CN104264053B - 钕铁硼用原料纯铁棒材的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钕铁硼用原料纯铁棒材的生产方法，解决了现有棒材存在表观质量差、杂质控制困难的问题。技术方案包括将成分含量(wt％)为Si≥0.3％、Mn≤0.30％、S≤0.030％、Cu：0.02～0.06％的高炉铁水进行KR脱硫、顶底复合治炼、真空RH处理、连铸及精整、切割、加热轧制得到下述化学成分重量百分比的纯铁棒材：C≤0.0025％,Si≤0.005％,Mn≤0.05％,P≤0.015％,S≤0.005％,Al≤0.01％,N≤0.003％,Cu：0.02～0.06％，Cr≤0.02％,Ni≤0.02％。其中，纯铁中(Mn+Cu)/S≥14。本发明工艺简单、控制简便、生成本低和运行成本低、得到的纯铁棒材表面光洁，满足高性能钕铁硼合金对纯铁棒材化学成分的特殊要求。

Description

钕铁硼用原料纯铁棒材的生产方法

技术领域

本发明涉及冶金领域钢铁材料的制备领域，具体的说是涉及一种纯铁棒材的生产方法。

背景技术

原料纯铁是工业纯铁的重要组成部分，是生产钕铁硼磁性材料、非晶纳米晶、铁基合金、超硬材料等特种金属材料的基础材料，其纯度越高，制成磁性材料的磁性越好。

根据国家标准(GB9971—2004)的规定，原料纯铁的主要牌号与化学成分要求见表1，但是由于原料纯铁使用对象的不同，其对原料纯铁的成分要求实际上存在着较大差异。虽然所有纯铁对杂质元素的共同要求是越低越好，但从成本上、经济上考虑，因具体使用对象的不同而开发出更有针对性的原料纯铁产品显然更有实际意义。

表1YT系列纯铁化学成分(GB/T9971—2004)

目前，中国钕铁硼产业已经占全球近80％市场份额，是全球烧结钕铁硼磁体的产业中心。随着中国对稀土出口限制管理日趋严格.未来中国高性能钕铁硼永磁材料产量将继续扩大.占全球总产量比例有望继续提升。金属铁Fe在钕铁硼永磁材料中含量一般在60％以上，作为其原料纯铁，其杂质元素的含量应尽可能低，合理选择原材料是保证永磁材料实现高磁性能的关键。而且随着高性能钕铁硼永磁材料的级别不断提高，其对原料纯铁的要求也越来越高，高性能钕铁硼合金对原料纯铁成分中主要杂质元素的要求见表2，且这几个元素的含量是越低越好，另外，希望钢材成品表面光洁无裂纹。

表2钕铁硼合金对原料纯铁的成分要求(质量分数、％)，不大于

规格(mm)	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	N
									≥φ16棒材	0.0025	0.03	0.05	0.015	0.005	0.02	0.02	0.002

目前，国内外有关生产高纯度纯铁的专利及相关报道有多，如专利CN200910013128.0公开了一种生产高纯度纯铁的方法，其特征在于包括以下步骤：①铁水预脱硫：将转炉入炉铁水硫含量控制在0.002％～0.015％；②转炉冶炼：采用双渣法脱磷，脱磷结束进行放渣，再换渣，吹炼结束C＜0.03％，P＜0.008％，并采用挡渣出钢和铝脱氧，挂罐温度＞1635℃；③扒渣：扒除95％以上的氧化渣；④RH深脱碳：RH进站温度＞1615℃，冶炼结束C＜0.002％，Als：0.020～0.035％，出站温度＞1645℃；⑤LF深脱硫：进LF站前，加入深脱硫剂，进行氩气搅拌，进入LF后，加入造渣剂，进行大氩量搅拌，冶炼结束C＜0.0025％，S＜0.0015％，Als＜0.010％，出站温度1600～1605℃，搬出加入覆盖剂保温；⑥板坯连铸；以上均为质量百分比。按该生产方法生产的纯铁中P、S含量很低，但其生产工艺复杂，需要进行转炉出钢后扒渣并采取LF炉深脱硫，钢水收得率低、成本高。

