CN107841595A - 含碲的包芯线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含碲的包芯线、其制备方法及其应用，含碲的包芯线由芯料以及低碳钢包芯管组成，所述芯料主要由碲和以及不可避免的杂质组成。包芯线由芯料以及低碳钢带压制而成的包芯管组成。包芯线于钢液精炼时，将含碲的包芯线作为合金料添加到钢液中，对含硫钢中的夹杂物进行改质处理，并调节含硫钢中的碲和硫的含量达到目标值范围，制备含碲和硫的合金钢。在钢液精炼时喂入本发明包芯线，能有效调控硫化物形态，显著改善钢的切削性，大幅提升切削速度及材料表面的光洁度，是开发超级性能的易切削钢的关键材料。本发明将碲和硫的作为合金冶炼的夹杂物变性剂，碲与硫复合添加能有效改变和调控钢中夹杂物形态，进而改善钢切削性能。

Description

含碲的包芯线
技术领域
本发明涉及一种合金材料及其应用和制备方法，特别是涉及一种包芯线及其应用和制备方法，应用于钢铁冶金领域。
背景技术
碲原子序数52，第VI族，与硫、硒和钋同族，金属性比硫、硒强，通常称为“半金属”，气态分子为：Te2，除单质外存在六种价态：-2、+1、+2、+4、+5、+6。单质碲分晶体、无定型两种。晶体碲呈银白色，属六方晶系，包括ɑ-Te和β-Te，温度高于354℃，ɑ-Te转为β-Te，无定形灰色碲是碲的微晶。
常温下碲不与水、氧气、非氧化性酸反应，化学稳定性好；高温下碲可与水反应生成氢气和TeO2。空气中加热碲不燃烧，氧气中生成TeO2并产生蓝绿色火焰。硫与碲不能形成化合物，但熔融状态二者互溶。
冶金、电子工业是碲的主要用户，国外的碲85％用于冶金行业，美国达到90％，而中国约90％的碲用于电子工业，很少有冶金企业使用碲。钢中加碲可显著改善切削性，碲能减少刀具上积屑瘤尺寸、使瘤均匀，并使夹杂物球化成球状、纺锤状。
公开号为CN201611252633的中国专利文献公开了一种含碲钢的制备方法，其中提到一种碲的包芯线，其芯料为纯碲，由于碲的熔点低，熔点为452℃，碲的沸点也低，为1390℃，在1600℃左右的炼钢温度下具有较高的蒸汽压，以碲粉形式加入钢液时会迅速气化，很难加入钢中，收得率较低，会造成极大浪费。
公开号为CN201510465894的中国专利文献公开了一种碲锰铁合金及其制备方法，碲锰铁合金用作芯料增加包芯线的易切削性能，所述碲、锰、铁的质量比为：(4～9)：(1～4)：(0.5～2)，但碲锰铁合金的碲收得率仍然较低，还是没有有效地解决贵金属的浪费问题。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种含碲的包芯线及其应用和制备方法，包芯线芯料为碲与硫的混合物，能用于精炼进行合金化喂线，在钢液精炼过程中，将含碲的包芯线添加于钢液中，对含硫钢中的夹杂物进行改质处理，并调节含硫钢中的碲和硫的含量。由于碲在冶金中的作用通常与硫紧密联系一起，本发明含碲的包芯线，供冶金行业特别是钢铁冶炼过程中应用，通过在精炼过程中向钢液适量喂入的本发明的碲包芯线产品，达到向钢中添加易切削元素碲及硫的目的，进而通过硫、碲的作用，来有效调控钢中的夹杂物，达到改善钢的易切削性能和综合性能的目的。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种含碲的包芯线，由芯料以及低碳钢包芯管组成，所述芯料主要由碲和以及不可避免的杂质组成。
作为本发明优选的技术方案，在所述芯料中，所述芯料由碲和硫的混合物以及不可避免的杂质组成；或者所述芯料仅由碲以及不可避免的杂质组成。
作为本发明进一步优选的技术方案，在所述芯料中，碲粉的质量百分比不低于50wt％。
作为本发明更进一步优选的技术方案，在所述芯料中，碲粉的质量百分比不低于75wt％。
