CN104726641A - 氮化钛硅包芯线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮化钛硅包芯线，包括芯层和包裹在所述芯层外部的钢皮层，所述芯层为氮化钛硅合金层，所述芯层和钢皮层之间设有钢或铁制成的网状支撑层，所述氮化钛硅合金层由粒径为3mm以下的氮化钛硅合金颗粒组成。本发明的Ti与钢中的碳或氮形成尺寸为纳米级的化合物，它们对组织的细化效果最好，提高钢铁材料的强度，增氮提高TiN颗粒的稳定性，更有效地阻止奥氏体晶粒长大。充分利用廉价的氮元素，在保证一定的强度水平下，可节约钛的添加量，进一步降低非调质钢的成本。

Description

氮化钛硅包芯线

技术领域

本发明涉及一种包芯线，具体涉及一种氮化钛硅包芯线。

背景技术

氮化钛硅包芯线是钢铁生产中新型的复合包芯线，在精炼后期起加入，可提高钢中氮钛的收得率，降低其他铁合金用量，具有显著的经济效益。

钛作为强碳氮化物生成元素，只须向钢中加入很少的量(不大于万分之1)，既可显著改善钢的性能，对提高钢的强度的作用超过稀有贵重合金钒铌合金。但是，钛铁中的钛元素与钢中的氮、硫、碳、氧有强烈的亲和力，使钛在微合金化时回收率低、且不稳定；当钢中溶解氧较高时，钛严重氧化可使中包水口结瘤，造成连铸“死流”。即使这样现有全球的钢铁厂加钛的方式都是以钛铁合金的形式加入，而钛铁现今的生产方法分为：铝热法生产低钛含量的钛铁，这种方法

用圆筒形熔炉为冶炼工具，以钛精矿、硅铁、铁矿、石灰、铝粒为原料。当冶炼含钛40％以上的钛铁时，一般是在中频炉内以氯盐渣覆盖保护下重熔金属钛屑制得的钛铁合金。当冶炼Ti70％以上的高钛铁时，一种方法是采用含杂质低的金红石、铝粒、氯酸钾、石灰等为原料，采用上部火法熔炼熔炉冶炼；另一种方法是在真空炉中进行冶炼。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种性能更加优异的氮化钛硅包芯线。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：氮化钛硅包芯线，包括芯层和包裹在所述芯层外部的钢皮层，所述芯层为氮化钛硅合金层。

Ti与钢中的碳或氮形成尺寸为纳米级的化合物，它们对晶粒的长大起强烈的阻碍作用，并且这种纳米级的化合物所占的体积分数为2％时，对组织的细化效果最好。这些强碳氮化物形成元素1)阻止均热时奥氏体晶粒的长大：Ti等微合金钢在锻造或轧制前加热和均热时，未溶解的微合金碳氮化物质点钉扎奥氏体晶界的迁移，阻止其晶粒长大，因而使微合金钢在压力加工之前就具备了较小的奥氏体晶粒，为进一步细化铁素体晶粒提供了有利的条件。2)奥氏体形变过程中阻止奥氏体再结晶：在奥氏体形变过程中，通过应变诱导析出的Ti的碳氮化物沉淀能抑制形变奥氏体再结晶和再结晶后晶粒的长大，起到细化晶粒的效果。因为热加工过程中应变诱导析出的微合金元素的碳氮化物粒子优先沉淀在奥氏体晶界、亚晶界和位错线上，从而能有效的阻止晶界、亚晶界和位错的运动，其作用不仅能阻止再结晶过程的开始，而且还能抑制再结晶过程的进行。3)铁素体相变后的沉淀强化作用：奥氏体形变后，将发生铁素体相变，这时将有大量的弥散微合金碳氮化物粒子析出，这些析出的粒子对铁素体晶粒同样也起钉扎作用，限制其长大。

另一方面，这些粒子也起沉淀强化作用，提高钢铁材料的强度。研究表明，微合金碳氮化物析出粒子的大小及其体积分数对铁素体晶粒尺寸起决定作用，析出粒子越小，体积分数越大，所获得的铁素体晶粒也就越小。因而，努力使析出粒子具有较大的体积分数和较小的尺寸是晶粒细化过程中的一大目标，同时也是本项目的方向。在加入这些稀有元素的同时，同时增氮，因为增氮后改变了Ti在相间的分布,促进Ti(C,N)析出，使析出相的颗粒尺寸明显减小，从而增强了钛的沉淀强化作用，大幅度提高钢的强度。氮通过促进Ti(C,N)析出，有效地钉扎奥氏体—铁素体晶界，细化了铁素体晶粒。增氮还可促进晶内铁素体的形成，进一步细化了铁素体组织。对微钛处理非调质钢，增氮提高TiN颗粒的稳定性，更有效地阻止奥氏体晶粒长大。充分利用廉价的氮元素，在保证一定的强度水平下，可节约钛的添加量，进一步降低非调质钢的成本。

