CN111304404B - 一种用于真空感应炉氧化物冶金的包芯线及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金材料领域，尤其涉及一种用于真空感应炉的氧化物冶金的包芯线及使用方法。由外壳及包裹于外壳内的芯粉构成，包芯线直径为Φ3.0mm～Φ5.0mm，外壳采用厚0.8mm～1.2mm冷轧钢带卷成，芯粉由工业纯铁粉、氧化铁粉、含30％钛的钛铁粉和干燥的CaO粉末按照一定的质量比例进行配粉混合，包芯线满足16％～20％填充率。在真空感应炉炼钢过程中，以本发明所述方法将该本发明所述包芯线加入钢水中，可在凝固后的钢种获得大量分布的微米级别的氧化钛颗粒，可改善钢种在大热输入焊接过程中热影响区韧性。

Description

一种用于真空感应炉氧化物冶金的包芯线及使用方法

技术领域

本发明属于冶金材料领域，尤其涉及一种用于真空感应炉氧化物冶金的包芯线及使用方法。

背景技术

随着船舶、建筑、桥梁、海洋平台、压力容器和石油等制造业的发展，中厚板生产和需求量日益增大，对钢板强韧性特别是焊接性能提出了更高要求。焊接热影响区组织粗化造成的韧性严重恶化、焊接裂纹的几率增加等危害，是影响钢材焊接性能的关键因素。改善焊接热影响区韧性的方法有多种，最有效途径是通过“氧化物冶金”的方法细化焊接热影响区的组织。氧化物冶金的机理以及形成的热力学和动力学条件已经有广泛的研究，但对氧化物冶金实际工艺实践的具体方法和过程少有报道，而实际的工艺方法是氧化物冶金的重要环节，是整个氧化物冶金概念的必要环节。因此对氧化物冶金的工艺实践方法研究有着重要的意义。

目前大多数的氧化物冶金用的包芯线主要针对的是转炉炼钢，由于转炉炼钢的冶炼过程和真空感应炉的冶金过程有明显的不同，转炉氧化物冶金时应用的包芯线直接应用到真空感应炉往往达不到相应的效果。

专利CN201610513123.4“一种利用铜镁线进行氧化物冶金的方法”公开了一种利用铜镁线进行氧化物冶金的方法，其特征在于具体工艺步骤包括：(1)转炉吹炼终点控制钢液中的氧含量为400～700ppm，转炉出钢过程加入弱脱氧合金对钢液进行脱氧和合金化；(2)出钢结束后对钢液进行强吹氩搅拌，不喂Al线；钢液进入LF精炼工位后，对钢液进行化渣、升温，此过程不添加任何脱氧剂，当温度达到1550～1580℃范围后对钢液进行定氧；(3)当钢液中的氧含量为35～50ppm时，向钢液中加入钛合金或相关稀土元素对钢液进行脱氧，软吹搅拌4～6min后对钢液进行定氧，再进行造渣操作得到精炼炉渣；(4)脱氧、合金化结束后，对钢液进行定氧、取样，根据钢液中的氧含量喂入150～400m铜镁线，待钢液中的铝、镁、钛、氧、硫等元素含量达到要求后，加入8～12kg硼铁，钢液进入VD真空处理炉进行真空处理，破空后对钢液定氧、测温、取样，氧含量为5～10ppm时，软吹5～10min后上台浇注；(5)钢水浇注过程保持过热度为15～25℃。该工艺方法针对的是转炉炼钢过程，需要对炼钢过程中的脱氧进行精细控制，增加了工艺操作难度和成本，对生产节奏有较高要求，在大批量生产时有一定难度。

专利CN201110187992.X“一种细化车轮钢组织的氧化物冶金方法”公开了一种细化车轮钢组织的方法，特别涉及采用氧化物冶金技术手段细化车轮钢组织，改善其综合性能，属于新材料冶金技术领域。本发明主要通过选择、添加合适的微量合金元素，形成弥散的氧化物质点，使氧化物颗粒作为促进形核的质点，改善铸坯和产品组织的均匀性和致密性，细化其组织，进而获得优异的综合性能。在O、N含量分别控制25ppm和45ppm以下的基础上，提出将Ti提高到0.025～0.030wt％，酸溶铝Als提高到0.030～0.055wt％，及合金元素Cr提高到0.030～0.040wt％，浇铸过程中形成第二相颗粒，促进结晶。随后控制轧制及热处理，使析出物质点弥散分布，阻止晶粒长大，强化车轮钢。本发明使车轮钢的组织细化均匀，从而提高车轮钢综合性能。该方法控制简单、成本低廉、并且易于在工业生产中实现。该方法针对的钢种有限，而且对Cr、O和N等都有一定要求，有一定的局限性。

专利CN201610722627.7“一种钛脱氧易焊接调质高强韧性钢板及其制造方法”公开了一种钛脱氧易焊接调质高强韧性钢板及其制造方法。本发明通过采用“钛脱氧”的氧化物冶金工艺，有效减少了该级别钢板的合金含量，降低了生产成本。明确了抗拉强度600MPa级调质高韧性钢板的工艺操作要点，尤其是明确了炼钢环节用钛铁等脱氧合金化操作的合金加入时机，可操作性强，对易焊接调质高强韧钢板的制造具有革命性指导意义。该方法也需要对冶炼过程和生产节奏进行精确控制，另外在中间包停留时间过长会导致氧化钛的聚集长大，从而使得氧化物冶金的效果大大降低。

