CN106521293B - 一种钢中添加稀土金属提高性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及优质金属材料制造领域，具体地说是一种钢中添加稀土金属提高性能的方法。在钢水冶炼过程中，严格控制钢水以及高纯稀土金属的纯净度，将高纯稀土金属加入到钢包内，高纯稀土金属加入前，钢水中硫含量在200ppm以下，全氧含量在40ppm以下；所加高纯稀土金属的全氧含量在200ppm以下。本发明适用于采用转炉BOF‑钢包精炼LF‑真空脱气RH或VD‑连铸CC/模铸MC流程、电弧炉EAF‑钢包精炼LF‑真空脱气RH或VD‑连铸CC/模铸MC流程、转炉BOF/中频炉‑GOR/AOD(‑钢包精炼LF)‑连铸CC/模铸MC流程等工艺，制备优质碳素结构钢、低合金钢、中高合金钢、工模具钢、轴承钢、弹簧钢、不锈钢和电工钢，突破了常规稀土加入工艺导致的钢材性能不稳定、生产过程堵塞水口等瓶颈问题。
Description
技术领域
本发明涉及优质金属材料制造领域，具体地说是一种在钢水中添加高纯稀土金属，进而提高钢材性能的方法。
背景技术
我国对稀土元素在钢中应用的研究始于上个世纪50年代后期。关于稀土元素在钢中应用的研究，在理论及实践上取得了一定的突破，在稀土钢的应用方面取得了很多成果。大量的研究与生产经验表明，稀土元素对钢以及合金的组织和力学性能具有重要的影响。比如，稀土具有深脱氧、深脱硫的作用，稀土可以变质和细化夹杂物，稀土可以抑制晶粒长大，从而提高金属材料的韧塑性、疲劳性能、耐磨性、耐蚀性和耐热性等。含稀土元素的钢铁产品如雨后春笋般爆发。以江西理工大学内蒙古科技大学、内蒙古包钢钢联股份有限公司等单位为主申请了大量稀土钢专利。如专利CN1006646B、CN1023328C、CN1032438C、CN1119430C、CN200510096931、CN2008102220053、CN201210105658、CN2013102219288、CN2013106241026、CN201510089010、CN2015100282549分别在不同钢中成分中添加稀土元素，从而提高材料的耐热性、耐磨性、耐蚀性、疲劳性能和强韧性。CN200680010751通过在钢中加入稀土元素提高奥氏体不锈钢的抗蠕变性能；CN200710140079通过添加稀土元素提高钢铁材料的焊接性能；CN201080005652为稀土耐磨钢轨；C中国专利申请N201380066148为通过添加稀土元素提高不锈钢耐热性能；CN201510720416通过在不锈钢中添加稀土元素提高其耐腐蚀性能；CN201511021992为钇基稀土高强钢，采用在LF炉中添加钇基稀土硅钙合金包芯线的方式进行合金化，提高强度；CN201610034032通过向钢水中添加稀土镧铁合金提高建筑用钢Q460GJ的强度；CN201610185788通过稀土元素添加提高铁路车辆铸钢件的疲劳性能和耐磨性；尤其是CN201480022840通过控制RE、Ca、Ti、T.O等提高钢水纯净度，应用范围覆盖了中低碳、中低合金钢。
上述专利申请均从成分设计角度上，将不同类型的稀土元素在不同钢种中添 加不同含量，以起到相应的作用。但目前为止，上述钢种均未能实现工业化批量生产与应用。其根本原因在于，稀土元素在钢中不能持续稳定的发挥作用，并且还存在许多负面影响。比如，大量稀土钢的应用过程中产生了大型夹杂物聚集，导致钢的性能不稳定甚至恶化；生产过程中稀土钢与耐火材料反应，导致水口结瘤，影响生产顺行，甚至导致严重的生产事故等。上述专利申请都未能从根本上解决这类问题，这是造成工业化生产无法推广的瓶颈问题。