作为本发明更进一步优选的技术方案，所述芯料为纯碲。
一种本发明包芯线的制备方法，包芯线由芯料以及低碳钢带压制而成的包芯管组成。
一种本发明含碲的包芯线的应用，用于钢液精炼时，将含碲的包芯线作为合金料添加到钢液中，对含硫钢中的夹杂物进行改质处理，并调节含硫钢中的碲和硫的含量达到目标值范围，制备含碲和硫的合金钢。
作为上述方案进一步优选的技术方案，将含碲的包芯线作为合金料添加到钢液中，制备含有MnTe包裹MnS的复合夹杂物的含合金钢，使合金钢中碲含量为400-980ppm。
作为上述方案进一步优选的技术方案，将含碲的包芯线作为合金料添加到钢液中，制备含有MnTe包裹MnS的复合夹杂物的含合金钢，使合金钢中碲含量为680-980ppm。
作为上述方案进一步优选的技术方案，制备含有Te的壳包裹MnS的复合夹杂物的含合金钢，控制Te、MnTe或MnTe2包裹MnS形成的复合夹杂物占夹杂物总质量的23.0-65.5％。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明采用碲作为钢中的易切削元素的添加剂，改质效果明显，极微量碲也会形成碲与MnS复合夹杂，在含硫量极低的钢中加入微量碲，仍能在近晶界处极快的冷速凝固出现碲与MnS复合物，既可分布在珠光体中，又可存在铁素体内；
2.本发明作为碲和硫的混合物作为合金冶炼的夹杂物变性剂，碲与硫复合添加能有效改变和调控钢中夹杂物形态，利用含碲的包芯线进行精炼得到的硫化物夹杂都不大，而含碲复合硫化物尺寸较大，且形状圆整、规则，一般外层覆盖有一圈碲化锰，能够避免夹杂物尖角效应，并且在轧制过程中能够减小夹杂物变形，使夹杂物更易碎化，改善钢易切削性能；
3.本发明包芯线中Te和S共存，一定程度上稀释了Te，避免了纯Te加入时局部浓度过高导致的挥发严重，有利于提高收得率。同时，纯Te在钢液中要形成MnS-MnTe复合夹杂，还需要一定的动力学过程，使用本发明包芯线，碲与硫复合添加，便于形成复合夹杂。
附图说明
图1为本发明实施例含碲的包芯线的结构示意图。
图2为本发明实施例制备不同碲含量的实验样品钢的夹杂物形貌照片。
图3为本发明实施例制备不同碲含量的实验样品钢的夹杂物三维形貌照片。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1，一种含碲的包芯线，由芯料2以及低碳钢包芯管1组成，所述芯料1由碲和硫的混合物以及不可避免的杂质组成。在所述芯料中，碲粉的质量百分比为50wt％。本实施例含碲的包芯线由芯料以及低碳钢带压制而成的包芯管组成。
在本实施例中，将含碲的包芯线用于钢液精炼，原始钢样中硫含量为200ppm，不含碲，钢样目标碲含量400ppm，硫含量600ppm。通过管式加热炉在惰性气体的保护下，将样品加热到1600℃，保持20分钟，钢液熔化均匀后，将含碲的包芯线作为合金料添加到钢液中，喂线反应进行平缓，没有喷溅现象，搅拌并保温10分钟，随后降温并随炉冷却。实验后得到一组样品，经过检测样品中碲含量为407ppm。图2为本实施例制备不同碲含量的实验样品钢的夹杂物显微形貌照片。图3为本实施例制备不同碲含量的样品钢的夹杂物三维形貌照片。为方便描述，定义MnTe包裹MnS单核心的夹杂物为一类夹杂物；MnTe包裹多个MnS核心的夹杂物为二类夹杂物；单独MnS夹杂物为三类夹杂物，一类夹杂物和二类夹杂物统称为复合夹杂物。
在本实施例中，50wt％碲含量的包芯线主要用于要求较低的碲含量而硫含量要求较高的钢种，复合芯料可简化加料工艺，同时碲与硫协同添加可避免纯Te加入时局部浓度过高导致的挥发严重，有利于提高收得率。观察并统计试样的显微照片可知MnTe包裹MnS形成的复合夹杂物约占夹杂物总量的31.4％，从图2的夹杂物金相显微形貌图中可以看出，夹杂物尺寸较小且分布较为均匀，夹杂物长宽比约为1.4，呈完整的球形，即碲的添加对夹杂物形态起到了控制作用，从图3的三维形貌图中可以看出，加了包芯线后的钢中出现了MnS-MnTe复合夹杂物，主要为MnTe包裹单一MnS核心的复合夹杂物，另外还有一部分复合夹杂物为多核心的碲锰复合夹杂物。夹杂物核心为硫化物较软，易于切削，同时由于碲化锰外壳的包裹，使两种形态的复合夹杂物在之后的轧制工艺中不易变形，对钢基体的割裂作用小，有利于提高钢的切削性能。