太钢科技.2003(1).-33-39介绍了太钢公司RH设备投产后，针对市场对高纯度原料纯铁的需求。采用先进的工艺路线“转炉+RH”开发成功了超低碳，高纯度YT0和YT00系列原料纯铁，其实物质量比电炉冶炼的原料纯铁质量有较大提高。其中工艺路线为铁水预处理、转炉冶炼、RH真空处理、模铸、初轧开坯、成品。产品成分如下表3所示(质量分数％，不大于)。

表3

牌号	C	Si	Mn	P	S	Al	Ni	Cr	Cu
										YT0	0.008	0.05	0.16	0.012	0.009	0.06	0.03	0.03	0.03
YT00	0.005	0.03	0.12	0.009	0.006	0.04	0.03	0.03	0.03

从表中可以看出，这2个牌号中的C、Mn含量明显偏高，不能满足高性能钕铁硼合金的熔炼技术要求，另外，该文献中对纯铁的热轧红脆问题提出了解决方案，他们认为：纯铁的热轧红脆问题比较明显，目前一般均认同钢中硫与铁结合在晶界生成低熔点的FeS—Feo共晶化合物，其温度范围在850～1050℃之间，在此温度范围轧制时易产生龟裂。若控制钢中的含硫量小于0.006％时就不存在红脆区，但考虑到硫的偏析问题，必须对后工序的温度制度要有所规定，轧制温度分为高温段与低温段，高温段要求终轧温度大于1050℃，低温段要求开轧温度小于850℃。但是，在实际热轧过程中，如果要完全避开850～1050℃的红脆区轧制，那么加热温度要么很高，浪费能源，要么过低，轧制压力过大，无法顺利轧制，显然该方案对热轧的要求过高，操作性和实用性很差。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、控制简便、生产成本和运行成本低、得到的纯铁棒材表面光洁，满足高性能钕铁硼合金对纯铁棒材化学成分的特殊要求的钕铁硼用原料纯铁棒材的生产方法。

本发明钕铁硼用原料纯铁棒材的生产方法，采用下述生产方法制得：

将成分含量(wt％)为Si≥0.3％、Mn≤0.30％、S≤0.030％、Cu：0.02～0.06％的高炉铁水进行KR脱硫、顶底复合治炼、真空RH处理、连铸及精整、切割、加热轧制得到下述化学成分重量百分比的纯铁棒材：C≤0.0025％,Si≤0.005％,Mn≤0.05％,P≤0.015％,S≤0.005％,Al≤0.01％,N≤0.003％,Cu：0.02～0.06％，Cr≤0.02％,Ni≤0.02％。其中，纯铁中(Mn+Cu)/S≥14。

所述KR脱硫步骤中：所述铁水经KR脱硫后送入转炉，入炉前铁水中S≤0.001wt％，铁水扒渣干净，铁水温度≥1250℃。

所述顶底复合转炉冶炼步骤中，采用双渣法操作除磷，确保终点[P]≤0.010％，[Mn]≤0.05％,吹炼过程化好渣，要求终渣R≥3.0；终点控制[C]≤0.05％、[S]≤0.004％；出钢时，采取挡渣措施，渣层厚度≤80mm；

所述真空RH处理步骤中，快速降低真空度至500Pa以下，真空脱碳处理时间：≥15min，使铁水中C含量降至≤0.002％；RH真空脱碳后，采用Al丸脱氧，控制铁水中氧含量为≤0.003％，并对(Mn+Cu)/S进行调整,控制铁水中(Mn+Cu)/S≥14。

所述加热轧制步骤中，将切割后的铸坯加热到1100～1250℃再轧制成棒材。

在钕铁硼永磁材料及其合金的冶炼过程中，C、Si、Mn、P、S、N等都是对其磁性有害的杂质元素，因此，在本发明纯铁棒材生产过程中，采用下述方法控制杂质含量。

(1)由于铁水中脱氧元素Si、Mn、A1等含量极低，不利于脱S，因此发明人采用低硫铁水为作生产原料，并在转炉顶底复合冶炼前进行进行KR铁水脱S，尽可能的控制S的含量，使成品棒材中S含量最低可降到20ppm。

(2)在RH真空处理过程中采用深脱碳技术，即确保高真空度(500Pa以下)，创造良好的利于快速脱碳的碳氧平衡条件，使经RH真空处理后铁水中的C含量最低降到10ppm。

