成分，最佳比例按质量百分比计算为：C0.15%，Si1.00%，Mn1.20%，Ti0.02%，Ni0.15%，Mo0.25%，V0.03%，P≤0.010%，S≤0.010%，Al≤0.0015%，O≤0.0020%，H≤0.0010%，N≤0.0010%，余量为Fe；

本发明的超低铝钢的冶炼方法，包括如下步骤：

（1）采用铁水预处理深脱S、P；

（2）转炉脱碳，出钢时用无铝硅铁和锰铁脱氧合金化；

（3）吹氩排渣，钢包精炼深脱O、S、P并进行Ti、Ni、Mo和V元素的微合金化；

（4）RH真空循环脱气；

（5）真空处理后，钢包软吹氩15-25min后，钢液温度为1540-1560℃时，进入浇铸工序，采用全保护浇铸。

每个主要冶炼步骤的具体指标为：

所述步骤（1）中，铁水预处理深脱S、P的特征在于：铁水预处理采用镁-石灰-萤石脱硫，拔渣后吹氧脱磷，将S和P分别控制在0.010%以下。

所述步骤（2）中，转炉脱碳步骤的特征在于：铁水预处理后进入转炉脱碳升温，通过石灰（70wt%）-硼泥（15wt%）-氧化铁（15wt%）造渣，吹氧脱碳升温，吹氧时间为12-18min，将碳含量控制在0.12%-0.18%范围后，在1680℃下出钢，出钢过程用无铝硅铁和锰铁进行脱氧合金化，将钢包内钢液中硅元素和锰元素的含量分别控制在：0.95%≤Si≤1.05%，1.15%≤Mn≤1.25%范围。

所述步骤（3）中，钢包吹氩排渣、精炼及合金化的特征在于：钢包进入精炼工位后，采用底吹氩气排渣，通过加入硅石-碳化钙造酸性还原渣（碱度0.8-0.95，不稳定氧化物（FeO+MnO）<0.5%，Al₂O₃<0.5%）进一步脱O、S，然后通过喂丝法喂钙进行深脱O和S，将钢中的氧降低到0.0020%以下，将钢中的硫降低到0.010%以下，用无铝的铁合金进行Ti、Ni、Mo、V元素的微合金化。

所述步骤（4）中，真空处理步骤的特征在于：微合金化后钢包进入RH真空站处理，采用低于0.1Pa的高真空进行循环脱气处理，真空处理将氢、氮、氧含量控制在H≤0.0010%，N≤0.0010%，O≤0.0020%。

与现有技术相比，采用本发明的优点在于：

1）本发明提出的超低铝钢，通过同时降低钢中的溶解铝和溶解氧，可以消除钢凝固过程中形成的Al₂O₃夹杂，研究证明，在本发明给出的O和Al含量范围内，溶解的氧和铝不会在凝固过程中形成Al₂O₃夹杂，彻底消除了Al₂O₃系夹杂可能带来的危害。

2）本发明钢包精炼过程造无氧化铝的酸性还原渣精炼，提高铝脱氧的能力，并最大限度的控制了炉渣的低氧化性，保证了精炼渣脱硫能力，结合铁水预处理脱硫脱磷，可以将钢中有害的S、P元素降低到无害化水平。

3）本发明通过转炉造双渣冶炼、炉外精炼造无铝渣、以及RH循环脱气，可以将钢中气体含量降低到无害化水平，H≤0.0010%，N≤0.0010%，可以消除H和N的危害，特别是消除钢中形成氮化物夹杂的条件，提高钢材的抗疲劳、耐冲击性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的阐述；实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

实施例1

本实施例冶炼的低铝钢钢种的目标成分为（重量百分比）：0.12%≤C≤0.18%，0.95%≤Si≤1.05%，1.15%≤Mn≤1.25%，0.02%≤Ti≤0.03%，0.10%≤Ni≤0.20%，0.20%≤Mo≤0.30%，0.02%≤V≤0.03%，0≤P≤0.010%，0≤S≤0.010%，0≤Al≤0.0015%，0≤O≤0.0020%，0≤H≤0.0010%，0≤N≤0.0010%，余量为Fe。

