CN109988883A - 含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法 - Google Patents

含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法，在精炼末期，除镁钙以外的其它成分调整完成后，进行含镁钙包芯线的添加，步骤如下：喂线前生产条件控制，控制钢液的渣层、温度和氧活度；含镁钙包芯线的喂入，采用间歇式喂线法，将含镁钙包芯线分至少3次间歇式喂入，每次喂入包芯线占加入总量的1/n，n为次数，间隔15‑20s；喂线结束后的处理。本发明工艺喂线过程稳定，没有剧烈喷溅；镁、钙元素收得率高，镁、钙的收得率分别达到15％、10％以上，生产成本低；钢中夹杂物形态好；切削性能优良。适用于含镁钙易切削非调质钢的生产，在易切削非调质钢的领域具有较大经济价值。

Description

含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法
技术领域
本发明涉及一种非调质钢制备工艺，特别是涉及一种含镁钙非调质钢的制备方法，应用于钢铁冶金技术领域。
背景技术
非调质钢指的是在加入一定量的微合金元素，通过控轧控冷，取消调质热处理，性能达到调质钢要求的一种优质结构钢，由于省去了调质热处理工序，降低了能耗、减少了污染，故有“绿色环保钢材”之称，我国虽是钢铁生产大国，但我国非调质钢的品种、产量、技术、质量稳定性、品种多样性与国外强国相比还有较大差距，影响了非调质钢的推广和应用。
非调质钢含有0.035％-0.075％的硫用于提高非调质钢的切削加工性能，降低切削加工成本，非调质钢中的硫与金属元素形成硫化物塑性夹杂，主要是MnS，在钢材切削加工时硫化物夹杂周围形成应力集中使钢材易于断裂，同时硫化物可以在切削刀具与钢材之间起到润滑作用。非调钢的切削性能随着硫的含量增加而增加，但过高的硫含量还将导致钢中硫化锰夹杂物沿轧制方向变形为长条形，造成钢性能的各向异性，降低钢的横向机械性能，并且钢中长条形硫化锰夹杂物在局部偏聚还会造成钢材的磁痕检测超标，硫化锰夹杂物偏聚处容易成为断裂起始点，因此含硫的易切削非调质钢的一个重要发展方向是对钢中的硫化锰夹杂物进行改质，使钢中的硫化锰夹杂物在轧制过程中不变形为长条形，保持为球形或椭球形，并使硫化锰夹杂物在钢中均匀弥散分布，这样既提高了调质钢的切削加工性能，又保证了非调质钢的横向机械性能。
对非调质钢的改质方法中，添加镁钙则是一种低成本、高效果的工艺路线。镁作为一种比铝更为活泼的金属元素，在钢液凝固过程中，其氧化产物作为硫化物的形核核心，可以促进硫化物的析出和均匀分布，并且镁还能改变硫化物的形态，形成氧化镁为核心硫化锰为覆盖层的纺锤体夹杂物，从而提高切削性能，钙元素添加入钢中可以改质钢中氧化铝夹杂物，生成低熔点的钙铝酸盐夹杂物上浮到渣中，或生成CaO-Al2O3-MnS球形复合夹杂物，在切削时成为应力集中源，促进钢材的切削加工。
向非调质钢中添加镁钙进行改质时，由于镁的熔点为649℃，沸点为1090℃，钙的熔点为839℃，沸点为1484℃，1600℃下，镁的蒸汽为2.038MPa，为20个大气压，钙的蒸气压为0.186MPa，直接将镁、钙加入钢液中，会使镁、钙迅速生成蒸汽逸出，无法直接加入钢中，而且钙、镁蒸汽在高温下与钢液接触后，会引起剧烈燃烧和钢水喷溅，甚至引起爆炸，使得镁、钙的收得率很低并且镁钙的消耗量大，造成生产波动大，镁钙通常以合金包芯线的形式加入钢液，但以传统的硅钙合金线、硅镁合金线喂入钢液中时，一是反应剧烈,并且无法取得较好的镁钙元素收得率，二是炼钢工艺和镁钙喂入工艺没有相互配合好，致使镁钙对硫化锰夹杂物的改质效果并不好。所以本发明致力于提供一种可行的镁钙添加工艺，有效改善了非调质钢中硫化锰夹杂物的形态，并确保镁钙安全、可靠、高收得率的添加，使得易切削非调质钢的生产能顺利进行。
公开号为CN 106086303A的中国专利文献公开了一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线及其制备方法，由芯料和外皮组成，芯料由镁-钙-硅组成，其中Mg:6％-38％，Ca:5％-30％，其余为硅和制备原料时不可避免的杂质元素，优选将Mg/Ca的质量比控制在5:3至7.5:3之间。本发明与上述专利主要不同之处在于：(1)本专利给出了具体的包芯线添加工艺细节，包括喂线前的渣层厚度、进行定氧测温操作、明确喂线速度、喂线方式等，使得生产实践更具有操作性，在喂线过程中能有效提高镁钙的收得率；(2)对比包芯线芯料成分为镁、钙、硅，本发明包芯线芯料成分为镁、钙、硅、铁，并且进一步优化了该包芯线的芯料成分，将镁钙质量之比优化为1：(0.5-1)。