表1.实施例一制备的钢中夹杂物统计结果表
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图1，一种含碲的包芯线，由芯料2以及低碳钢包芯管1组成，所述芯料1由碲和硫的混合物以及不可避免的杂质组成。在所述芯料中，碲粉的质量百分比为75wt％。本实施例含碲的包芯线由芯料以及低碳钢带压制而成的包芯管组成。
在本实施例中，将含碲的包芯线用于钢液精炼，原始钢样中硫含量为200ppm，不含碲，钢样目标碲含量700ppm，硫含量250ppm。在进行钢液精炼时，将含碲的包芯线作为合金料添加到钢液中，制备含有Te的壳包裹MnS的复合夹杂物的含合金钢，喂线反应进行平缓，没有喷溅现象，实验后得到一组实验样品，经过检测样品中碲含量为690ppm。
表2.实施例二制备的钢中夹杂物统计结果表
为方便描述，定义MnTe包裹MnS单核心的夹杂物为一类夹杂物；MnTe包裹多个MnS核心的夹杂物为二类夹杂物；单独MnS夹杂物为三类夹杂物，一类夹杂物和二类夹杂物统称为复合夹杂物。原始钢样中硫含量为200ppm，不含碲，图2为本实施例制备不同碲含量的实验样品钢的夹杂物显微形貌照片。图3为本实施例制备不同碲含量的实验样品钢的夹杂物三维形貌照片。
在本实施例中，75wt％碲含量的包芯线主要用于要求较高碲含量而要求较低硫含量的钢种，复合芯料可简化加料工艺，同时碲与硫协同添加可避免纯Te加入时局部浓度过高导致的挥发严重，有利于提高收得率。观察并统计试样的显微照片可知Te、MnTe包裹MnS形成的复合夹杂物约占夹杂物总量的30％～40％，从图2的夹杂物金相显微形貌图中可以看出，夹杂物体积大且分布弥散，夹杂物长宽比约为1.5，显微照片中观察到的夹杂物多为椭球状，说明夹杂物形态控制效果良好，且复合夹杂物比例明显提高，可有效改善钢的切削性能。从图3的三维形貌图中可以看出，复合夹杂物多为单一核心的碲锰复合夹杂物，MnS夹杂物外包裹有比较完整的MnTe外壳，另外还有一部分复合夹杂物为多核心的碲锰复合夹杂物。夹杂物核心为硫化物较软，易于切削，同时由于碲化锰外壳的包裹，使两种形态的复合夹杂物在之后的轧制工艺中不易变形，对钢基体的割裂作用小，有利于提高钢的切削性能。
实施例三：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图1，一种含碲的包芯线，由芯料2以及低碳钢包芯管1组成，所述芯料1由碲和硫的混合物以及不可避免的杂质组成。所述芯料为纯碲。本实施例含碲的包芯线由芯料以及低碳钢带压制而成的包芯管组成。
在本实施例中，将含碲的包芯线用于钢液精炼，钢样目标碲含量970ppm，硫含量50ppm。将含碲的包芯线作为合金料添加到钢液中，对含硫钢中的夹杂物进行处理，制备含碲和硫的合金钢。在进行钢液精炼时，将含碲的包芯线作为合金料添加到钢液中，制备含有Te的壳包裹MnS的复合夹杂物的含合金钢，喂线反应进行平缓，没有喷溅现象，实验后得到一组样品，经过检测样品中碲含量为980ppm。
表3.实施例三制备的钢中夹杂物统计结果表
为方便描述，定义MnTe包裹MnS单核心的夹杂物为一类夹杂物；MnTe包裹多个MnS核心的夹杂物为二类夹杂物；单独MnS夹杂物为三类夹杂物，一类夹杂物和二类夹杂物统称为复合夹杂物。原始钢样中硫含量为200ppm，不含碲，图2为本实施例制备不同碲含量的实验样品钢的夹杂物显微形貌照片。图3为本实施例制备不同碲含量的实验样品钢的夹杂物三维形貌照片。