(3)采用转炉双渣法脱磷、脱锰技术。通过二次造渣有效降低钢中的磷和锰含量，同时，钢中的硅含量也能降到100ppm以下。

(4)通过在RH真空处理过程中加铝丸终脱氧，有效控制铁水中的氧含量。

进一步的，为了解决了原料纯铁热轧红脆问题，发明人对产生原因和解决方法进行了深入分析，锰与硫形成MnS，可防止沿晶界形成低熔点的FeS所引起的热脆现象，因此一般钢中要保证一定量的锰来改善热轧塑性，但由于高性能钕铁硼合金要求原料纯铁中的Mn含量低，导致在Mn/S较小的情况下热轧极易产生热脆现象，形成成品钢材表面的裂纹，针对此问题，申请人研究发现，Cu在钢中可以与S形成CuS，从而减少低熔点FeS的形成，同样可以起到避免热轧红脆现象的作用，与Mn有相似的减少表面裂纹产生的作用。另一方面，高性能钕铁硼合金在冶炼过程中也要加一定量Cu，因此作为其原料的纯铁棒中含有一定量的Cu是完全允许的，因此发明人直接控制原料铁水含有0.02～0.06％Cu，并进一步控制纯铁中(Mn+Cu)/S≥14,从而达到既能充分降低Mn含量，又能彻底解决原料纯铁因热轧红脆产生的成品表面裂纹的目的，解决了过去技术人员一直无法克服的原料纯铁热轧红脆问题，获得优异的表观质量。

由于发明人通过原料成分上的设计解决了纯铁棒热轧红脆问题，因而也无需对热轧部分的温度进行严格控制，无需刻意避开850～1050℃的红脆区轧制，使得整个生产工艺易于控制、降低了生产成本和工艺难度。

本发明工艺简单、控制简便、生产成本和运行成本低，通过本发明方法可以得到既能充分满足高性能钕铁硼合金对化学成分的特殊要求，又能低成本生产的表面光洁的原料纯铁棒材产品，该纯铁棒材产品可作为生产钕铁硼磁性材料、非晶纳米晶、铁基合金、超硬材料等特种金属材料的基础材料。

具体实施方式

工艺实施例：

(1)铁水KR脱硫处理：将铁水经KR脱硫后送入转炉，使入炉前铁水中S≤0.001wt％，铁水扒渣干净，铁水温度≥1250℃。所述铁水的具体成分见表4中的实施例1-3。

(2)顶底复合转炉冶炼

将KR脱硫处理后的铁水送入顶底复合吹炼转炉(本实施例中容量为90吨)中进行吹炼，采用双渣操作脱磷脱锰，确保终点[P]≤0.010％，[Mn]≤0.05％；

吹炼过程化好渣，要求终渣R≥3.0；

终点控制[C]≤0.05％、[S]≤0.004％；

出钢温度≥1690℃，出钢时，采取挡渣措施，严格二步挡渣，渣层厚度≤60mm；

(3)RH真空精炼处理

快速降低真空度至500Pa以下，Ar气流量≥25Nm3/h；

真空脱碳处理时间：≥15min；

RH真空脱碳后，采用Al丸脱氧；

根据过程成分对(Mn+Cu)/S进行调整,控制(Mn+Cu)/S≥14

真空处理结束温度1605-1615℃；

(4)连铸及精整

采用直弧型板坯连铸机将钢水连续浇铸成210mm*1050mm的板坯；

采用保护浇铸操作，避免钢水增氮和二次氧化；

在中包取样，其化学成分(wt.％)见表5。

(5)采用火焰切割机将连铸板坯切割成210mm*210mm的方坯。

(6)将方坯加热到1100～1250℃，在炉时间≥120min。

(7)采用30机架棒材连轧机组将加热出炉后的方坯轧制成≥φ16mm的棒材。轧成的棒材其表面质量情况见表5。

比较例；

所述高炉铁水成分见表4中的比较例1-5，除下述步骤与本发明工艺方法不同外，其余同本发明工艺实施例：

比较例1为高炉铁水中Mn含量超出本发明范围；

比较例2为入转炉前经KR脱硫后其S含量超出了本发明范围；

比较例3为转炉炼钢过程中没有采取双渣法冶炼；

比较例4为RH真空处理过程中脱碳时间仅13min，未达到本发明的范围要求；

比较例5为RH真空处理过程中没有对钢水的(Mn+Cu)/S比值进行调整，其(Mn+Cu)/S＝10，超出了本发明的范围。

各比较例的成品化学成分及表观质量情况见表5。

表4实施例及比较例中进入转炉铁水成分(wt.％)