公开号为CN 105803308A的中国专利文献公开了一种含镁钙的45MnVS易切削非调质钢及其制造方法，该钢的主要成分：C：0.42％-0.51％、Si：0.15％-0.6％、Mn：0.90％-1.50％、P:0.010％-0.035％、S:0.040％-0.080％、V:0.06％-0.13％、Mg：0.0005％-0.008％、Al：0.01％-0.04％、Ca:0.0008％-0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质；该发明通过转炉控制冶炼、LF+VD镁钙复合处理改质夹杂物形态、M EMS+F EMS组合连铸、控轧控冷，在传统45MnVS基础上微量添加镁钙对含硫夹杂物进行改质，使材料强度指标与45号钢调质态相当。本发明与上述专利主要不同之处在于：(1)对比专利只给出了包芯线的成分及生产，并未涉及喂线工艺细节；而本发明给出了包芯线具体添加工艺，如喂线顺序、对渣层厚度、钢液温度及氧活度的要求、喂线速度及频率等；(2)对比专利中为给出包芯线的元素含量及成分配比，本专利中包芯线中给出了包芯线具体的成分配比范围。
公开号为CN 1664146A的中国专利文献公开了一种用于铁水处理的镁芯包芯线的喂线方法及其装置。其喂线方法的特征是在包芯线喂入铁水处理包底的整个喂线过程中，包芯线进入铁水时其横截面的形状与包芯线初始横截面的形状相比基本保持不变，实现该的装置主要为包芯线喂线机，它包括喂线机箱体，在箱体上至少设有一个喂线通道，喂线通道包括设在箱体一侧的进线口、设在箱体另一侧与进线口相对的包芯线出口导管，以及设在喂线机箱体中的包芯线驱动机构,进线口是由两组分两层垂直放置的非动力辊构成的“井”字型进线口；该发明主要是对喂线装置进行改造，使得镁包芯线在喂线装置中不发生变形。本发明与上述专利主要不同之处在于：(1)上述发明是是在铁水预处理阶段喂线，并且其喂线工艺是针对喂线机的结构进行调整；(2)本发明针对的精炼结束后的喂线工艺环节，给出了具体可实施的喂线工艺细节；(3)本发明给出了镁钙包芯线成分比例，以及包芯线的具体参数。
上述现有技术均存在以下技术问题：
(1)在上述各专利提供的工艺条件下，镁钙的挥发较为严重，收得率较低，导致生产成本提高；
(2)上述专利均采用一次性喂入全部包芯线，会导致钢液局部合金元素浓度过高，元素挥发严重且易造成偏析问题。
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，提供一种含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法，采用钢液间歇式喂线法，在所述精炼末期，除镁钙以外的其它成分调整到位后，进行镁钙添加工艺，使得加镁钙过程平稳进行，不会发生钢液喷溅等安全事故，镁钙在钢液中均匀分布，提高镁钙的收得率，并取得较好的添加效果，最终在获得高切削性能的同时降低生产成本。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法，在钢液精炼末期，除镁、钙以外的其它成分调整完成后，再进行镁钙合金包芯线的喂线添加工艺，来制备目标含镁钙非调质钢液，其喂线添加工艺方法包括如下步骤：
a.在喂线前进行生产条件控制，主要控制钢液渣层、温度和氧活度满足一定的条件：
所述钢液渣层的厚度不低于1.2cm，实现防止钢液氧化的同时减少镁钙蒸汽的挥发；
所述钢液温度为液相线温度以上50-80℃；
所述钢液氧活度为5-15ppm；
b.在所述步骤a中控制的喂线前进行生产条件达成后，将含镁钙包芯线的喂入，以间歇式喂线法，在底吹氩气的条件下，以一定的喂入条件，将含镁钙包芯线分多次喂入，确保喂线过程喷溅不剧烈，反应平稳，使镁钙在钢液中均匀分布；
所述间歇式喂线法为：在底吹氩气的条件下，将含镁钙包芯线分至少3次间歇式喂入钢液中，每次喂入含镁钙包芯线质量分别占加入全部含镁钙包芯线总质量的1/n，n为间歇式喂线法采用的分次喂线的次数，n≥3；
所述喂入条件为以120-220m/min的速度喂入含镁钙包芯线，每喂一部分含镁钙包芯线和上一次喂入的时间间隔为15-25s；
所述底吹氩气的氩气流量为300-600NL/min；
