CN108220528B - 一种合金钢复合精炼剂及其制备方法 - Google Patents

一种合金钢复合精炼剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种合金钢复合精炼剂，各成分的重量百分比如下：La 18‑20％，TiN 0.1‑0.2％，Si 18‑20％，Al 1.5‑2.5％，Mg 4.0‑5.0％，K 0.75‑1.5％，Na 0.25‑0.5％，B：1.0‑2.0％，余量为Fe。本发明还提供了制备所述复合精炼剂的方法。本发明产品用于合金钢的精炼，其主要作用是快速去除钢中气体(氮气氢气氧气)，有效去除钢中杂质，改善钢中碳化物形态，减小夹杂物对钢基体的割裂作用，细化晶粒，在明显提高材料的洁净度的基础上大幅度提高了铸件的性能。

Description

一种合金钢复合精炼剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铸造材料及制备方法，特别是合金钢复合精炼剂及其制备方法。
背景技术
合金钢是指钢中除含硅和锰作为合金元素或脱氧元素外，还含有其他合金元素或非合金元素的钢。合金钢中的磷、硫、氧等元素是限制合金材料性能的重要原因，磷会引起材料的冷脆，硫和氧则引起材料的热裂，给材料性能带来危害。冶炼钢水进行炉外精炼，降低钢中硫、磷含量，对于提高钢的产品质量、扩大产品品种、降低生产成本具有十分重要的意义。随着科技的高速发展，对钢的性能要求也越来越高，基于钢中杂质对钢的性能影响很大，因此对钢中的硫、磷、气体(N、H、O)及夹杂物的限制越来越严格，提出了洁净钢的概念。钢中的非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、硫氧化合物、硅酸盐化合物及氮化物等。这些夹杂物的来源有外来的和自生的两类。外来的夹杂物包括在炼钢过程中从炉料夹带的不洁物，炉衬因经常受侵蚀而脱落的耐火材料等。自生的夹杂物是在炼钢过程中及钢液浇注过程中，由于钢液中元素氧化或发生其它化学反应而生成的。夹杂物对钢的力学性能有害，特别是对韧性的削弱作用较大。若提高钢的性能，提高钢的洁净程度是十分必要的。鉴于此，用于钢精炼过程的精炼剂成为业内人士研究的重点课题。
发明内容
本发明旨在提供一种可减少钢中的非金属夹杂物及氢、氧含量，从而有利于冶炼洁净钢的合金钢复合精炼剂及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：
一种合金钢复合精炼剂，各成分的重量百分比如下：La 18-20％，TiN 0.1-0.2％，Si 18-20％，Al 1.5-2.5％，Mg 4.0-5.0％，K 0.75-1.5％，Na 0.25-0.5％，B：1.0-2.0％，余量为Fe。
上述合金钢复合精炼剂，所述复合精炼剂中La源自金属镧，Si源自硅铁，Al源自金属铝，Mg源自金属镁，K、Na源自钾钠长石砂，B源自硼铁，Fe源自废钢，TiN源自氮化钛粉，所述氮化钛粉的平均粒径为3-5微米。
上述合金钢复合精炼剂制备方法，按配比称取各原料，将除氮化钛粉的各原料破碎成小块，混合均匀后放入真空电炉中,用氩气置换炉内空气,升温至1400℃-1450℃，熔炼10-15min,熔炼过程中不停搅拌,待原料充分熔化后，加入称量好的氮化钛粉，充分搅拌1-2分钟，浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中，铸锭冷却后通过人工或机械破碎制粒。
本发明产品用于合金钢的精炼，其主要作用是快速去除钢中气体(氮气氢气氧气)，有效去除钢中杂质，改善钢中碳化物形态，减小夹杂物对钢基体的割裂作用，细化晶粒，从而提高钢的洁净度和性能。本发明的有益效果如下：
1、复合精炼剂中的Si、Al、Mg等元素，可以有效地使钢液中的氧降到最低，具有快速脱氧、除氢、去氮的作用；
2、复合精炼剂在钢液中形成含Si、Al的复杂氧化物，调节夹杂物密度和熔点,改善钢液对夹杂物的浸润性和接触表面能,使夹杂物易于排除，有效地脱除夹杂物；
3、复合精炼剂中的纳米级的TiN耐高温，在钢液凝固过程中形成细小的第二相晶核，增加晶核心数量，达到细化晶粒的目的，同时可以有效解决铸件微观疏松缺陷；
4、复合精炼剂中的稀土元素La，可以改善材料的微观组织，细化晶粒，同时改善了钢液内部的夹杂物形态，使夹杂物形态由尖锐棱角并呈链状分布改善为钝角形状且弥散分布，减小夹杂物对钢基体的割裂作用，减少疲劳源；
5、复合精炼剂中的K、Na与其它合金经过高温还原形成微合金或微型夹杂物，微合金或微型夹杂物在钢液中又产生异质核心，促使晶粒细化和碳化物错位转化，达到团球化，改变碳化物形态、细化晶粒，并使其弥散分布。
综上所述，本发明精炼剂在与钢液的接触过程中，去除了钢液中的气体和有害杂质，提高了钢液的纯净度，减少了钢中的有害杂质对基体的割裂作用，提高了铸件的机械性能。
具体实施方式
以下提供几个具体的实施例。