最佳控制成分为（重量百分比）：C0.15%，Si1.00%，Mn1.20%，Ti0.02%，Ni0.15%，Mo0.25%，V0.03%，P≤0.010%，S≤0.010%，Al≤0.0015%，O≤0.0020%，H≤0.0010%，N≤0.0010%，余量为Fe。

冶炼的步骤如下：

铁水预处理：铁水预处理在100吨铁水包内先采用镁-石灰-萤石脱硫，脱硫剂按每吨铁水20kg采用喷吹-搅拌的方法实施，完后拔渣，加入氧化铁和石灰，吹氧脱磷，氧化铁按每吨铁水5kg，石灰按每吨铁水20kg加入，吹氧脱磷后拔渣，取样做成分分析，测得硫磷含量分别为：0.004%和0.005%，该步骤通过双渣法，将S和P控制在0.010%以下，达到入转炉的要求。

转炉吹氧脱碳升温：铁水预处理后进入转炉脱碳升温，转炉冶炼采用纯铁水冶炼，根据碳含量为1.95%，确定吹氧脱碳时间为15min，降枪吹氧的同时加入造渣材料造渣，造渣料总量为6吨，其质量分数组成为：石灰（70%）-硼泥（15%）-氧化铁（15%），分两批次加入，为冶炼初期加3吨，冶炼中期加3吨的分段造渣法；吹氧脱碳升温，将碳含量控制在0.12%-0.18%范围（目标值C0.15%）后，在1680℃下出钢，出钢过程用无铝硅铁和锰铁进行脱氧合金化，根据钢水中已有的Si、Mn元素含量和钢液中氧含量，补加无铝硅铁1000Kg，锰铁1250Kg进行预脱氧和硅锰元素的合金化，将钢包内钢液中硅元素和锰元素的含量分别控制在：1.00%≤Si≤1.05%，1.20%≤Mn≤1.25%范围。

钢包吹氩排渣、精炼及合金化：钢包进入精炼工位后，采用底吹氩气硬吹排渣，拔渣后通过加入200Kg的硅石（80%）-碳化钙（20%）造酸性还原渣（控制渣的二元碱度范围0.8-0.95，渣中不稳定氧化物含量低，包括：（FeO+MnO）<0.5%，Al₂O₃<0.5%），酸性还原渣进一步脱O、S，并有利于吸收钢中的氧化铝，从而进一步降低钢中氧和铝的含量；造渣精炼结束后通过喂丝法喂钙进行深脱O和S，喂丝量为300米钙线，将钢中的氧降低到0.0020%以下，将钢中的硫降低到0.010%以下，最后用无铝的铁合金进行Ti、Ni、Mo、V元素的微合金化。

真空循环脱气精炼：微合金化后钢包进入RH真空站处理，采用低于0.1Pa的高真空进行循环脱气处理，真空处理将氢、氮、氧含量控制在H≤0.0010%，N≤0.0010%，O≤0.0020%。

真空处理后，钢包软吹氩20min，温度在1550℃后吊包后到连铸工序，吊包进入浇铸工序，采用全保护浇铸，在一机一流的直径400mm的圆坯连铸机上浇铸，拉坯速度为0.4m/min。

对铸坯取样分析，其成分完全符合目标成分控制范围，钢中没有检测到脆性的氧化铝系和氮化物、碳氮化物夹杂物，经轧制后，进行钢的力学性能试验，测得抗拉强度1290~1300MPa，屈服强度945~950MPa，伸长率为15~15.5%，冲击功Aku52~54J。