为了避免水口堵塞，日本技术多从水口材质角度研究如何控制稀土钢与水口间的交互作用。如：日本专利申请JP2014-046315、JP2011-218431和JP2009-248113分别设计内壁带有石墨层的水口材料以及富含MgO的水口材料；模铸钢锭中，为防止堵水口且提高钢锭中稀土金属分布均匀性，被迫在钢锭模型腔中通过保护管添加稀土，如：日本专利申请JP2007-260736；或者，在浸入式水口内壁增加必要的材料涂层，如：日本专利申请JP 2003-342630。
但是，上述技术虽然能部分解决稀土导致的水口结瘤问题，但依然难以实现长时间(5小时以上)连铸生产；且稀土加入后，依然存在大尺寸夹杂，导致性能不稳定问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：稀土元素在钢中不能持续稳定的发挥作用，产生了大型夹杂物聚集、以及水口结瘤的技术问题。
本发明的设计构思是：
经过长期深入的研究和分析发现，导致现有技术存在上述问题的根本原因有两个：其一，稀土金属的纯净度较差，内部包含大量的氧化物，加入钢水中之后，夹杂物难以上浮；其二，稀土金属的加入工艺存在问题，未能充分发挥稀土金属净化钢液、变质夹杂物的本质作用。
在现有技术中，稀土元素向钢中添加的方式多为合金方式，例如：稀土-铁合金、稀土-硅合金或稀土-铝合金，这些合金的制造方式多为含氧量较高的商业化稀土纯金属与铁、硅或铝以一定的比例在熔炼炉中进行重熔混合，这一工艺过程不但没有控制稀土合金制备原材料的纯净度，而且重熔过程又一次将稀土和其他金属氧化，稀土合金的纯净度进一步被降低，加入钢中之后作用大大折扣。即便是稀土金属为主的合金中，以往稀土金属的纯净度控制宽泛，国标GB/T 4153-2008中甚至对钢用稀土金属的全氧含量无要求，这从根本上导致稀土金属制造粗放、 氧化严重，稀土金属自身含有大量氧化物夹杂，加入钢水中之后，稀土氧化物难以上浮，滞留在钢水中，对钢材性能起负面作用。
对于向钢中添加的稀土金属而言，常规的杂质元素，例如：C、Fe等杂质元素并不是控制的重点，而需要重点控制O等指标，尤其是氧含量，稀土金属中数百ppm的氧含量足以使稀土在钢中的作用由正变负。
此外，对于稀土元素的添加方式，为了避免稀土导致的堵水口问题，以往的添加工艺中将稀土金属在中间包、结晶器中加入，并且通过喂丝、喂线和喂带的形式插入钢水(如专利JP2005-089775所述)。由于这些方法中稀土金属是在连铸或模铸开始之前的很短时间加入的，稀土金属进入钢水后与钢水中的氧及夹杂物进行反应，没有充足的时间进行均匀化和上浮，从而导致稀土反应产物滞留在钢水中，且分布不均匀，进而造成钢水的均匀性差，性能不稳定。日本专利申请JP2008-261014，为了实现稀土添加并获得较高的收得率，需要控制稀土添加前的搅拌强度以及稀土添加速度，工艺复杂，生产操作难度大。
因此，本发明为解决稀土钢连铸堵水口和钢材性能波动两大技术难点，创造性地提出要严格控制稀土元素的纯净度，特别是其中氧含量，以减少大型夹杂物的问题，同时提出通过优化稀土的添加时机，解决水口堵塞的问题。
本发明的技术方案是：
一种钢中添加稀土金属提高性能的方法，在钢水冶炼过程中，严格控制钢水以及高纯稀土金属的纯净度，将高纯稀土金属加入到钢包内，高纯稀土金属加入前，钢水中硫含量在200ppm以下，全氧含量在40ppm以下；所加高纯稀土金属的全氧含量在200ppm以下。
所述的钢中添加稀土金属提高性能的方法，高纯稀土金属的加入量为0.05～1.0kg/t钢，稀土金属为镧、铈或镧和铈的混合物。
所述的钢中添加稀土金属提高性能的方法，高纯稀土金属需在洁净密闭金属容器中加入，避免高纯稀土金属与空气或钢渣接触造成氧化。
所述的钢中添加稀土金属提高性能的方法，高纯稀土金属的块度在300×300×300mm以下。