在本实施例中，纯碲芯的包芯线主要用于要求较高碲含量而需要严格控制硫含量的钢种，由于芯料为纯碲芯，硫的控制可通过其他方式调控。观察并统计试样的显微照片可知Te、MnTe包裹MnS形成的复合夹杂物约占夹杂物总量的50％～60％，从图2的夹杂物金相显微形貌图中可以看出，夹杂物体积较大且分布弥散，夹杂物长宽比约为1.3，显微照片中观察到的夹杂物多为椭球状或者近球状，说明夹杂物形态控制效果良好，且复合夹杂物比例明显提高，三类夹杂物显著降低，可有效改善钢的切削性能。从图3的三维形貌图中可以看出，复合夹杂物多为单一核心的碲锰复合夹杂物，MnS夹杂物外包裹有比较完整的MnTe外壳，另外还有一部分复合夹杂物为多核心的碲锰复合夹杂物，加入的碲比例提高，多核心复合夹杂物的比例随之提高。夹杂物核心为硫化物较软，易于切削，同时由于碲化锰外壳的包裹，使两种形态的复合夹杂物在之后的轧制工艺中不易变形，对钢基体的割裂作用小，有利于提高钢的切削性能。
同时，不同碲含量的包芯线可通过结合使用，达到合理、全面控制钢中碲、硫含量的效果。
1.通过实施例一的测试分析发现钢中的硫化物与碲化物通常结合在一起，相互作用；单一硫化物夹杂不大，而含碲复合硫化物尺寸较大，且形状规则，一般外层有一圈碲化锰，当碲较多时会有纯碲相，相当一层薄碲膜覆盖住硫化物夹杂，其形状圆整，能有效避免尖角效应，改善钢易切削性能；
2.随碲含量增加，含硫钢中单独MnS比例明显变小，硫-碲复合夹杂明显增多，夹杂物尺寸明显变大；
3.硫、碲液态互溶固相中溶解度低；凝固时与锰一起偏析在凝固前沿；硫浓度高活度大，先与锰结合析出MnS，凝固过程不断排挤出碲，凝固末期，碲与锰结合形成MnTe、MnTe2，在MnS包裹析出，形状为圆整、规则夹杂；
4.含硫钢中加适量碲，可形成MnTe、Mn(S，Te)等夹杂，其本身不易变形，可抑制MnS变形，呈类球状、纺锤状。
5.纯Te加入钢液后形成MnTe，要形成MnS-MnTe的复合夹杂，还需要一个动力学过程，但使用Te-S包芯线的话，本身Te和S就在一块，便于形成复合夹杂；包芯线中Te和S共存，一定程度上稀释了Te，避免了纯Te加入时局部浓度过高导致的挥发严重，有利于提高收得率。
前文结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明含碲的包芯线、其制备方法及其应用的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种含碲的包芯线，其特征在于：由芯料以及低碳钢包芯管组成，所述芯料主要由碲和以及不可避免的杂质组成。
2.根据权利要求1所述含碲的包芯线，其特征在于：在所述芯料中，所述芯料由碲和硫的混合物以及不可避免的杂质组成；或者所述芯料仅由碲以及不可避免的杂质组成。
3.根据权利要求2所述含碲的包芯线，其特征在于：在所述芯料中，碲粉的质量百分比不低于50wt％。
4.根据权利要求3所述含碲的包芯线，其特征在于：在所述芯料中，碲粉的质量百分比不低于75wt％。
5.根据权利要求2所述含碲的包芯线，其特征在于：在所述芯料为纯碲。
6.一种权利要求1所述所述含碲的包芯线的制备方法，其特征在于：包芯线由芯料以及低碳钢带压制而成的包芯管组成。
7.一种权利要求1所述含碲的包芯线的应用，其特征在于：用于钢液精炼时，将含碲的包芯线作为合金料添加到钢液中，对含硫钢中的夹杂物进行改质处理，并调节含硫钢中的碲和硫的含量达到目标值范围，制备含碲和硫的合金钢。
8.根据权利要求7中所述含碲的包芯线的应用，其特征在于：制备含有Te的壳包裹MnS的复合夹杂物的含合金钢。
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