c.在所述步骤b进行全部喂线工艺结束后，对得到的含镁钙非调质钢钢液进行后处理，在钢液表面覆盖碳化稻壳，并继续以一定氩气流量进行软吹氩搅拌，软吹一定时间后，再次测温取样，成分及温度达到目标含镁钙非调质钢液的成品工艺要求后，再进行后续吊包出钢工艺，所述吹氩气流量以不吹破渣面、不裸露钢液为准；
所述进行软吹氩搅拌的吹氩气流量150-250NL/min，软吹的时间为8-15min。
作为本发明优选的技术方案，所述目标含镁钙非调质钢液对应的所制备钢种为非调质非调质钢，其成分按质量百分比为：C:0.30-0.75％、Si:0.15-0.80％、Mn:0.40-1.60％、S:0.035-0.070％、P≤0.035％、Mg:8-20ppm、Ca:5-15ppm，余量为铁及不可避免的微量元素。
作为本发明优选的技术方案，所述含镁钙包芯线由铁皮和芯料构成；所述铁皮的成分为低碳钢，铁皮的厚度为0.3-0.5mm；所述含镁钙包芯线的芯料为采用镁-钙-硅-铁合金制成的粉料；所述含镁钙包芯线每米芯料重量为180-280g；所述含镁钙包芯线的外径为φ8-13mm。
作为本发明进一步优选的技术方案，在所述含镁钙包芯线的镁-钙-硅-铁合金中，所述镁-钙-硅-铁合金的成分满足一定质量比，其中钙含量占7-25％，镁含量占7-25％，硅含量占10-40％，其余为铁或不可避免的杂质,并且镁钙的质量之比为1:(0.5-1)。
作为本发明优选的技术方案，本发明含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法，在非调质钢的初炼→精炼→喂线→连铸→轧制的生产工艺中，在所述精炼末期，除镁钙以外的其它成分调整到位后，进行镁钙合金包芯线的添加。
采用本发明工艺制备含镁钙非调质钢，喂线过程稳定，反应平缓，没有剧烈喷溅。经本发明工艺制备的含镁钙非调质钢轧材经ICP测得钢中镁、钙含量，根据加入量计算得镁的收得率为15％以上，比传统工艺下镁的收得率提高10％以上，钙的收得率为10％以上，比传统工艺下钙的收得率提高5％以上。
采用金相显微镜对本发明工艺制备的含镁钙非调质钢液制备的含镁钙非调质非调质钢中夹杂物进行观测并统计，得到钢中夹杂物长宽比小于3的比例占60％以上，比传统工艺下该类型夹杂物比例大5-15％，钢中夹杂物的形态良好，分布均匀。
采用扫描电镜对本发明工艺制备的含镁钙非调质钢轧材中的夹杂物进行分析，钢中除了有一定量的单相MnS夹杂物外，钢中存在一定量的含镁钙的MnS复合夹杂物。
将本发明工艺制备的含镁钙非调质钢棒材进行车削加工，车削后获得的车屑大多呈短小的C型屑，相较传统工艺钢的车屑，本发明工艺制备含镁钙非调质钢的车屑形貌更好，大小形态更加均匀，切削性能更加优良。
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.相比传统工艺生产含镁钙非调质钢，本发明含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法喂线过程稳定，反应平缓，没有剧烈喷溅，不会发生钢液喷溅等安全事故；
2.本发明工艺制备的含镁钙非调质钢产品中镁钙元素收得率高，生产成本低；
3.本发明含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法制备的含镁钙非调质钢产品中夹杂物长宽比小于3的比例高，夹杂物形态好，分布均匀；
4.本发明含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法制备的含镁钙非调质钢产品中除有一定量镁钙的单相MnS夹杂物外，还存在一定量的含镁钙氧化物核心的MnS复合夹杂；
5.本发明含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法制备的含镁钙非调质钢轧材产品的切屑形貌良好，大小形态更加均匀，切削性能优良；本发明含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法在含镁钙非调质钢的生产过程中具有较大的经济价值，降低了生产成本，减少了镁钙消耗，提高了含镁钙非调质钢的质量，适合工业推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例一方法含镁钙非调质钢液生产现场加镁钙工艺图。
图2为本发明实施例一方法改质后钢中硫化锰夹杂物的金相图。
图3为本发明实施例一方法改质后钢中复合硫化物SEM图。