所述的钢中添加稀土金属提高性能的方法，高纯稀土金属加入的时机为连铸/模铸工序之前的钢包精炼LF后期、真空脱气RH/VD后期或脱碳精炼GOR/AOD/VOD后期。
所述的钢中添加稀土金属提高性能的方法，高纯稀土金属在以下炼钢工艺流程之一中加入：
第一类：转炉-钢包精炼(-真空脱气)-连铸/模铸流程；
(BOF-LF(-RH/VD)-CC/MC)
第二类：电弧炉-钢包精炼(-真空脱气)-连铸/模铸流程；
(EAF-LF(-RH/VD)-CC/MC)
第三类：电弧炉/转炉/中频炉-气氧精炼转炉/氩氧脱碳炉/真空氧脱碳炉(-钢包精炼)-连铸/模铸流程；
(EAF/BOF/MFF-GOR/AOD/VOD(-LF)-CC/MC)
第四类：电弧炉/转炉/中频炉(-钢包精炼)-气氧精炼转炉/氩氧脱碳炉/真空氧脱碳炉-连铸/模铸流程；
(EAF/BOF/MFF(-LF)-GOR/AOD/VOD-CC/MC)
第五类：电弧炉/转炉/中频炉-气氧精炼转炉/氩氧脱碳炉/真空氧脱碳炉-连铸/模铸流程；
(EAF/BOF/MFF-GOR/AOD/VOD-CC/MC)
第六类：电弧炉/转炉/中频炉-真空脱气-连铸/模铸流程；
(EAF/BOF/MFF-RH/VD-CC/MC)。
所述的钢中添加稀土金属提高性能的方法，高纯稀土金属加入后，对钢包进行底吹Ar气软搅拌，软搅拌时间在10min以上。
所述的钢中添加稀土金属提高性能的方法，该钢选自于优质碳素结构钢、低合金钢、中高合金钢、工模具钢、轴承钢、弹簧钢、不锈钢或电工钢。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明通过严格控制高纯稀土金属的纯净度，特别是其氧含量，避免稀土加入钢中之后导致性能不稳定的问题，同时避免水口堵塞，保证生产顺行。
2、本发明避免了在中间包和结晶器中进行稀土处理，而是在钢包内进行稀土处理，增加了稀土在钢中的均匀性，细化变质夹杂物效果更明显。
3、本发明控制稀土纯净度，避免大尺寸夹杂物产生，充分实现稀土在钢中变质、细化夹杂的作用，并通过氩气软吹，保证形成的反应产物充分上浮，保证滞留在钢中的稀土夹杂物为亚微米级，细化晶粒，提升钢的冲击韧性、耐磨耐热耐 蚀等性能。
4、本发明通过稀土金属纯度、添加工艺和添加时机综合控制，保证稀土在钢中发挥正面作用并保证生产顺行。
5、本发明为普适性共性关键工艺技术，适用于多种钢的生产，提高了工艺操作灵活性，降低了工艺难度，同时不受冶炼流程和钢种限制，对多工序和各种钢种中均适用，技术覆盖面广。
总之，本发明首先从稀土金属与钢液原始纯净度方面进行重点控制，进而在加入过程中进行工艺规范和加入量控制，然后对加入后的反应产物进行充分软吹上浮，从一系列工艺环节进行约束，保证稀土金属加入钢中之后的性能稳定性，并避免堵塞水口，保证工艺顺行，突破长期以来稀土在钢中应用的瓶颈。
附图说明
图1(a)-图1(b)为采用本发明制备的高纯稀土金属。其中，图1(b)为图1(a)的放大图。
图2(a)-图2(b)为稀土金属商业化产品。其中，图2(b)为图2(a)的放大图。
图3为实施例1中合金双相钢稀土处理前后，钢材冲击韧性的性能测试结果。
图4(a)-图4(b)为实施例2中GCr15轴承钢稀土处理前后的晶粒尺寸。其中，图4(a)为无稀土处理的晶粒尺寸，图4(b)为添加稀土后的晶粒尺寸。
图5(a)-图5(b)为实施例4中稀土处理前后，夹杂物形貌与分布。其中，图5(a)无稀土处理，图5(b)经稀土处理。
图6(a)-图6(b)为实施例5中H13模具钢稀土处理前后的横向与纵向冲击韧性值。其中，图6(a)为无稀土处理的横向与纵向冲击韧性，图6(b)为添加稀土后的横向与纵向冲击韧性。横坐标：Longitudinally为纵向，Transverse为横向，Unnotched为无缺口；纵坐标：The impact toughness为冲击韧性(J·cm-2)。
