CN108300927B - 一种提高光伏产业用切割丝用钢洁净度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，公开了一种提高光伏产业用切割丝用钢洁净度的方法，冶炼过程中向钢中加入高纯度Ce。本发明可以应用在光伏产业用切割钢丝生产的合金化环节，通过加入高纯度Ce，控制钢中Ce的质量百分含量在0.01％～0.05％范围内，可以显著降低钢中全氧含量与S含量，并实现对钢中Al2O3硬质夹杂的变质。

Description

一种提高光伏产业用切割丝用钢洁净度的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及一种提高光伏产业用切割丝用钢洁净度的方法。
背景技术
光伏发电作为一种无污染且可再生的资源，发展速度异常迅猛。制造太阳能电池的主要原料包括晶体硅、非晶硅和复合物太阳电池晶体硅等，目前多线切割是加工晶体硅的主要工艺。多线切割生产效率高，一批次可切割数千片，但其成功率与切割线的质量密切相关，一旦断线可能造成整根硅棒报废，同时切片材料损失(刀缝)与切割钢丝直径和研磨砂颗粒度有重要关系，为减少刀缝损失，线切割技术的发展对更细、更高强度的钢丝开发提出了需求。目前市场主流的切割丝规格为Φ0.55～0.07mm。
切割钢丝加工和使用过程中最主要的问题就是断丝，钢丝中的大尺寸硬质夹杂物是造成断丝的主要内因，此外钢中的偏析等问题也会引起断丝。因此钢丝的断丝率与钢液洁净度密切相关。在通常情况下，氧化物夹杂物的数量与钢中氧含量对应，有害杂质元素硫的偏析以及硫化物的数量与钢中硫含量对应，通过加入活泼元素控制钢中氧、硫含量是提高钢液洁净度的一种常用方法。由于成品切割钢丝直径非常细小，超高强度，韧性良好，且要求根钢丝具有超长的长度(大于250km)，因此要求钢液具有很高的纯净度。
稀土元素Ce能有效地实现钢液中纯净度的提高。钢中加入Ce后，由于Ce具有极强的化学活性，Ce能够夺取钢中可能生成MnS、Al2O3和硅铝酸盐夹杂物中的氧和硫，在控制好反应及夹杂物上浮的冶金条件下，可以实现钢中夹杂物减少，钢液洁净度得到提高。Ce对提高钢液洁净度具有积极的影响，我国冶金学者对稀土深脱氧硫、变质夹杂有着大量的研究，国内对不同的钢种采用稀土元素处理钢液，钢的洁净度有了明显的改善。但是受到稀土制备水平的限制，以往研究往往采用的是混合稀土或者含稀土合金，采用高纯度Ce处理钢液的应用研究报道尚少见，另外目前尚无Ce应用于切割钢丝用钢冶炼的文献报道。
发明内容
切割钢丝对钢中氧含量以及夹杂物有很高的要求，目前的冶炼手段很难实现对钢中夹杂物以及有害元素硫的控制能力的跃升。本发明的目的是，提供一种减少和变质切割丝用钢中氧化物夹杂，降低钢中有害元素硫含量的方法。在冶炼过程中采用稀土Ce处理切割丝用钢，深度去除钢液中氧和硫，以达到减弱硬质氧化物夹杂和有害元素硫对成品钢丝的损害，从而降低钢丝断丝率的目的。
本发明的技术方案为：一种提高光伏产业用切割丝用钢洁净度的方法，所述方法按照目标钢种成分，准备冶炼所需原料包括纯铁、C、Cr、Mn、Si；其特征在于，原料还包括金属Ce，在真空感应炉中按照以下步骤进行冶炼：
(1)装料：坩埚中加入纯铁、Cr、C；料仓按顺序装料：Si、C、Mn、Ce；其中，坩埚中的C含量:料仓中的C含量为4:1；
(2)启动真空泵；
(3)给电升温，真空度≤5Pa；
(4)开始熔化，炉内通入氩气；
(5)熔清后，加入料仓中的Si；
(6)5min～7min后加入料仓中的C；
(7)启动真空泵，不断降低真空度，直到1Pa以内；
(8)再次通入氩气；
(9)加入料仓中的Mn；
(10)3min～5min后测温，调整功率使温度达到1540℃～1560℃，加入Ce；
(11)3min～5min后浇注
上述方法所述的Ce，纯度为99.99％。步骤(10)中控制钢中Ce含量为原料总量的质量分数0.01％～0.05％。
