CN108866433B - 一种高碳低铝低氧切割钢丝用钢及其真空感应熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高碳低铝低氧切割钢丝用钢及其真空感应熔炼方法，化学成分按照质量百分比计包括：C0.9～0.94％，Si0.12～0.3％，Mn0.3～0.65％，Cr0.1～0.3％，Al≤0.004％，O≤0.003％，N≤0.0025％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。通过控制碳加入的顺序和时机、不同熔炼阶段的腔室气压、1540±5℃低温精炼，来达到使用真空感应炉氧化铝材质坩埚熔炼高碳低铝低氧的切割钢丝用钢的目的。
Description
技术领域
本发明属于真空感应冶炼领域，特别涉及一种高碳低铝低氧切割钢丝用钢及其真空感应熔炼方法。
背景技术
切割钢丝又名切割钢线，是一种特制的硬脆材料，用于分割的线材，也是表面镀有锌铜的特种钢丝，隶属光伏耗材，用途广泛，可用于切割各种高精度硬脆产品，可充当多线锯的磨料载体。切割钢丝是特种钢丝，它集极好的稳定性、均匀性、高精度、高强度等众多特点于一身。
一些规格的切割钢丝在现代工业产品生产环节中起着不可替代的作用。如市场上的硅片切割线一般直径为60-120微米，为降低硅块耗损量，需要细规格高强度的耗材充当切割辅料。因此，超精细规格高强度的切割钢丝是硅片生产的必需品，在太阳能硅片切割生产中起到十分关键的作用。受全球新能源趋势影响，国内大型光伏电站基地的建设，硅片切割市场需求量供不应求，长远考虑，未来行业前景不可估量。
但是，用于生产切割钢丝的切割钢丝用钢，其核心生产技术都掌握在外国企业手中，而硅片切割的产能大部分集中于中国国内，从而使得切割钢丝用钢成为在国内销售的垄断型产品，造成国内切割线及硅片企业的生产成本增加。
为获得高强度等特性的同时，也需保证在拉拔工序的稳定，切割钢丝用钢一般都具有高碳低铝的特点，此外还要求很低的氧氮气体含量。而现阶段国内真空感应冶炼厂家通常采用氧化铝材质坩埚，若使用正常冶炼工艺进行切割钢丝用钢的熔炼时，则极易出现钢液中的碳与耐材中的氧化铝起置换反应，造成钢液增铝，甚至成分超标和报废。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高碳低铝低氧切割钢丝用钢及其真空感应熔炼方法，通过控制碳加入的顺序和时机、不同熔炼阶段的腔室气压、1540±5℃低温精炼，来达到使用真空感应炉氧化铝材质坩埚熔炼高碳低铝低氧的切割钢丝用钢的目的。
一种高碳低铝低氧切割钢丝用钢，化学成分按照质量百分比计包括：C0.9～0.94％，Si 0.12～0.3％，Mn 0.3～0.65％，Cr 0.1～0.3％，Al≤0.004％，O≤0.003％，N≤0.0025％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
上述高碳低铝低氧切割钢丝用钢的真空感应熔炼方法中，切割钢丝用钢采用真空感应炉氧化铝材质坩埚熔炼，包括化料期、熔炼期、精炼期、出钢浇铸；其中：
(1)化料期：随炉装入纯铁、金属铬、硅及0.1％的碳；抽空至熔炼室真空度值≤10Pa后，开始送电，对炉料加热化料；
(2)熔炼期：到炉料全部熔清时，往熔炼室充氩至(0.8～1)×104Pa，补加碳至0.9～0.94％，搅拌2～4min；调温至1540±5℃，进入一次精炼期；
(3)精炼期：一次精炼期内，每精炼10min后搅拌2～4min，精炼期时长25～40min；取样分析，补充氩气至(2.5～3)×104Pa，加入电解锰，搅拌2～4min后，进入二次精炼，时长为15～25min；取样分析，微调成分，搅拌2～4min后，调温至1600±5℃出钢浇铸。