图7(a)-图7(b)为实施例5中H13模具钢稀土处理前后夹杂物类型与尺寸分布。其中，图7(a)为无稀土处理的大尺寸条带状分布的MnS与Al2O3夹杂物，图7(b)为添加稀土后小尺寸球状稀土氧硫化物。
具体实施方式
本发明紧紧围绕提升钢材性能及其稳定性，避免水口堵塞保证生产顺行两个核心目标，进行工艺实施，其具体实施过程如下：
1、将高纯稀土金属进行密封包装，避免氧化。在钢水冶炼过程中，严格控制钢水以及高纯稀土金属的纯净度，将高纯稀土金属加入到钢包内；高纯稀土金属的全氧含量控制在200ppm以下(优选为150ppm)，避免形成难以上浮的大尺寸夹杂物滞留钢中，产生负作用。高纯稀土金属的块度可根据钢水总重量调整，稀土金属产品如图1(a)-图1(b)所示。
2、高纯稀土金属加入前，对钢水纯净度进行控制，采用电弧炉、中频炉或转炉粗炼钢水，在钢包精炼(LF)工序进行脱氧和脱硫处理。通过脱氧脱硫处理，控制钢水中的全氧含量在40ppm以下(优选为30ppm)，硫含量在200ppm以下(优选为150ppm)。
3、稀土金属加入量为0.05～1.0kg/t钢，起到净化钢液、变质和细化夹杂物、提高钢材性能的作用。稀土金属为镧、铈或镧和铈的混合物，稀土金属的块度在300mm×300mm×300mm以下。优选的稀土金属的块度在150mm×150mm×150mm以下；在镧铈稀土合金中，镧：铈重量比为1：(1～3)。
4、根据钢种不同，选择连铸/模铸工序之前的钢包精炼LF之后、真空脱气RH或VD之后或脱碳精炼GOR或AOD或VOD之后，将预先准备好的高纯稀土金属投入到钢包内。
5、为了保证生产连续性，避免连铸或模铸过程中水口堵塞，保证工艺顺行，对钢包内的钢水进行底吹氩气软搅拌，需控制稀土金属加入后的软吹循环时间在10分钟以上(优选为15分钟)，以使反应产物充分聚集上浮，并为细化和变质夹杂物提供充足的时间。
6、吊包到连铸或模铸工位，铸造成坯，并经由后续变形工序将坯制造成材。
其中，高纯稀土金属在以下炼钢工艺流程之一加入：
第一类：转炉-钢包精炼(-真空脱气)-连铸/模铸流程
(BOF-LF(-RH/VD)-CC/MC)，真空脱气为可选步骤；
第二类：电弧炉-钢包精炼(-真空脱气)-连铸/模铸流程
(EAF-LF(-RH/VD)-CC/MC)，真空脱气为可选步骤；
第三类：电弧炉/转炉/中频炉-气氧精炼转炉/氩氧脱碳炉/真空氧脱碳炉(-钢包精炼)-连铸/模铸流程，钢包精炼为可选步骤；
(EAF/BOF/MFF-GOR/AOD/VOD(-LF)-CC/MC)
第四类：电弧炉/转炉/中频炉(-钢包精炼)-气氧精炼转炉/氩氧脱碳炉/真空氧脱碳炉-连铸/模铸流程，钢包精炼为可选步骤；
(EAF/BOF/MFF(-LF)-GOR/AOD/VOD-CC/MC)
第五类：电弧炉/转炉/中频炉-气氧精炼转炉/氩氧脱碳炉/真空氧脱碳炉-连铸/模铸流程
(EAF/BOF/MFF-GOR/AOD/VOD-CC/MC)
第六类：电弧炉/转炉/中频炉-真空脱气-连铸/模铸流程
(EAF/BOF/MFF-RH/VD-CC/MC)。
为了使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例、对比例和附图进行详细描述。
实施例1——合金双相钢
材质：DP600；
钢水重量：100吨(t)/炉×15炉；
生产工艺：EAF-LF-VD-CC；
稀土金属加入前钢水纯净度：氧含量为32ppm，硫含量为74ppm；
稀土金属加入时机：VD后；
稀土金属加入量：40kg(0.4kg/t钢)；