实施例1：合金钢复合精炼剂的化学成分重量百分比如下：La：18％，Si：18％，Al：1.5％，Mg：4.0％，K：0.75％，Na：0.25％；B：1.0％，TiN：0.1％，余量为Fe。其中，La源自金属镧，Si源自含硅量为72％的硅铁，Al源自金属铝，Mg源自金属镁，K、Na源自钾含量、钠含量分别为4.5％和1.5％的钾钠长石砂，B源自硼含量17％的硼铁，Fe源自废钢，TiN源自氮化钛粉，氮化钛粉的平均粒径为3-5微米。
按配化学成分比称取各原料，将除氮化钛粉的各原料破碎成小块，混合均匀后放入真空电炉中,用氩气置换炉内空气,升温至1400℃，熔炼15min,熔炼的过程中不停搅拌,至原料混合均匀；待原料充分熔化后，加入称量好的氮化钛粉，充分搅拌1-2分钟，浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中；铸锭冷却后通过人工或机械破碎制粒，加工成客户要求的粒度。
实施例2：合金钢复合精炼剂的化学成分重量百分比如下：La：20％，Si：19％，Al：2.0％，Mg：4.5％，K：1.0％，Na：0.5％；B：2％，TiN：0.2％，余量为Fe。其中，La源自金属镧，Si源自含硅量为72％的硅铁，Al源自金属铝，Mg源自金属镁，K、Na源自钾含量、钠含量分别为4.0％和2.0％的钾钠长石砂，B源自硼含量17％的硼铁，Fe源自废钢，TiN源自氮化钛粉，氮化钛粉的平均粒径为3-5微米。
按配化学成分比称取各原料，将除氮化钛粉的各原料破碎成小块，混合均匀后放入真空电炉中,用氩气置换炉内空气,升温至1450℃，熔炼10min,熔炼的过程中不停搅拌,至原料混合均匀；待原料充分熔化后，加入称量好的氮化钛粉，充分搅拌1-2分钟，浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中；铸锭冷却后通过人工或机械破碎制粒，加工成客户要求的粒度。
实施例3：合金钢复合精炼剂的化学成分重量百分比如下：La：19％，Si：20％，Al：2.5％，Mg：5.0％，K：1.5％，Na：0.5％；B：2.5％，TiN：0.15％，余量为Fe。其中，La源自金属镧，Si源自含硅量为72％的硅铁，Al源自金属铝，Mg源自金属镁，K、Na源自钾含量、钠含量分别为4.5％和1.5％的钾钠长石砂，B源自硼含量17％的硼铁，Fe源自废钢，TiN源自氮化钛粉，氮化钛粉的平均粒径为3-5微米。
按配化学成分比称取各原料，将除氮化钛粉的各原料破碎成小块，混合均匀后放入真空电炉中,用氩气置换炉内空气,升温至1430℃，熔炼13min,熔炼的过程中不停搅拌,至原料混合均匀；待原料充分熔化后，加入称量好的氮化钛粉，充分搅拌1-2分钟，浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中；铸锭冷却后通过人工或机械破碎制粒，加工成客户要求的粒度。
所述复合精炼剂的使用方法：
方法一：钢液熔炼完成后，首先使用除渣剂进行除渣操作，除渣完毕后将精炼剂直接加入钢液，加入量按照钢液重量的0.3-0.4％控制，使用工具充分搅拌1-2分钟，电炉断电静置1-2分钟，使细小夹杂物上浮，再次使用除渣剂进行除渣操作，除渣干净后，即可钢液出炉进行浇注操作。
方法二：钢液熔炼完成，首先使用除渣剂进行除渣操作后，钢液出炉，将精炼剂放置在钢水包底部，加入量按照钢液重量的0.3-0.4％控制，出钢过程中，钢液与精炼剂在钢水包内进行接触反应，出钢结束后静置1-2分钟，再次使用除渣剂进行钢水包内除渣操作，除渣干净后，即可进行浇注操作。
本发明产品在某生产耐热钢材质的汽车涡轮壳铸造厂使用结果见下表：
表1：钢液中气体含量检测结果
由表1可见：使用精炼剂产品后，氧气含量下降40.20％、氮气含量下降10.27％、氢气含量下降14.23％。综合分析以上数据，精炼剂产品对去除钢液中气体效果明显，可有效降低钢液中氧气、氮气、氢气的含量。
表2：铸件常温性能要求检测结果
注：原始数据为未使用精炼剂产品的日常生产中检测结果的平均值。
从表2中数据可以看出，使用精炼剂后的铸件性能检测结果比未使用精炼剂产品的铸件性能检测结果中，屈服强度平均提高了16.44％，抗拉强度平均提高了13.66％，延伸率平均提高了11.28％。
金相组织对比表明，使用本产品后柱状晶明显减少。

Claims (2)

1.一种合金钢复合精炼剂，其特征在于：所述复合精炼剂中各成分的重量百分比如下：La 18-20%，TiN 0.1-0.2%，Si 18-20%，Al 1.5-2.5%，Mg 4.0-5.0%，K 0.75-1.5 %，Na0.25-0.5%，B：1.0-2.0%，余量为Fe；
上述合金钢复合精炼剂的制备方法如下，按配比称取各原料，将除氮化钛粉的各原料破碎成小块，混合均匀后放入真空电炉中,用氩气置换炉内空气,升温至1400℃-1450℃，熔炼10-15min,熔炼过程中不停搅拌,待原料充分熔化后，加入称量好的氮化钛粉，充分搅拌1-2分钟，浇注至充有惰性保护气体的水冷模型中，铸锭冷却后通过人工或机械破碎制粒。
2.根据权利要求1所述的合金钢复合精炼剂，其特征在于：所述复合精炼剂中La源自金属镧，Si源自硅铁，Al源自金属铝 ，Mg源自金属镁，K 、Na源自钾钠长石砂，B源自硼铁，Fe源自废钢，TiN源自氮化钛粉。
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