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，以下的实施例仅是示例性的用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限定，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法，含镁钙非调质非调质钢的生产工艺为初炼→精炼→喂线→连铸→轧制，在精炼末期测得钢液成分为C:0.7％、Si:0.3％、Mn:0.6％、S:0.06％、P:0.02％，余量为铁及不可避免的微量元素，钢液成分符合该非调质钢钢种要求，在钢液精炼末期，当除镁钙以外的其它成分调整完成后，再进行含镁钙包芯线的喂线添加工艺，来制备目标含镁钙非调质钢，其喂线添加工艺方法包括如下步骤：
a.在喂线前进行生产条件控制，主要控制钢液渣层、温度和氧活度满足一定的条件：
所述钢液渣层的厚度达到1.4cm，实现防止钢液氧化的同时减少镁钙蒸汽的挥发；
钢液的温度为1541℃，温度上下波动不超过5℃,所述钢液温度为液相线温度(1481℃)以上60℃；
所述钢液氧活度为8ppm；
b.在所述步骤a中控制的喂线前进行生产条件达成后，将含镁钙包芯线的喂入，以间歇式喂线法，在底吹氩气的条件下，以一定的喂入条件，将含镁钙包芯线分多次喂入，确保喂线过程喷溅不剧烈，反应平稳；
所述含镁钙包芯线由铁皮和芯料构成；所述铁皮的成分为低碳钢，铁皮的厚度为0.4mm；所述含镁钙包芯线的芯料为采用镁-钙-硅-铁合金制成的粉料；在所述含镁钙包芯线的镁-钙-硅-铁合金中，所述镁-钙-硅-铁合金的成分满足一定质量比，其中镁含量占20％，钙含量占15％，硅含量占40％，其余为铁或不可避免的杂质，所述含镁钙包芯线的外径为φ13mm；
所述间歇式喂线法为：在底吹氩气的条件下，将含镁钙包芯线分3次间歇式喂入钢液中，每次喂入含镁钙包芯线质量分别占加入全部含镁钙包芯线总质量的1/3；
所述喂入条件为以200m/min的速度喂入含镁钙包芯线，每喂一部分含镁钙包芯线和上一次喂入的时间间隔为20s；
所述底吹氩气的氩气流量为450NL/min；
c.在所述步骤b进行全部喂线工艺结束后，对得到的含镁钙非调质钢钢液进行后处理，在钢液表面覆盖碳化稻壳，并继续以一定氩气流量进行软吹氩搅拌，软吹一定时间后，再次测温取样，成分及温度达到目标含镁钙非调质钢液的成品工艺要求后，再进行后续吊包出钢工艺，所述吹氩气流量以不吹破渣面、不裸露钢液为准；
所述进行软吹氩搅拌的吹氩气流量200NL/min，软吹的时间为12min。
本实施例的现场生产中喂包芯线的过程图如图1所示。喂线过程稳定，反应平缓，没有剧烈喷溅，不会发生钢液喷溅等安全事故。
实验测试分析：
经本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢经ICP测得钢中镁含量为10ppm，根据加入量计算得镁的收得率为18％，比传统工艺下镁的收得率提高10％。钙含量为8ppm，钙的收得率为12％，比传统工艺下钙的收得率提高5％。进行测算验证可知，经本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢液生产的非调质非调质钢，其成分按质量百分比为：C:0.7％、Si:0.3％、Mn:0.6％、S:0.06％、P:0.02％，Mg:0.0018％，Ca:0.0008％，余量为铁及不可避免的微量元素，符合目标非调质钢钢种的成品钢材要求。
按国标GB/T 10561-2005对本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢轧材样品进行制样，对制备的金相样品经磨抛处理后采用金相显微镜在100倍下对钢中夹杂物进行观测，钢中夹杂物的金相图如图2所示。采用Image Pro Plus软件对钢中夹杂物进行统计，得到钢中夹杂物长宽比小于3的比例占67％，比传统工艺下该类型夹杂物比例大7％，钢中夹杂物的形态良好，分布均匀。
采用扫描电镜对经本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢中夹杂物进行分析，钢中除固溶有一定量镁钙的单相MnS夹杂物外，还存在一定量的含镁钙氧化物核心的MnS复合夹杂物，钢中典型含镁钙氧化物核心的MnS复合夹杂物的SEM图如图3所示。
将经本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢轧材材进行车削加工，车削时的进给量为0.19mm/r，转速为360r/min，吃刀深度1.0mm，车屑大多呈短小的C型屑，相较传统工艺钢的车屑，本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢的车屑形貌更好，大小形态更加均匀，切削性能更加优良。
