CN107287503A - 一种改善残余元素恶化钢热塑性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善残余元素恶化钢热塑性的方法，所述方法为向含残余元素Sn的钢中加入Y元素，其中Y元素在钢中的添加量为0.03～0.1％，所述钢的成分为：C 0.17～0.23％，Si 0.17～0.37％，Mn 0.8～1.1％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr 1.0～1.3％，Ti 0.04～0.1％，0<Sn≤0.1％，余量为Fe及其他不可避免的微量元素。所述方法能够有效抑制20CrMnTi钢中残余元素Sn的晶界偏聚，改善含Sn钢的热塑性，消除其在连铸和轧制过程中裂纹及表面缺陷的产生，显著提高产品质量和生产效率，降低生产成本。所述方法对20CrMnTi钢中残余元素Sn的危害消除效果最佳。

Description

一种改善残余元素恶化钢热塑性的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种改善钢铁性能的方法，具体为一种改善残余元素恶化钢热塑性的方法。
背景技术
我国青藏地区、甘肃和新疆地区、宁夏和内蒙地区的铁矿资源，都有共同的、明显的特点，就是铁矿中大部分都伴生Sn等残余元素，因此，也使该些地区的民用和工业的废生铁、废钢中都含有较高的残余元素。废钢的大量积累和再循环使用，使钢中含有的Sn、Cu、As、Sb等残余有害元素不断增加，在钢中的含量越来越高。对钢的性能，特别是连铸坯的性能有着不良的影响。在连铸过程中，当钢坯从高温连续冷却时，Sn、As、Sb等元素在钢坯表面及内部晶界上发生非平衡晶界偏聚，降低表面及晶界内聚力，进而在连铸弯道拉伸、平道矫直、热轧延展时出现表面和内部裂纹，影响合金钢材的全连铸和成材率。
关于钢中残余元素的危害，目前工业生产中主要采用配料稀释法(如高炉炼铁时，合理配矿以减少铁水中残余元素含量，电炉炼钢中用直接还原铁(DRI)、热压块铁(HBI)、碳化铁、高炉铁水等废钢替代品来稀释钢液)来改善残余元素的危害。然而此法要求足够量的优质铁矿资源、清洁铁源等，并且易导致残余元素的循环富集，治标不治本。
此外，现有技术中采用重稀土净化钢铁，如中国文献(“重稀土在钢中的应用”，杨桂荣，江西冶金学，1985年第12期)公开了重稀土元素在钢铁中的净化作用，控制夹杂物形态以及合金化作用，但其净化是针对钢中的P、S元素(形成稀土硫化物等)，同时可作球化剂，消除粗大的组织，提高球化能力，尤其是在铸铁中的应用。
中国发明专利“一种抗磨白口铸铁材料及其制备方法”，公开了一种采用Y来改善低铬铸铁的脆性和韧性的方法，主要机理是变质、细化晶粒，消除铸态下粗大的柱状晶和树枝晶组织，同时钇具有控制夹杂物形态等特征，净化晶界、减少晶界有害元素。其中晶界的有害元素还是P、S元素(形成稀土硫化物等)，利用细化晶粒降低脆性、提高韧性主要针对的是冲击韧性。
而钢铁中残余元素Sn的存在恶化了钢的热塑性，且现有技术中并未公开采用重稀土消除钢铁中残余元素Sn，并提高钢热塑性。
发明内容
解决的技术问题：为了克服现有技术的缺陷，通过消除残余元素在钢中的偏聚来改善钢的热塑性，解决钢材在连铸和轧制过程中产生裂纹及表面缺陷等问题，本发明提供了一种改善残余元素恶化钢热塑性的方法。
技术方案：一种改善残余元素恶化钢热塑性的方法，向含残余元素Sn的钢中加入Y元素。
优选的，按重量百分含量计，所述Y元素在钢中的添加量为0.03～0.1％。
进一步的，按重量百分含量计，所述Y元素在钢中的添加量为0.05％。
优选的，按重量百分含量计，所述钢的成分为：C 0.17～0.23％，Si 0.17～0.37％，Mn 0.8～1.1％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr 1.0～1.3％，Ti 0.04～0.1％，0<Sn≤0.1％，余量为Fe及其他不可避免的微量元素。
优选的，所述钢为20CrMnTi钢。
一种由上述任一方法改善后的20CrMnTi钢。
优选的，在温度800～1000℃之间，20CrMnTi钢的断面收缩率高于60％。
本发明采用Y来改善残余元素恶化钢热塑性的原理在于：钢中的残余元素Sn，易于晶界偏聚，降低晶界表面能，弱化晶间聚合力，加速晶界微孔的形成和长大，阻碍晶界的迁移和动态再结晶的发生，进而恶化钢的热塑性；稀土Y的原子半径为0.181nm，远大于γ-Fe的原子半径(0.117nm)；当稀土溶于钢基体时，为保证较低系统自由能，稀土Y将向晶界偏聚，显著减少甚至消除残余有害元素Sn的晶界偏聚，强化晶界，进而有减轻甚至消除Sn晶界偏聚对热塑性的危害；稀土Y晶界偏聚能占据变形过程中形成的晶界空位，阻碍晶界微裂纹的形成和长大，同时减少S元素的晶界偏聚，进一步提高钢的热塑性；再者钢中的Y还能够阻碍奥氏体-铁素体转变，避免奥氏体晶界处铁素体膜的形成，增加晶界滑移阻力；加快动态再结晶的发生，从而能够改善和提高含锡钢的热塑性。