稀土金属纯净度：全氧含量85ppm；
稀土金属为镧铈混合稀土，镧：铈重量比为1：2；
坯料规格：250mm×1600mm连铸板坯；
钢材成品规格：3.5mm×1600mm轧制板材；
本实施例工艺连铸生产15小时，工艺顺行。将本实施例成品板材与未经稀土金属处理的板材进行冲击性能对比，如图3所示，经稀土金属处理的板材20℃至-60℃的冲击韧性基本无变化，而未经稀土金属处理的板材，在-15℃时冲击韧性迅速下降。可见，添加稀土金属后，材料的韧脆转变温度大幅度降低，提升了钢材的性能。
对比例1
对比例《Effect of rare earths on impact toughness of a low-carbonsteel》(Materials and Design，2012(33)：306–312)报道了与实施例1相似钢种，采用真空感应炉实验室制备稀土钢，稀土金属为50wt％La+50wt％Ce，并未对稀土金属的纯净度进行控制，稀土金属产品如图2(a)-图2(b)所示。经稀土金属处理后-40℃加 稀土钢的冲击韧性比不加稀土金属的冲击韧性提升约4倍。
对照本发明的实施例1，可以发现，本发明的实施例1为工业化生产结果，生产条件比实验室更苛刻，通过控制稀土金属纯净度以及稀土金属加入工艺，-40℃冲击韧性与不加稀土金属相比提升6倍以上，远高于对比例1的效果。
可见，通过严格控制稀土金属纯净度，减少了钢中的夹杂物，进一步提升低温冲击韧性。
实施例2——高品质轴承钢
材质：GCr15；
钢水重量：120t/炉×12炉；
生产工艺：BOF-LF-RH-CC；
稀土金属加入前钢水纯净度：氧含量为10ppm，硫含量为30ppm；
稀土金属加入时机：RH后；
稀土金属加入量：120kg(1.0kg/t钢)；
稀土金属纯净度：全氧含量65ppm；
稀土金属为铈；
坯料规格：Φ350mm连铸圆坯；
钢材成品规格：Φ50mm轧制棒材；
夹杂物尺寸大小对轴承钢的疲劳性能至关重要，如表1所示为本实施例2不同尺寸范围内夹杂物的分布比例及其与未加稀土轴承钢的对比。从中可以看出，加入稀土金属后大于5μm的大尺寸夹杂物得以消除，1μm以下的夹杂物比例由50％提高到75％。
表1本实施例GCr15轴承钢稀土金属添加前后不同尺寸夹杂物占比(％)
如图4(a)-图4(b)所示，加入稀土金属前后晶粒尺寸的变化。其中，未加稀土金属的图4(a)晶粒平均尺寸为40μm；而本实施例通过在RH之后添加稀土金属，晶粒平均尺寸减小到20μm，见图4(b)。稀土金属处理后，晶粒细化一倍。
对比例2-1
对比例《稀土元素在GCr15轴承钢中的作用》(刘兴田、特殊钢.1988(2)：30-41)加入稀土硅铁合金，不控制稀土硅铁合金的纯净度，最终钢中氧含量为29.88ppm；本发明的实施例2氧含量为9ppm，远远低于以往稀土处理工艺。
对比之后可以发现，对比例2-1中夹杂物基本为圆形和椭圆形的稀土氧硫化物；实施例2夹杂物不仅为圆形和椭圆形，而且小尺寸夹杂物比例大幅升高，亚微米夹杂物达到75％，大大优于以往轴承钢的稀土添加工艺。
对比例2-2
对比例《Reduction of Segregation During Casting of 100Cr6Bearing Steelby Cerium Inoculation》(Met.Mater.Int.,2013(19)：371～375)采用模铸方法，通过向与实施例2近似钢种中添加稀土Ce-Si-Fe合金细化的微观组织，添加剂中的Ce含量为10wt％，未控制稀土添加剂的纯净度，同时未提及稀土添加剂的添加工艺，细化后晶粒尺寸均在100μm以上；而本发明的实施例2采用高纯稀土金属，并通过本发明的实施方法，轴承钢晶粒平均尺寸为20μm。