Claims

1.一种超低铝钢，抗拉强度1290～1300MPa，屈服强度945～950MPa，伸长率为15～15.5％，冲击功Aku52～54J，其特征在于：所述超低铝钢的化学成分，按质量百分比计算为：0.12％≤C≤0.18％，0.95％≤Si≤1.05％，1.15％≤Mn≤1.25％，0.02％≤Ti≤0.03％，0.10％≤Ni≤0.20％，0.20％≤Mo≤0.30％，0.02％≤V≤0.03％，0≤P≤0.010％，0≤S≤0.010％，0≤Al≤0.0015％，0≤O≤0.0020％，0≤H≤0.0010％，0≤N≤0.0010％，余量为Fe；从溶解铝含量和溶解氧含量两个方面去控制氧化铝系夹杂物的形成条件，从而控制钢中氧化性夹杂物的形成，同时通过优化钢的成分及钢冶炼、精炼各阶段的控制环节，控制钢中有害元素O、S、P、H、N、As有害元素含量，消除脆性的氮化物和碳氮化物夹杂，从根本上提高钢的耐疲劳和抗冲击性能。

2.如权利要求1所述的一种超低铝钢，其特征在于：超低铝钢的化学成分，按质量百分比计算为：C0.15％，Si1.00％，Mn1.20％，Ti0.02％，Ni0.15％，Mo0.25％，V0.03％，P≤0.010％，S≤0.010％，Al≤0.0015％，O≤0.0020％，H≤0.0010％，N≤0.0010％，余量为Fe。

3.如权利要求1所述的一种超低铝钢的冶炼方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)采用铁水预处理深脱S、P；

(2)转炉脱碳，出钢时用无铝硅铁和锰铁脱氧合金化；

(3)吹氩排渣，钢包精炼深脱O、S、P并进行Ti、Ni、Mo和V元素的微合金化；

(4)RH真空循环脱气；

(5)钢包软吹氩排渣，进入浇铸工序，采用全保护浇铸。

4.如权利要求3所述的一种超低铝钢的冶炼方法，其特征在于：步骤1所述的采用铁水预处理深脱S、P指：铁水预处理采用镁-石灰-萤石脱硫，拔渣后吹氧脱磷，将S和P控制在0.010％以下。

5.如权利要求3所述的一种超低铝钢的冶炼方法，其特征在于：步骤2所述的转炉脱碳，出钢时用无铝硅铁和锰铁脱氧合金化指：铁水预处理后进入转炉脱碳升温，造渣的同时吹氧脱碳升温，吹氧时间为12-18min，将碳含量控制在0.12％-0.18％范围后，在1680℃下出钢，出钢过程用无铝硅铁和锰铁进行脱氧合金化，将钢包内钢液中硅元素和锰元素的含量分别控制在：0.95％≤Si≤1.05％，1.15％≤Mn≤1.25％范围。

6.如权利要求5所述的一种超低铝钢的冶炼方法，其特征在于：所述的造渣是采用石灰(70wt％)-硼泥(15wt％)-氧化铁(15wt％)进行造渣。

7.如权利要求3所述的一种超低铝钢的冶炼方法，其特征在于：步骤3所述的吹氩排渣，钢包精炼深脱O、S、P并进行Ti、Ni、Mo和V元素的微合金化指：钢包进入精炼工位后，采用底吹氩气排渣，造酸性还原渣进一步脱O、S，还原渣碱度0.8-0.95，不稳定氧化物(FeO+MnO)<0.5％，Al₂O₃<0.5％，然后通过喂丝法喂钙进行深脱O和S，将钢中的氧降低到0.0020％以下，将钢中的硫降低到0.010％以下，用无铝的铁合金进行Ti、Ni、Mo、V元素的微合金化。

8.如权利要求7所述的一种超低铝钢的冶炼方法，其特征在于：通过加入80wt％硅石-20wt％碳化钙造酸性还原渣。

9.如权利要求3所述的一种超低铝钢的冶炼方法，其特征在于：步骤4所述的RH真空循环脱气指：微合金化后钢包进入RH真空站处理，采用低于0.1Pa的高真空进行循环脱气处理，真空处理将氢、氮、氧含量控制在H≤0.0010％，N≤0.0010％，O≤0.0020％。

10.如权利要求3所述的一种超低铝钢的冶炼方法，其特征在于：步骤5所述的钢包软吹氩排渣，进入浇铸工序，采用全保护浇铸指：真空处理后，钢包软吹氩15-25min后，钢液温度为1540-1560℃，进入浇铸工序，采用全保护浇铸。