进一步，所述的化料期、熔炼期、精炼期、出钢浇铸等四个阶段，对熔炼腔室采取不同的压力控制：化料期需持续对熔炼室抽真空，控制熔炼腔室真空度值≤10Pa；熔炼期开始至一次精炼期结束前，控制熔炼腔室氩气压力至(0.8～1)×104Pa；一次精炼期结束后至浇铸结束，控制熔炼腔室氩气压力至(2.5～3)×104Pa。
进一步，所述的高碳低铝低氧切割钢丝用钢的真空感应熔炼方法中真空感应炉熔炼室的泄漏率≤0.5Pa/min。
进一步，使用所述带氧化铝材质坩埚的真空感应熔炼方法熔炼的高碳低铝低氧切割钢丝用钢，其铝和氧的质量百分数含量可分别控制在0.003％、0.002％以下。
进一步，所述的真空感应熔炼方法，从精炼期开始至浇铸结束，采取了4～6次搅拌，每次搅拌时长2～4min。
与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：
1.本发明中碳的质量百分数控制在0.9～0.94％，是为了此钢种在加工后能得到较高的强度(如抗拉强度≥1350MPa)；同时严格控制铝含量和氧含量，要求Al≤0.004％，O≤0.003％，控制钢种内Al2O3和其它氧化物杂质含量，提高钢种塑性(断面收缩率≥40％)，避免此钢种在后续拉拔制丝过程中出现断丝现象，提高拉拔成材率和最终产品性能。
2.本发明采取真空化料和气氛保护熔炼相结合，前期只配入0.1～0.2％的碳，因化料期钢液处于低温，坩埚耐材中的铝极难被置换到钢液中，所以可持续抽空，控制熔炼室内压力值≤10Pa，在化料期进行充分脱氧脱氮。而在炉料熔清后，进入熔炼期时，需停止抽空并充氩至(0.8～1)×104Pa，再补加碳至0.9～0.94％，同时控制钢液温度在1540±5℃，进行低温精炼，目的有两方面：钢液中的碳与坩埚耐材中的氧化铝的置换反应属于吸热反应，低温精炼是为了抑制此反应的发生；氩气气氛保护熔炼，则是为抑制钢液中CO、CO2气体的溢出，从而从另一方面来达到抑制“
CO2↑+Al”反应的进行。
具体实施方式
下面结合实施例与对比例对本发明作进一步的具体说明。
实施例1
本实施例中高碳低铝低氧切割钢丝用钢的化学成分按照质量百分比计包括：C0.9％，Si 0.15％，Mn 0.5％，Cr 0.2％，Al0.0022％，O0.002％，N0.0017％，S0.005％，P0.001％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。上述高碳低铝低氧切割钢丝用钢采用真空感应炉氧化铝材质坩埚熔炼，包括化料期、熔炼期、精炼期、出钢浇铸。
(1)化料期：随炉装入纯铁、金属铬、硅及0.1％的碳；抽空至熔炼室真空度值≤10Pa后，开始送电，对炉料加热化料，化料期因坩埚内温度较低，整个化料期可持续抽空，控制熔炼室真空度值≤10Pa；使配入的碳与炉料中的氧充分反应并排出，同时高真空状态，非常有利于化料期氮气排出；真空感应炉熔炼室的泄漏率≤0.5Pa/min，确保设备在化料阶段，熔炼腔室内能达到更高的真空度，进一步确保化料阶段气体的排出效率，减少和避免外部环境中的氧气和氮气进入熔炼腔室内并最终进入钢液；
(2)熔炼期：到炉料全部熔清时，往熔炼室充氩至(0.8～1)×104Pa，补加碳至0.9～0.94％，搅拌2～4min；调温至1540±5℃，通过熔炼腔室气氛保护和控制钢液低温的方式，减少在碳加入时钢液的喷溅，同时抑制坩埚耐材(主要材质Al2O3)与碳之间的反应：
CO2↑+Al，从而达到抑制钢液增铝的现象，进入一次精炼期；