序号	Si	Mn	P	S	Cu	备注
							实施例1	0.44	0.16	0.10	0.0008	0.035
实施例2	0.42	0.25	0.11	0.0009	0.028
							实施例3	0.40	0.14	0.10	0.001	0.02
比较例1	0.38	0.37*	0.12	0.001	0.030
							比较例2	0.37	0.24	0.13	0.003*	0.040
比较例3	0.42	0.25	0.11	0.0009	0.028	铁水成分同实施例2
							比较例4	0.42	0.25	0.11	0.0009	0.028	铁水成分同实施例2
比较例5	0.40	0.14	0.10	0.001	0.002	铁水成分同实施例3

注：表中标注“*”的为超出本发明范围的项目

表5终产品纯铁棒材的化学成份(wt％)及表观质量

注：表中标注“*”的为超出本发明范围的项目。

从表5中可知，完全符合本发明范围的实施例1、2，其成品化学成分符合高性能钕铁硼合金的熔炼要求，且其表面光洁无裂纹，在实施例3中，由于在RH处理过程中，根据过程样的(Mn+Cu)/S比值，及时在钢中适当添加了Mn和Cu，达到了(Mn+Cu)/S≥14的要求，最终其棒材成品表面光洁无裂纹，完全符合高性能钕铁硼合金对原料纯铁的技术要求；比较例1因其铁水中Mn含量偏高，导致成品Mn含量也过高，虽然外观较好，但仍不符合成品成分的要求；比较例2因其入炉铁水中S含量偏高，导致成品S含量也过高，不符合成品成分的要求，而且其(Mn+Cu)/S＜14，导致其成品棒材表面出现裂纹；比较例3因转炉炼钢过程中没有采取双渣法冶炼其成品Mn、P含量不符合成品成分的要求；比较例4中因RH真空处理过程中脱碳时间偏短，成品碳含量过高而不不符合成品成分的要求；比较例5其成品成分虽符合技术要求，但因其(Mn+Cu)/S比较低，导致其成品棒材表面出现裂纹，不符合高性能钕铁硼合金对原料纯铁的表面质量要求。

Claims (4)

1.一种钕铁硼用原料纯铁棒材的生产方法，其特征在于，采用下述生产方法制得：

将成分含量(wt％)为Si≥0.3％、Mn≤0.30％、S≤0.030％、Cu：0.02～0.06％的高炉铁水进行KR脱硫、顶底复合治炼、真空RH处理、连铸及精整、切割、加热轧制得到下述化学成分重量百分比的纯铁棒材：C≤0.0025％,Si≤0.005％,Mn≤0.05％,P≤0.015％,S≤0.005％,Al≤0.01％,N≤0.003％,Cu：0.02～0.06％，Cr≤0.02％,Ni≤0.02％，其中，纯铁中(Mn+Cu)/S≥14；

所述KR脱硫步骤中：所述铁水经KR脱硫后送入转炉，入炉前铁水中S≤0.001wt％，铁水扒渣干净，铁水温度≥1250℃；

所述真空RH处理步骤中，快速降低真空度至500Pa以下，真空脱碳处理时间：≥15min，使钢水中C含量降至≤0.0020％；RH真空脱碳后，采用Al丸脱氧，控制钢水中氧含量为≤0.0030％。

2.如权利要求1所述的钕铁硼用原料纯铁棒材的生产方法，其特征在于，所述顶底复合冶炼步骤中，采用双渣法操作除磷除锰，确保终点[P]≤0.010％，[Mn]≤0.050％,吹炼过程化好渣，要求终渣R≥3.0；终点控制[C]≤0.05％、[S]≤0.004％；出钢时，采取挡渣措施，渣层厚度≤80mm。

3.如权利要求1所述的钕铁硼用原料纯铁棒材的生产方法，其特征在于，所述加热轧制步骤中，将切割后的铸坯加热到1100～1250℃再轧制成棒材。

4.如权利要求1所述的钕铁硼用原料纯铁棒材的生产方法，其特征在于，所述真空RH处理步骤中，对(Mn+Cu)/S进行调整,控制铁水中(Mn+Cu)/S≥14。