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，一种含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法，含镁钙非调质非调质钢的生产工艺为初炼→精炼→喂线→连铸→轧制，在精炼末期测得钢液成分为C:0.38％、Si:0.6％、Mn:0.14％、S:0.055％、P:0.025％，V:0.05％，余量为铁及不可避免的微量元素，钢液成分符合该非调质钢钢种要求，在钢液精炼末期，当除镁钙以外的其它成分调整完成后，再进行含镁钙包芯线的喂线添加工艺，来制备目标含镁钙非调质钢，其喂线添加工艺方法包括如下步骤：
a.在喂线前进行生产条件控制，主要控制钢液渣层、温度和氧活度满足一定的条件：
所述钢液渣层的厚度达到1.5cm，实现防止钢液氧化的同时减少镁钙蒸汽的挥发；
钢液的温度为1550℃，温度上下波动不超过5℃,所述钢液温度为液相线温度(1495℃)以上55℃；
所述钢液氧活度为6ppm；
b.在所述步骤a中控制的喂线前进行生产条件达成后，将镁钙合金包芯线的喂入，以间歇式喂线法，在底吹氩气的条件下，以一定的喂入条件，将含镁钙包芯线分多次喂入，确保喂线过程喷溅不剧烈，反应平稳；
所述含镁钙包芯线由铁皮和芯料构成；所述铁皮的成分为低碳钢，铁皮的厚度为0.4mm；所述含镁钙包芯线的芯料为采用镁-钙-硅-铁合金制成的粉料；在所述含镁钙包芯线的镁-钙-硅-铁合金中，所述镁-钙-硅-铁合金的成分满足一定质量比，其中镁含量占10％，钙含量占10％，硅含量占30％，其余为铁或不可避免的杂质；所述含镁钙包芯线每米芯料重量为240g；所述含镁钙包芯线的外径为φ13mm；
所述间歇式喂线法为：在底吹氩气的条件下，将含镁钙包芯线分3次间歇式喂入钢液中，每次喂入含镁钙包芯线质量分别占加入全部含镁钙包芯线总质量的1/3；
所述喂入条件为以200m/min的速度喂入含镁钙包芯线，每喂一部分含镁钙包芯线和上一次喂入的时间间隔为16s；
所述底吹氩气的氩气流量为450NL/min；
c.在所述步骤b进行全部喂线工艺结束后，对得到的含镁钙非调质钢钢液进行后处理，在钢液表面覆盖碳化稻壳，并继续以一定氩气流量进行软吹氩搅拌，软吹一定时间后，再次测温取样，成分及温度达到目标含镁钙非调质钢液的成品工艺要求后，再进行后续吊包出钢工艺，所述吹氩气流量以不吹破渣面、不裸露钢液为准；
所述进行软吹氩搅拌的吹氩气流量200NL/min，软吹的时间为12min。
本实施例为实施例一的可替代的技术方案实施例，本实施例的现场生产中喂线过程稳定，反应平缓，没有剧烈喷溅。
实验测试分析：
经本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢经ICP测得钢中镁含量为12ppm，根据加入量计算得镁的收得率为22％，比传统工艺下镁的收得率提高14％。钙含量为9ppm，钙的收得率为18％，比传统工艺下钙的收得率提高11％。进行测算验证可知，经本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢液生产的非调质非调质钢，其成分按质量百分比为：C:0.38％、Si:0.6％、Mn:0.14％、S:0.055％、P:0.025％，V:0.05％，Mg:0.0012％，Ca:0.0009％，余量为铁及不可避免的微量元素，符合目标非调质钢钢种的成品钢材要求。
按国标GB/T 10561-2005对本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢轧材样品进行制样，对制备的金相样品经磨抛处理后采用金相显微镜在100倍下对钢中夹杂物进行观测，采用Image Pro Plus软件对钢中夹杂物进行统计，得到钢中夹杂物长宽比小于3的比例占72％，比传统工艺下该类型夹杂物比例大12％，钢中夹杂物的形态良好，分布均匀。
采用扫描电镜对本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢液生产的非调质非调质钢中夹杂物进行分析，钢中除固溶有一定量镁钙的单相MnS夹杂物外，还存在一定量的含镁钙氧化物核心的MnS复合夹杂物。