(3)精炼期：精炼期采取低温控制和多次搅拌的方式，每精炼10min后搅拌2～4min，精炼期时长25～40min，使钢液中的氧与碳充分接触和反应，来达到降低钢液中氧的目的；取样分析，补充氩气至(2.5～3)×104Pa，加入电解锰，可达到较为理想的锰元素收得率，搅拌2～4min后，进入二次精炼，时长为15～25min，使得加入锰时带入的氧能及时与碳反应并排出，确保钢液处于低氧低氮状态；取样分析，微调成分，搅拌2～4min后，调温至1600±5℃出钢浇铸。
使用此真空感应熔炼工艺方法冶炼此切割钢丝用钢，可控制：铝的质量百分数为0.0022％，氧的质量百分数为0.0017％，其余成分也均符合要求。
实施例2
本实施例中高碳低铝低氧切割钢丝用钢化学成分按照质量百分比计包括：C0.91％，Si 0.18％，Mn 0.55％，Cr 0.15％，Al0.0025％，O0.0015％，N0.001％，S0.002％，P0.004％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。上述高碳低铝低氧切割钢丝用钢采用真空感应炉氧化铝材质坩埚熔炼，包括化料期、熔炼期、精炼期、出钢浇铸。
(1)化料期：随炉装入纯铁、金属铬、硅及0.1～0.2％的碳；抽空至熔炼室真空度值≤10Pa后，开始送电，对炉料加热化料，化料期因坩埚内温度较低，整个化料期可持续抽空，控制熔炼室真空度值≤10Pa；使配入的碳与炉料中的氧充分反应并排出，同时高真空状态，非常有利于化料期氮气排出；真空感应炉熔炼室的泄漏率≤0.5Pa/min，确保设备在化料阶段，熔炼腔室内能达到更高的真空度，进一步确保化料阶段气体的排出效率，减少和避免外部环境中的氧气和氮气进入熔炼腔室内并最终进入钢液；
(2)熔炼期：到炉料全部熔清时，往熔炼室充氩至(0.8～1)×104Pa，补加碳至0.9～0.94％，搅拌2～4min；调温至1540±5℃，通过熔炼腔室气氛保护和控制钢液低温的方式，减少在碳加入时钢液的喷溅，同时抑制坩埚耐材(主要材质Al2O3)与碳之间的反应：
CO2↑+Al，从而达到抑制钢液增铝的现象，进入精炼期；
(3)精炼期：精炼期采取低温控制和多次搅拌的方式，每精炼10min后搅拌2～4min，精炼期时长25～40min，使钢液中的氧与碳充分接触和反应，来达到降低钢液中氧的目的；取样分析，补充氩气至(2.5～3)×104Pa，加入电解锰，可达到较为理想的锰元素收得率，搅拌2～4min后，进入二次精炼，时长为15～25min，使得加入锰时带入的氧能及时与碳反应并排出，确保钢液处于低氧低氮状态；取样分析，微调成分，搅拌2～4min后，调温至1600±5℃出钢浇铸。
使用此真空感应熔炼工艺方法冶炼此切割钢丝用钢，可控制：铝的质量百分数为0.0025％，氧的质量百分数为0.0015％，其余成分也均符合要求。
实施例3
本实施例中高碳低铝低氧切割钢丝用钢化学成分按照质量百分比计包括：C0.92％，Si 0.21％，Mn 0.6％，Cr 0.25％，Al0.0028％，O0.0013％，N0.0012％，S0.003％，P0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。上述高碳低铝低氧切割钢丝用钢采用真空感应炉氧化铝材质坩埚熔炼，包括化料期、熔炼期、精炼期、出钢浇铸。
(1)化料期：随炉装入纯铁、金属铬、硅及0.1～0.2％的碳；抽空至熔炼室真空度值≤10Pa后，开始送电，对炉料加热化料，化料期因坩埚内温度较低，整个化料期可持续抽空，控制熔炼室真空度值≤10Pa；使配入的碳与炉料中的氧充分反应并排出，同时高真空状态，非常有利于化料期氮气排出；真空感应炉熔炼室的泄漏率≤0.5Pa/min，确保设备在化料阶段，熔炼腔室内能达到更高的真空度，进一步确保化料阶段气体的排出效率，减少和避免外部环境中的氧气和氮气进入熔炼腔室内并最终进入钢液；