用Ce处理可以使钢水中的全氧含量和硫含量分别降低到0.001％和0.003％以内；Ce可以夺取Al2O3中的氧，并与钢液中的硫结合，形成Ce的氧硫化物。含Ce夹杂物的热膨胀系数与钢基体类似，在热轧过程中较不易成为裂纹源，有利于进一步降低钢丝的断丝率。
本发明的有益效果为：
通过在切割钢丝用钢冶炼过程中，加入高纯度(可近似按照99.99％计)Ce，使切割丝用钢中全氧含量和硫含量大大降低，并实现对以Al2O3为代表的硬质夹杂物的变质处理，减小了对后续加工过程的不利影响。采用本发明技术，可在切割丝用钢生产时提高钢材的洁净度，降低切割钢丝的断丝率。
附图说明
图1为实例1盘条1#夹杂物形貌及能谱，(a)形貌，(b)能谱。
图2为实例1盘条2#夹杂物形貌及能谱，(a)形貌，(b)能谱。
图3为实例2盘条1#夹杂物形貌及能谱，(a)形貌，(b)能谱。
图4为实例2盘条2#夹杂物形貌及能谱，(a)形貌，(b)能谱。
图5为实例3盘条1#夹杂物形貌及能谱，(a)形貌，(b)能谱。
图6为实例3盘条2#夹杂物形貌及能谱，(a)形貌，(b)能谱。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例1～3对本发明进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。本实验中所选钢种为C104Cr切割丝用钢，是一种过共析钢，具体目标成分如表1所示。
表1实验钢种成分/wt,％
实施例1
一种提高光伏产业用切割丝用钢洁净度的方法，具体实施情况如下：
按照钢种成分，准备冶炼所需的包括纯铁、金属铬、电解锰、纯硅和石墨块等各种原料，并配置高纯度(可近似按照99.99％计)Ce，在真空感应炉或电炉中按照如下步骤进行冶炼：
(1)装料：坩埚中加入纯铁、Cr、C(80％)；料仓按顺序装料：Si、C(20％)、Mn、Ce；
(2)启动真空泵；
(3)给电升温，真空度≤5Pa；
(4)开始熔化，炉内通入氩气至50kPa；
(5)熔清后，加入料仓中的Si；
(6)5min后加入料仓中的C；
(7)启动真空泵，不断降低真空度，直到1Pa以内，停泵；
(8)再次通入氩气，氩气压力提高到10kPa；
(9)加入料仓中的Mn；
(10)3min后测温，调整功率使温度达到1560℃，加入Ce；
(11)3min后浇注
上述方法所述的Ce，其特征为高纯度，可近似按照99.99％计。在步骤(9)中控制钢中Ce含量按质量百分数在0.01％。
结果如表2所示。
表2 C104Cr切割丝用钢的成分(wt％)
通过金相及扫描电镜分析，实施例1制备钢轧制盘条后夹杂物组成为Ce-O-S夹杂物，尺寸在1.0～3.0μm。
从实施例1中结果可以看出经过高纯度Ce处理后，钢中的全氧含量和硫含量有大幅度降低，全氧含量从0.0019％降低至0.0013％，硫含量从0.0050％降低至0.0037％，钢中其他合金成分不受影响。
将实施例1制备的切割丝用钢轧制成盘条，然后拉拔成直径分别为70μm切割丝，进行拉拔检测以及生产试用，其断丝率情况如表3所示。从表3可以看出，与空白对照组相比，经Ce处理后，实施例1中切割丝用钢生产的70μm的切割丝，断丝率大大降低。
表3钢丝断丝率情况
实施例2
一种提高光伏产业用切割钢丝用钢钢液洁净度的方法，具体实施情况如下：
按照钢种成分，准备冶炼所需的包括纯铁、金属铬、电解锰、纯硅和石墨块等各种原料，并配置高纯度(可近似按照99.99％计)Ce，在真空感应炉或电炉中按照如下步骤进行冶炼：
(1)装料：坩埚中加入纯铁、Cr、C(80％)；料仓按顺序装料：Si、C(20％)、Mn、Ce；
(2)启动真空泵；
(3)给电升温，真空度≤5Pa；
(4)开始熔化，炉内通入氩气至50kPa；
(5)熔清后，加入料仓中的Si；
(6)5min后加入料仓中的C；
(7)启动真空泵，不断降低真空度，直到1Pa以内，停泵；
(8)再次通入氩气，氩气压力提高到10kPa；
(9)加入料仓中的Mn；
(10)4min后测温，调整功率使温度达到1550℃，加入Ce；
(11)5min后浇注