将本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢液生产的非调质非调质钢棒材进行车削加工，车削时的进给量为0.19mm/r，转速为360r/min，吃刀深度1.0mm，车屑大多呈短小的C型屑，相较传统工艺钢的车屑，本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢的车屑形貌更好，大小形态更加均匀，切削性能更加优良。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法，含镁钙非调质钢的生产工艺为初炼→精炼→喂线→连铸→轧制，在精炼末期测得钢液成分为：C:0.75％、Si:0.80％、Mn:1.60％、S:0.070％、P:0.035％，余量为铁及不可避免的微量元素，钢液成分符合该非调质钢钢种要求，在钢液精炼末期，当除镁钙以外的其它成分调整完成后，再进行含镁钙包芯线的喂线添加工艺，来制备目标含镁钙非调质钢，其喂线添加工艺方法包括如下步骤：
a.在喂线前进行生产条件控制，主要控制钢液渣层、温度和氧活度满足一定的条件：
所述钢液渣层的厚度达到1.2cm，实现防止钢液氧化的同时减少镁钙蒸汽的挥发；
钢液的温度为1541℃，温度上下波动不超过5℃,所述钢液温度为液相线温度(1481℃)以上60℃；
所述钢液氧活度为5ppm；
b.在所述步骤a中控制的喂线前进行生产条件达成后，将镁钙合金包芯线的喂入，以间歇式喂线法，在底吹氩气的条件下，以一定的喂入条件，将含镁钙包芯线分多次喂入，确保喂线过程喷溅不剧烈，反应平稳，使镁钙在钢液中均匀分布；
所述含镁钙包芯线由铁皮和芯料构成；所述铁皮的成分为低碳钢，铁皮的厚度为0.5mm；所述含镁钙包芯线的芯料为采用镁-钙-硅-铁合金制成的粉料；在所述含镁钙包芯线的镁-钙-硅-铁合金中，所述镁-钙-硅-铁合金的成分满足一定质量比，其中镁含量占15％，钙含量占10％，硅含量占20％，其余为铁或不可避免的杂质；所述含镁钙包芯线每米芯料重量为280g；所述含镁钙包芯线的外径为φ9mm；
所述间歇式喂线法为：在底吹氩气的条件下，将含镁钙包芯线分3次间歇式喂入钢液中，每次喂入含镁钙包芯线质量分别占加入全部含镁钙包芯线总质量的1/3；
所述喂入条件为以120m/min的速度喂入含镁钙包芯线，每喂一部分含镁钙包芯线和上一次喂入的时间间隔为15s；
所述底吹氩气的氩气流量为300NL/min；
c.在所述步骤b进行全部喂线工艺结束后，对得到的含镁钙非调质钢钢液进行后处理，在钢液表面覆盖碳化稻壳，并继续以一定氩气流量进行软吹氩搅拌，软吹一定时间后，再次测温取样，成分及温度达到目标含镁钙非调质钢液的成品工艺要求后，再进行后续吊包出钢工艺，所述吹氩气流量以不吹破渣面、不裸露钢液为准；
所述进行软吹氩搅拌的吹氩气流量150NL/min，软吹的时间为15min。
本实施例为实施例一的可替代的技术方案实施例，本实施例的现场生产中喂线过程稳定，反应平缓，没有剧烈喷溅。
实验测试分析：
经本工艺生产的轧材经ICP测得钢中镁含量为20ppm，根据加入量计算得镁的收得率为22％，比传统工艺下镁的收得率提高14％。钙含量为15ppm，钙的收得率为18％，比传统工艺下钙的收得率提高11％。进行测算验证可知，经本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢液生产的非调质非调质钢，其成分按质量百分比为：C:0.75％、Si:0.80％、Mn:1.60％、S:0.070％、P:0.035％，Mg:0.0020％，Ca:0.0015％，余量为铁及不可避免的微量元素，符合目标非调质钢钢种的成品钢材要求。本实施例的钢中镁钙含量均为上限，可使非调质钢获得更好的改质效果和切削性能，但进一步提高对应的值有可能会引起水口堵塞等问题，对产品成材率不利。
按国标GB/T 10561-2005对本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢轧材样品进行制样，对制备的金相样品经磨抛处理后采用金相显微镜在100倍下对钢中夹杂物进行观测，采用Image Pro Plus软件对钢中夹杂物进行统计，得到钢中夹杂物长宽比小于3的比例占72％，比传统工艺下该类型夹杂物比例大12％，钢中夹杂物的形态良好，分布均匀。
采用扫描电镜对本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢液生产的非调质非调质钢中夹杂物进行分析，钢中除有一定量镁钙的单相MnS夹杂物外，还存在一定量的含镁钙氧化物核心的MnS复合夹杂物。