(2)熔炼期：到炉料全部熔清时，往熔炼室充氩至(0.8～1)×104Pa，补加碳至0.9～0.94％，搅拌2～4min；调温至1540±5℃，通过熔炼腔室气氛保护和控制钢液低温的方式，减少在碳加入时钢液的喷溅，同时抑制坩埚耐材(主要材质Al2O3)与碳之间的反应：
CO2↑+Al，从而达到抑制钢液增铝的现象，进入精炼期；
(3)精炼期：精炼期采取低温控制和多次搅拌的方式，每精炼10min后搅拌2～4min，精炼期时长25～40min，使钢液中的氧与碳充分接触和反应，来达到降低钢液中氧的目的；取样分析，补充氩气至(2.5～3)×104Pa，加入电解锰，可达到较为理想的锰元素收得率，搅拌2～4min后，进入二次精炼，时长为15～25min，使得加入锰时带入的氧能及时与碳反应并排出，确保钢液处于低氧低氮状态；取样分析，微调成分，搅拌2～4min后，调温至1600±5℃出钢浇铸。
使用此真空感应熔炼工艺方法冶炼此切割钢丝用钢，可控制：铝的质量百分数为0.0028％，氧的质量百分数为0.0013％，其余成分也均符合要求。
Claims (5)
1.一种高碳低铝低氧切割钢丝用钢，其特征在于，化学成分按照质量百分比计包括：C0.9～0.94％，Si 0.12～0.3％，Mn 0.3～0.65％，Cr 0.1～0.3％，Al≤0.004％，O≤0.003％，N≤0.0025％，S≤0.01％，P≤0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；
切割钢丝用钢采用真空感应炉氧化铝材质坩埚熔炼，包括化料期、熔炼期、精炼期、出钢浇铸；其中：
(1)化料期：随炉装入纯铁、金属铬、硅及0.1～0.2％的碳；抽空至熔炼室真空度值≤10Pa后，开始送电，对炉料加热化料；
(2)熔炼期：到炉料全部熔清时，往熔炼室充氩至(0.8～1)×104Pa，补加碳至0.9～0.94％，搅拌2～4min；调温至1540±5℃，进入一次精炼；
(3)精炼期：一次精炼期内，每精炼10min后搅拌2～4min，精炼期时长25～40min；取样分析，补充氩气至(2.5～3)×104Pa，加入电解锰，搅拌2～4min后，进入二次精炼，时长为15～25min；取样分析，微调成分，搅拌2～4min后，调温至1600±5℃出钢浇铸。
2.一种高碳低铝低氧切割钢丝用钢的真空感应熔炼方法，其特征在于，切割钢丝用钢采用真空感应炉氧化铝材质坩埚熔炼，包括化料期、熔炼期、精炼期、出钢浇铸；其中：
(1)化料期：随炉装入纯铁、金属铬、硅及0.1～0.2％的碳；抽空至熔炼室真空度值≤10Pa后，开始送电，对炉料加热化料；
(2)熔炼期：到炉料全部熔清时，往熔炼室充氩至(0.8～1)×104Pa，补加碳至0.9～0.94％，搅拌2～4min；调温至1540±5℃，进入一次精炼；
(3)精炼期：一次精炼期内，每精炼10min后搅拌2～4min，精炼期时长25～40min；取样分析，补充氩气至(2.5～3)×104Pa，加入电解锰，搅拌2～4min后，进入二次精炼，时长为15～25min；取样分析，微调成分，搅拌2～4min后，调温至1600±5℃出钢浇铸。
3.根据权利要求2所述的高碳低铝低氧切割钢丝用钢的真空感应熔炼方法，其特征在于，所述的真空感应炉熔炼室的泄漏率≤0.5Pa/min。
4.根据权利要求2所述的高碳低铝低氧切割钢丝用钢的真空感应熔炼方法，其特征在于，使用上述带氧化铝材质坩埚的真空感应熔炼方法熔炼的高碳低铝低氧切割钢丝用钢，其铝和氧的质量百分数含量可分别控制在0.003％、0.002％以下。
5.根据权利要求2所述的高碳低铝低氧切割钢丝用钢的真空感应熔炼方法，其特征在于，所述的真空感应熔炼方法，从精炼期开始至浇铸结束，采取了4～6次搅拌，每次搅拌时长2～4min。
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