由此可见，通过严格控制稀土金属的纯净度和稀土金属添加工艺，可以大幅降低钢水中的全氧含量，提高钢水纯净度；变质和细化夹杂物；同时细化晶粒的效果是对比例的5倍以上。与以往稀土在轴承钢中的添加工艺项目，优势明显。
除了实施例1-2提及的双相钢和轴承钢，本发明的方法还可以适用于优质碳素结构钢、低合金钢、中高合金钢、工模具钢、弹簧钢、不锈钢和电工钢等钢中，并能取得明显优于现有技术的效果。
实施例3——不锈钢
材质：410S；
钢水重量：80t/炉×6炉；
生产工艺：MFF-AOD-CC；
稀土金属加入前钢水纯净度：氧含量为25ppm，硫含量为40ppm；
稀土金属加入时机：AOD后；
稀土金属加入量：12kg(0.15kg/t钢)；
稀土金属纯净度：全氧含量80ppm；
稀土金属为镧铈混合稀土，镧：铈重量比为1：2；
坯料规格：200mm×1700mm连铸板坯；
钢材成品规格：3mm×1800轧制板材；
本实施例可以实现6小时连续浇注，生产顺行。
夹杂物尺寸是影响本类不锈钢深冲性能的重要指标，表2所示为本实施例不锈钢添加稀土金属后的夹杂物级别与未添加稀土金属的对比。从中可以看出，添加稀土金属后A、B、D类夹杂物均不同程度地减小、减少；且大尺寸夹杂物得以消除。
表2本实施例不锈钢中稀土金属添加前后夹杂物级别对比
对比例3
中国专利申请CN201380066148提供了一种含RE的不锈钢，稀土元素作为一种添加剂，主要通过改善Al2O3氧化覆膜的密合性并提高其耐剥离性来提高不锈钢的耐氧化性及热稳定性，但其并未指出稀土添加剂的纯净度、添加工艺以及稀土添加后的夹杂物形貌特征及数量。与实施例3相比，本发明具有与之明显不同的应用目的，且在夹杂物细化方面是对比例3无法比拟的。
由此可见，通过控制稀土金属的纯净度和稀土金属的添加工艺，可以细化A类和B类夹杂物，提高不锈钢耐氧化和热稳定性的同时，提高深冲性能。
实施例4——优质碳素结构钢
材质：Q345E；
钢水重量：220t/炉×10炉；
生产工艺：BOF-LF-RH-CC；
稀土金属加入前钢水纯净度：氧含量为25ppm，硫含量为56ppm；
稀土金属加入时机：LF后；
稀土金属加入量：11kg(0.05kg/t钢)；
稀土金属纯净度：全氧含量140ppm；
稀土金属为镧铈混合稀土，镧：铈重量比为1：2；
坯料规格：350mm×420mm连铸矩形坯；
钢材成品规格：Φ90mm轧制棒材；
采用本工艺实施连铸生产，连铸10小时生产顺行。对本实施例工艺制备的成 品棒材进行夹杂物和性能检测，并与未加稀土金属炉次进行对比。夹杂物分布情况如表3所示。可见，稀土金属加入后夹杂物级别降低，大尺寸夹杂物消除。
表3本实施例稀土金属添加前后夹杂物级别对比
夹杂物形貌分布特征如图5(a)和图5(b)所示。图5(a)为无稀土金属处理的夹杂物形貌与分布，夹杂物多为长条形和链状；图5(b)为加稀土金属后的夹杂物形貌分布，可见加稀土金属后夹杂物被变质为球形、颗粒状。
表4所示为稀土金属处理前后该钢种-40℃下的V口冲击功，由数据可知，稀土金属处理后，钢材的低温冲击功提高近2倍，效果显著。
表4本实施例稀土金属添加前后成品钢材的-40℃低温冲击功
实施例5——高品质模具钢
材质：H13；
钢水重量：50t；
生产工艺：EAF-LF-VD-MC；
稀土金属加入前钢水纯净度：氧含量为12ppm，硫含量为70ppm；
稀土金属加入时机：LF后；
稀土金属加入量：30kg(0.6kg/t钢)；
稀土金属纯净度：全氧含量160ppm；
稀土金属为镧铈混合稀土，镧：铈重量比为1：3；
坯料规格：10t模铸钢锭；
钢材成品规格：Φ120mm锻造棒材；