有益效果：(1)本发明所述方法能够有效抑制20CrMnTi钢中残余元素Sn的晶界偏聚；(2)所述方法能够有效改善含Sn钢的热塑性，消除其在连铸和轧制过程中裂纹及表面缺陷的产生，显著提高产品质量和生产效率，降低生产成本；(3)所述方法对20CrMnTi钢中残余元素Sn的危害消除效果最佳。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
一种改善残余元素恶化钢热塑性的方法，向含残余元素Sn的钢中加入Y元素。
按重量百分含量计，所述Y元素在钢中的添加量为0.03％。
按重量百分含量计，所述钢的成分为：C 0.18％，Si 0.22％，Mn 1.00％，P0.02％，S 0.003％，Cr 1.19％，Ti 0.06％，Sn 0.05％，O 0.0037％，N 0.0064％，余量为Fe。
所述钢为20CrMnTi钢。
一种由上述任一方法改善后的20CrMnTi钢。
实施例2
一种改善残余元素恶化钢热塑性的方法，向含残余元素Sn的钢中加入Y元素。
按重量百分含量计，所述Y元素在钢中的添加量为0.05％。
按重量百分含量计，所述钢的成分为：C 0.23％，Si 0.28％，Mn 1.00％，P0.02％，S 0.005％，Cr 1.03％，Ti 0.07％，Sn 0.05％，O 0.0024％，N 0.0043％，余量为Fe。
所述钢为20CrMnTi钢。
一种由上述任一方法改善后的20CrMnTi钢。
对照例1
未在钢中添加Y，除Fe以外，钢的具体成分如表1所示。
对实施例1～2及对照例1改善后获得的钢进行性能测试，具体操作步骤及结果如下：
真空冶炼所需成分的试验用钢，化学成分如表1所示，通过Gleeble热力模拟试验机对各试验用钢的热塑性进行研究，以试样的断面收缩率作为热塑性的评价指标。各试验用钢在不同温度下的断面收缩率如表2所示。
热塑性试验具体参数：1)将真空冶炼的试验用钢，加热到1150℃，并在加热炉中保温2.5h，随后锻成直径为15mm的圆棒并空冷至室温，备用；2)将锻好的圆棒加工成的Gleeble高温拉伸样，备用；3)在Gleeble试验机上，以10℃/s的速度将试样加热到1350℃并保温5min，然后以3℃/s的速度冷却至各试验温度(试验温度区间为650～1000℃，间隔50℃)保温2min后以10-2s-1的应变速率进行拉伸直至断裂，断裂后立即喷水冷却至室温，备用；4)测定并计算各试样的断面收缩率。
由实施例1～2可知：含残余有害元素Sn的20CrMnTi钢的热塑性明显得到改善，温度区间为800～1000℃时，断面收缩率均高于60％，同时脆性区变窄并向低温区移动，塑性谷底变浅，而对照例1中的热塑性相对较差，在很宽的温度范围内，热塑性均低于60％。
表1各试验用钢的化学成分(wt％)
C Si Mn P S Cr Ti Sn O N Y
实施例1 0.18 0.22 1.00 0.02 0.003 1.19 0.06 0.050 0.0037 0.0064 0.03
实施例2 0.23 0.28 1.00 0.02 0.005 1.03 0.07 0.050 0.0024 0.0043 0.05
对照例1 0.19 0.26 1.08 0.02 0.005 1.08 0.09 0.049 0.0007 0.0027 0
表2各试验用钢不同温度下的断面收缩率(％)
650℃ 700℃ 750℃ 800℃ 850℃ 900℃ 950℃ 1000℃
实施例1 - 61.81 52.39 64.24 60.31 65.31 79.95 92.38
实施例2 72.96 49.59 55.11 64 66.36 68.42 89.76 96.61
对照例1 - 62.05 44.05 56.97 57.36 58.66 67.28 90.58

Claims (7)

1.一种改善残余元素恶化钢热塑性的方法，其特征在于，向含残余元素Sn的钢中加入Y元素。
2.根据权利要求1所述的一种改善残余元素恶化钢热塑性的方法，其特征在于，按重量百分含量计，所述Y元素在钢中的添加量为0.03～0.1％。
3.根据权利要求2所述的一种改善残余元素恶化钢热塑性的方法，其特征在于，按重量百分含量计，所述Y元素在钢中的添加量为0.05％。
4.根据权利要求1所述的一种改善残余元素恶化钢热塑性的方法，其特征在于，按重量百分含量计，所述钢的成分为：C 0.17～0.23％，Si 0.17～0.37％，Mn 0.8～1.1％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr 1.0～1.3％，Ti 0.04～0.1％，0<Sn≤0.1％，余量为Fe及其他不可避免的微量元素。
5.根据权利要求1所述的一种改善残余元素恶化钢热塑性的方法，其特征在于，所述钢为20CrMnTi钢。
6.由权利要求1～5任一所述方法改善后的20CrMnTi钢。
7.根据权利要求6所述的20CrMnTi钢，其特征在于，在温度800～1000℃之间，其断面收缩率高于60％。
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