上述方法所述的Ce，其特征为高纯度，可近似按照99.99％计。在步骤(9)中控制钢中Ce含量按质量百分数在0.03％。
结果如表4所示。
表4 C104Cr切割丝用钢的成分(wt％)
通过金相及扫描电镜分析，实施例2制备钢轧制盘条后夹杂物组成为Ce-O-S夹杂物，尺寸在1.0～3.0μm。
从实施例2中结果可以看出经过高纯度Ce处理后，钢中的全氧含量和硫含量有大幅度降低，全氧含量从0.0019％降低至0.0009％，硫含量从0.0050％降低至0.0022％，钢中其他合金成分不受影响。
将实施例2制备的切割丝用钢轧制成盘条，然后拉拔成直径分别为70μm切割丝，进行拉拔检测以及生产试用，其断丝率情况如表5所示。从表5可以看出，与空白对照组相比，经高纯度Ce处理后，实施例2中切割丝用钢生产的70μm的切割丝，断丝率大大降低。
表5钢丝断丝率情况
实施例3
一种提高光伏产业用切割钢丝用钢钢液洁净度的方法，具体实施情况如下：按照钢种成分，准备冶炼所需的包括纯铁、金属铬、电解锰、纯硅和石墨块等各种原料，并配置高纯度(可近似按照99.99％计)Ce，在真空感应炉或电炉中按照如下步骤进行冶炼：
(1)装料：坩埚中加入纯铁、Cr、C(80％)；料仓按顺序装料：Si、C(20％)、Mn、Ce；
(2)启动真空泵；
(3)给电升温，真空度≤5Pa；
(4)开始熔化，炉内通入氩气至50kPa；
(5)熔清后，加入料仓中的Si；
(6)5min后加入料仓中的C；
(7)启动真空泵，不断降低真空度，直到1Pa以内，停泵；
(8)再次通入氩气，氩气压力提高到10kPa；
(9)加入料仓中的Mn；
(10)3min后测温，调整功率使温度达到1560℃，加入Ce；
(11)5min后浇注
上述方法所述的Ce，其特征为高纯度，可近似按照99.99％计。在步骤(9)中控制钢中Ce含量按质量百分数在0.05％。
试验结果如表6所示。
表6 C104Cr切割丝用钢的成分(wt％)
通过金相及扫描电镜分析，实施例3制备钢轧制盘条后夹杂物组成为Ce-O-S、Ce-P夹杂物，尺寸在1.0～3.0μm。
从实施例3中结果可以看出经过高纯度Ce处理后，钢中的全氧含量和硫含量有大幅度降低，全氧含量从0.0019％降低至0.0006％，硫含量从0.0050％降低至0.0018％，钢中其他合金成分不受影响。
将实施例3制备的切割丝用钢轧制成盘条，然后拉拔成直径分别为70μm切割丝，进行拉拔检测以及生产试用，其断丝率情况如表7所示。从表7可以看出，与空白对照组相比，经高纯度Ce处理后，实施例3中切割丝用钢生产的70μm的切割丝，断丝率大大降低。
表7钢丝断丝率情况

Claims (3)

1.一种提高光伏产业用切割丝用钢洁净度的方法，所述方法按照目标钢种成分，准备冶炼所需原料包括纯铁、C、Cr、Mn、Si；其特征在于，原料还包括金属Ce，在真空感应炉中按照以下步骤进行冶炼：
(1)装料：坩埚中加入纯铁、Cr、C；料仓按顺序装料：Si、C、Mn、Ce；其中，坩埚中的C含量:料仓中的C含量为4:1；
(2)启动真空泵；
(3)给电升温，真空度≤5Pa；
(4)开始熔化，炉内通入氩气；
(5)熔清后，加入料仓中的Si；
(6)5min～7min后加入料仓中的C；
(7)启动真空泵，不断降低真空度，直到1Pa以内；
(8)再次通入氩气；
(9)加入料仓中的Mn；
(10)3min～5min后测温，调整功率使温度达到1540℃～1560℃，加入Ce；
(11)3min～5min后浇注。
2.根据权利要求1所述的一种提高光伏产业用切割丝用钢洁净度的方法，其特征在于：步骤(10)中控制钢中Ce含量为原料总量的质量分数0.01％～0.05％。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高光伏产业用切割丝用钢洁净度的方法，其特征在于：Ce的纯度为99.99％。
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