将本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢棒材进行车削加工，车削时的进给量为0.19mm/r，转速为360r/min，吃刀深度1.0mm，车屑大多呈短小的C型屑，相较传统工艺钢的车屑，本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢的车屑形貌更好，大小形态更加均匀，切削性能更加优良。
实施例四：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法，含镁钙非调质钢的生产工艺为初炼→精炼→喂线→连铸→轧制，在精炼末期测得钢液成分为：C:0.30％、Si:0.15％、Mn:0.40％、S:0.035％、P:0.035％，余量为铁及不可避免的微量元素，钢液成分符合该非调质钢钢种要求，在钢液精炼末期，当除镁钙以外的其它成分调整完成后，再进行镁钙合金包芯线的喂线添加工艺，来制备目标含镁钙非调质钢，其喂线添加工艺方法包括如下步骤：
a.在喂线前进行生产条件控制，主要控制钢液渣层、温度和氧活度满足一定的条件：
所述钢液渣层的厚度达到1.2cm，实现防止钢液氧化的同时减少镁钙蒸汽的挥发；
钢液的温度为1555℃，温度上下波动不超过5℃,所述钢液温度为液相线温度(1495℃)以上60℃；
所述钢液氧活度为15ppm；
b.在所述步骤a中控制的喂线前进行生产条件达成后，将含镁钙包芯线的喂入，以间歇式喂线法，在底吹氩气的条件下，以一定的喂入条件，将含镁钙包芯线分多次喂入，确保喂线过程喷溅不剧烈，反应平稳，使镁钙在钢液中均匀分布；
所述含镁钙包芯线由铁皮和芯料构成；所述铁皮的成分为低碳钢，铁皮的厚度为0.3mm；所述含镁钙包芯线的芯料为采用镁-钙-硅-铁合金制成的粉料；在所述含镁钙包芯线的镁-钙-硅-铁合金中，所述镁-钙-硅-铁合金的成分满足一定质量比，其中镁含量占20％，钙含量占15％，硅含量占40％，其余为铁或不可避免的杂质；所述含镁钙包芯线每米芯料重量为180g；所述含镁钙包芯线的外径为φ13mm；
所述间歇式喂线法为：在底吹氩气的条件下，将含镁钙包芯线分3次间歇式喂入钢液中，每次喂入含镁钙包芯线质量分别占加入全部含镁钙包芯线总质量的1/3；
所述喂入条件为以220m/min的速度喂入含镁钙包芯线，每喂一部分含镁钙包芯线和上一次喂入的时间间隔为25s；
所述底吹氩气的氩气流量为600NL/min；
c.在所述步骤b进行全部喂线工艺结束后，对得到的含镁钙非调质钢钢液进行后处理，在钢液表面覆盖碳化稻壳，并继续以一定氩气流量进行软吹氩搅拌，软吹一定时间后，再次测温取样，成分及温度达到目标含镁钙非调质钢液的成品工艺要求后，再进行后续吊包出钢工艺，所述吹氩气流量以不吹破渣面、不裸露钢液为准；
所述进行软吹氩搅拌的吹氩气流量250NL/min，软吹的时间为8min。
本实施例为实施例一的可替代的技术方案实施例，本实施例的现场生产中喂线过程稳定，反应平缓，没有剧烈喷溅。
实验测试分析：
经本工艺生产的轧材经ICP测得钢中镁含量为8ppm，根据加入量计算得镁的收得率为16％，比传统工艺下镁的收得率提高8％。钙含量为5ppm，钙的收得率为10％，比传统工艺下钙的收得率提高3％。进行测算验证可知，经本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢液生产的非调质非调质钢，其成分按质量百分比为：C:0.30％、Si:0.15％、Mn:0.40％、S:0.035％、P:0.035％，Mg:0.0008％，Ca:0.0005％，本实施例的钢中镁钙含量均为下限，若镁钙含量进一步降低，会降低镁钙的改质效果，对非调质钢产品性能不利。余量为铁及不可避免的微量元素，符合目标非调质钢钢种的成品钢材要求。
按国标GB/T 10561-2005对本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢轧材样品进行制样，对制备的金相样品经磨抛处理后采用金相显微镜在100倍下对钢中夹杂物进行观测，对钢中夹杂物进行统计，得到钢中夹杂物长宽比小于3的比例占68％，比传统工艺下该类型夹杂物比例大8％，钢中夹杂物的形态良好，分布均匀。
采用扫描电镜对本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢液生产的非调质非调质钢中夹杂物进行分析，钢中除有一定量镁钙的单相MnS夹杂物外，还存在一定量的含镁钙氧化物核心的MnS复合夹杂物。