优选的，所述芯层和钢皮层之间设有钢或铁制成的网状支撑层。

优选的，所述氮化钛硅合金层由粒径为3mm以下的氮化钛硅合金颗粒组成。

本发明的一种氮化钛硅包芯线，Ti与钢中的碳或氮形成尺寸为纳米级的化合物，它们对晶粒的长大起强烈的阻碍作用，并且这种纳米级的化合物所占的体积分数为2％时，对组织的细化效果最好。另一方面，这些粒子也起沉淀强化作用，提高钢铁材料的强度。对微钛处理非调质钢，增氮提高TiN颗粒的稳定性，更有效地阻止奥氏体晶粒长大。充分利用廉价的氮元素，在保证一定的强度水平下，可节约钛的添加量，进一步降低非调质钢的成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明一种氮化钛硅包芯线的结构示意图。

具体实施方式

本发明一种氮化钛硅包芯线的优选实施例1，如图1所示，包括芯层3和包裹在所述芯层3外部的钢皮层1，所述芯层3为氮化钛硅合金层。现在钢厂生产钢铁生产加入氮化钛硅合金。由于氮化钛硅合金比重过轻，在加入过程中，漂浮在钢水表面而与钢渣结合被氧化，造成钒钛的回收率较低(平均为20％)，钢中钛含量0.0038％，达不到质量内控要求。而氮化钛硅合金在吹氩站通过包芯线的形式喂入钢中，一方面可以是合金快速进入钢水，避免合金在钢水表面被钢渣氧化；另一方面，经过炉后脱氧处理的钢水氧化性低，可以减少钒钛的“烧损”，从而提高和稳定钛在钢中的回收率。

所述芯层3和钢皮层1之间设有钢或铁制成的网状支撑层2。

所述氮化钛硅合金层由粒径为3mm以下的氮化钛硅合金颗粒组成。

采用海绵铁和海绵铁在一定的真空度下制成不同钛含量的钛硅合金。在钢的合金化中，根据钢铁的种类选择以块的形式加入。为了增加钛的收的率现在各钢厂需要的把钛铁合金制成包芯线的形式，这就是市场上流行的70TiFe，40TiFe包芯线。当以包芯线的形式加入钢液时，提高了钛的冶金效果。据上所述，要想发挥出钛在钢的最大效果，应该在此基础上增氮，因为增氮后改变了Ti在相间的分布,促进Ti(C,N)析出,使析出相的颗粒尺寸明显减小,从而增强了钛的沉淀强化作用,大幅度提高钢的强度。氮通过促进Ti(C,N)析出,有效地钉扎奥氏体—铁素体晶界,细化了铁素体晶粒。增氮还可促进晶内铁素体的形成,进一步细化了铁素体组织，即研究出了氮化钛铁合金。当氮化钛铁合金以块的形式加入钢中时，由于氮化钛铁合金比重过轻，在加入过程中，漂浮在钢水表面而与钢渣结合被氧化，造成钛的回收率较低，平均为27％，钢中钛含量0.0038％，没有达到试验的内控要求。与块状氮化钛铁合金相比，氮化钛铁包芯线合金在向钢中增Ti的同时增N，从而显著提高Ti的冶金效果；同时，可以减小钛在钢中的氧化，提高收得率，减轻因钛的氧化而造成的水口堵塞。通过采用包芯线的方法来加入氮化钛铁合金不仅能够解决回收率低的问题，而且还能节省硅铁、锰铁的使用量，开发氮化钛铁及其包芯线合金应用，具有显著的经济效益。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (3)

1.氮化钛硅包芯线，包括芯层(3)和包裹在所述芯层(3)外部的钢皮层(1)，其特征在于：所述芯层(3)为氮化钛硅合金层。

2.根据权利要求1所述氮化钛硅包芯线，其特征在于：所述芯层(3)和钢皮层(1)之间设有钢或铁制成的网状支撑层(2)。

3.根据权利要求1所述氮化钛硅包芯线，其特征在于：所述氮化钛硅合金层由粒径为3mm以下的氮化钛硅合金颗粒组成。