等向性——横向与纵向冲击韧性比值——是衡量热作模具钢性能的重要标志。电炉钢等向性达到0.7，电渣钢等向性达到0.85代表着国际上H13热作模具 钢的先进水平。本实施例，加入稀土金属前后的等向性如图6(a)-图6(b)所示。其中，图6(a)为未加稀土金属的H13模具钢等向性，约为0.42，等向性较差。在相同材质，相同工艺条件下，本实施例在LF之后按吨钢0.6公斤加入稀土金属，性能检测结果如图6(b)所示，其等向性达到0.94，电炉钢达到电渣钢水平。其本质性贡献在于，稀土金属将沿主变形方向呈条状、链状分布的MnS+Al2O3类大尺寸夹杂物变质为球状和粒状分布的小尺寸稀土氧硫化物，如图7(a)-图7(b)所示。
实施例结果表明，本发明方法适用于优质结构钢和特殊钢，对采用转炉BOF-钢包精炼LF-真空脱气RH或VD-连铸CC/模铸MC流程、电弧炉EAF-钢包精炼LF-真空脱气RH或VD-连铸CC/模铸MC流程、转炉BOF/中频炉-GOR/AOD(-钢包精炼LF)-连铸CC/模铸MC流程等工艺制备优质碳素结构钢、低合金钢、中高合金钢、工模具钢、轴承钢、弹簧钢、不锈钢和电工钢均具有明显效果。该方法突破了常规稀土金属加入工艺导致的钢材性能不稳定、生产过程堵塞水口等瓶颈问题。
Claims (7)
1.一种钢中添加稀土金属提高性能的方法，其特征在于，在钢水冶炼过程中，严格控制钢水以及高纯稀土金属的纯净度，连铸/模铸工序之前的钢包精炼LF后期、真空脱气RH/VD后期或脱碳精炼GOR/AOD/VOD后期，将高纯稀土金属加入到钢包内，高纯稀土金属加入前，钢水中硫含量在200ppm以下，全氧含量在40ppm以下；所加高纯稀土金属的全氧含量在200ppm以下。
2.按照权利要求1所述的钢中添加稀土金属提高性能的方法，其特征在于，高纯稀土金属的加入量为0.05～1.0kg/t钢，稀土金属为镧、铈或镧和铈的混合物。
3.按照权利要求1所述的钢中添加稀土金属提高性能的方法，其特征在于，高纯稀土金属需在洁净密闭金属容器中加入，避免高纯稀土金属与空气或钢渣接触造成氧化。
4.按照权利要求1所述的钢中添加稀土金属提高性能的方法，其特征在于，高纯稀土金属的块度在300×300×300mm以下。
5.按照权利要求1所述的钢中添加稀土金属提高性能的方法，其特征在于，高纯稀土金属在以下炼钢工艺流程之一中加入：
第一类：转炉-钢包精炼（-真空脱气）-连铸/模铸流程；
（ BOF-LF(-RH/VD)-CC/MC ）
第二类：电弧炉-钢包精炼（-真空脱气）-连铸/模铸流程；
（ EAF-LF(-RH/VD)-CC/MC ）
第三类：电弧炉/转炉/中频炉-气氧精炼转炉/氩氧脱碳炉/真空氧脱碳炉(-钢包精炼)-连铸/模铸流程；
（ EAF/BOF/MFF-GOR/AOD/VOD（-LF）-CC/MC ）
第四类：电弧炉/转炉/中频炉 (-钢包精炼) -气氧精炼转炉/氩氧脱碳炉/真空氧脱碳炉-连铸/模铸流程；
（ EAF/BOF/MFF（-LF）-GOR/AOD/VOD-CC/MC ）
第五类：电弧炉/转炉/中频炉-气氧精炼转炉/氩氧脱碳炉/真空氧脱碳炉-连铸/模铸流程；
（ EAF/BOF/MFF-GOR/AOD/VOD-CC/MC）
第六类：电弧炉/转炉/中频炉-真空脱气-连铸/模铸流程；
（ EAF/BOF/MFF-RH/VD-CC/MC ）。
6.按照权利要求1所述的钢中添加稀土金属提高性能的方法，其特征在于：高纯稀土金属加入后，对钢包进行底吹Ar气软搅拌，软搅拌时间在10min以上。
7.按照权利要求1所述的钢中添加稀土金属提高性能的方法，其特征在于：该钢选自于优质碳素结构钢、低合金钢、中高合金钢、工模具钢、轴承钢、弹簧钢、不锈钢或电工钢。
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