将本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢棒材进行车削加工，车削时的进给量为0.19mm/r，转速为360r/min，吃刀深度1.0mm，车屑大多呈短小的C型屑，相较传统工艺钢的车屑，本实施例工艺制备的含镁钙非调质钢的车屑形貌更好，大小形态更加均匀，切削性能更加优良。
综上所述，本发明上述实施例含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法，在不同钢种的初炼→精炼→喂线→连铸→轧制的生产工艺中，在所述精炼末期，除镁钙以外的其它成分调整完成后，进行含镁钙包芯线的添加，具体步骤如下：
1)喂线前生产条件的控制，控制钢液的渣层、温度和氧活度；
2)含镁钙包芯线的喂入；
3)喂线结束后的处理，其中，所述步骤2)采用间歇式喂线法，将含镁钙包芯线分至少3次间歇式喂入，每次喂入包芯线占加入总量的1/n，每喂一部分间隔15-25s。
本发明上述实施例方法喂线过程稳定，没有剧烈喷溅；镁、钙元素收得率高，镁、钙的收得率分别达到15％、10％以上，生产成本低；钢中夹杂物形态好；切削性能优良。适用于非调质非调质钢的生产，在含镁钙非调质钢的领域具有较大的经济价值。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，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镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法，其特征在于，在钢液精炼末期，除镁、钙以外的其它成分调整完成后，再进行含镁钙包芯线的喂线添加工艺，来制备目标含镁钙非调质钢液，其喂线添加工艺方法包括如下步骤：
a.在喂线前进行生产条件控制，主要控制钢液渣层、温度和氧活度满足一定的条件：
所述钢液渣层的厚度不低于1.2cm，实现防止钢液氧化的同时减少镁钙蒸汽的挥发；
所述钢液温度为液相线温度以上50-80℃；
所述钢液氧活度为5-15ppm；
b.在所述步骤a中控制的喂线前进行生产条件达成后，将含镁钙包芯线的喂入，以间歇式喂线法，在底吹氩气的条件下，以一定的喂入条件，将含镁钙包芯线分多次喂入，确保喂线过程喷溅不剧烈，反应平稳，使镁钙在钢液中均匀分布；
所述间歇式喂线法为：在底吹氩气的条件下，将含镁钙包芯线分至少3次间歇式喂入钢液中，每次喂入含镁钙包芯线质量分别占加入全部含镁钙包芯线总质量的1/n，n为间歇式喂线法采用的分次喂线的次数，n≥3；
所述喂入条件为以120-220m/min的速度喂入含镁钙包芯线，每喂一部分含镁钙包芯线和上一次喂入的时间间隔为15-25s；
所述底吹氩气的氩气流量为300-600NL/min；
c.在所述步骤b进行全部喂线工艺结束后，对得到的含镁钙易切削钢钢液进行后处理，在钢液表面覆盖碳化稻壳，并继续以一定氩气流量进行软吹氩搅拌，软吹一定时间后，再次测温取样，成分及温度达到目标含镁钙易切削钢液的成品工艺要求后，再进行后续吊包出钢工艺，所述吹氩气流量以不吹破渣面、不裸露钢液为准；
所述进行软吹氩搅拌的吹氩气流量150-250NL/min，软吹的时间为8-15min。
2.根据权利要求1所述含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法，其特征在于：所述目标含镁钙易切削钢液对应的所制备钢种为易切削非调质钢，其成分按质量百分比为：C:0.30-0.75％、Si:0.15-0.80％、Mn:0.40-1.60％、S:0.035-0.070％、P≤0.035％、Mg:8-20ppm、Ca:5-15ppm，余量为铁及不可避免的微量元素。
3.根据权利要求1所述含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法，其特征在于：所述含镁钙包芯线由铁皮和芯料构成；所述铁皮的成分为低碳钢，铁皮的厚度为0.3-0.5mm；所述含镁钙包芯线的芯料为采用镁-钙-硅-铁合金制成的粉料；所述含镁钙包芯线每米芯料重量为180-280g；所述含镁钙包芯线的外径为φ8-13mm。
4.根据权利要求3所述含镁钙非调质钢的镁钙添加工艺方法，其特征在于：在所述含镁钙包芯线的镁-钙-硅-铁合金中，所述镁-钙-硅-铁合金的成分满足一定质量比，其中钙含量占7％～25％，镁含量占7％～25％，硅含量占10％～40％，其余为铁或不可避免的杂质,并且镁钙的质量之比为1:(0.5-1)。
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