专利CN201410261664.3“利用氧化物冶金技术生产小压缩比低温用H型钢的方法”公开了一种利用氧化物冶金技术生产小压缩比低温用H型钢的方法，该方法依次包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、异形坯连铸、加热、轧制和冷却工序，其中：在所述转炉冶炼工序中，在出钢前将Si成分的含量调整到0.05-0.25wt％；在所述LF精炼工序中，钢包进精炼工位后即加入锆铁、喂入钛线。本发明通过合理的氧化物冶金技术，控制钢中非金属夹杂物，在不改变原有的小压缩比低温用H型钢生产工艺的情况下改善铸坯及产品组织的均匀性和致密性，从而改善异型坯轧制小压缩比低温用H型钢常出现的低温性能及力学性能较差甚至不合格问题。该方法由于需要控制Si的含量，所适用的钢种有一定的局限性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于真空感应炉氧化物冶金的包芯线及使用方法。采用此方法可制备出一种用于真空感应炉进行钢铁材料氧化物冶金冶炼时采用的包芯线材料，可改善钢种在大热输入焊接过程中热影响区韧性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种用于真空感应炉的氧化物冶金的包芯线，由外壳及包裹于外壳内的芯粉构成：

1)包芯线直径规格为Φ3.0mm～Φ5.0mm。

2)包芯线的外壳采用厚冷轧钢带卷成；厚冷轧钢带的厚度为0.8mm～1.2mm。

3)包芯线的芯粉由工业纯铁粉、氧化铁粉、含30％钛的钛铁粉和干燥的CaO粉末按照一定的质量比例进行配粉混合；所述包芯线的芯粉中工业纯铁粉粒度为44-150μm、氧化铁粉粒度为160-250目、含30％钛的钛铁粉粒度为44-150μm，干燥的CaO粉末为170-280目，按照一定质量比例为80～120:8～11:22～27:3进行配粉混合。

4)包芯线填充率为16％～20％。

一种用于真空感应炉的氧化物冶金包芯线的使用方法，具体包括如下步骤：

1)在真空感应炉炼钢结束前1～20分钟，在钢水中加入本包芯线；

2)钢水的过热度应在25～80℃范围内，钢中的Als含量应在0.025wt％以下，钢中的O含量应在20ppm以下，喂丝的质量按照100kg钢水喂0.2-2kg的包芯线计算；

3)待喂入的包芯线化清以后15分钟之内调整好钢水出钢温度进行浇注。

与现有方法相比，本发明的有益效果是：

在真空感应炉炼钢过程中，以上述方法，将包芯线加入钢水中，通过钢水以及包芯线成分的相互冶金反应，可在凝固后的钢种获得大量分布的微米级别的氧化钛颗粒，可改善钢种在大热输入焊接过程中热影响区韧性。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明，但不用来限制本发明的范围：

一种用于真空感应炉的氧化物冶金的包芯线，由外壳及包裹于外壳内的芯粉构成：

1)包芯线直径规格为Φ3.0mm～Φ5.0mm。

2)包芯线的外壳采用厚冷轧钢带卷成；厚冷轧钢带的厚度为0.8mm～1.2mm。

3)包芯线的芯粉由工业纯铁粉、氧化铁粉、含30％钛的钛铁粉和干燥的CaO粉末按照一定的质量比例进行配粉混合；所述包芯线的芯粉中工业纯铁粉粒度为44-150μm、氧化铁粉粒度为160-250目、含30％钛的钛铁粉粒度为44-150μm，干燥的CaO粉末为170-280目，按照一定质量比例为80～120:8～11:22～27:3进行配粉混合。

4)包芯线填充率为16％～20％。

实施例1：

一种用于真空感应炉的氧化物冶金的包芯线，由外壳及包裹于外壳内的芯粉构成：

1)包芯线直径规格为Φ3.0mm。

2)包芯线的外壳采用厚冷轧钢带卷成；厚冷轧钢带的厚度为0.8mm。

3)包芯线的芯粉由工业纯铁粉、氧化铁粉、含30％钛的钛铁粉和干燥的CaO粉末按照一定的质量比例进行配粉混合；所述包芯线的芯粉中工业纯铁粉粒度为44μm、氧化铁粉粒度为160-目、含30％钛的钛铁粉粒度为44μm，干燥的CaO粉末为170目，按照一定质量比例为85:10:26:3进行配粉混合。

4)包芯线填充率为16％

5)按照每100kg钢水喂丝0.7kg

实施例2：

一种用于真空感应炉的氧化物冶金的包芯线，由外壳及包裹于外壳内的芯粉构成：

1)包芯线直径规格为Φ4.0mm。

2)包芯线的外壳采用厚冷轧钢带卷成；厚冷轧钢带的厚度为1mm。

3)包芯线的芯粉由工业纯铁粉、氧化铁粉、含30％钛的钛铁粉和干燥的CaO粉末按照一定的质量比例进行配粉混合；所述包芯线的芯粉中工业纯铁粉粒度为80μm、氧化铁粉粒度为200目、含30％钛的钛铁粉粒度为80μm，干燥的CaO粉末为200目，按照一定质量比例为100:11:23:3进行配粉混合。

4)包芯线填充率为18％。

5)按照每100kg钢水喂丝1.5kg

实施例3：

1)包芯线直径规格为Φ5.0mm。

2)包芯线的外壳采用厚冷轧钢带卷成；厚冷轧钢带的厚度为1.2mm。

3)包芯线的芯粉由工业纯铁粉、氧化铁粉、含30％钛的钛铁粉和干燥的CaO粉末按照一定的质量比例进行配粉混合；所述包芯线的芯粉中工业纯铁粉粒度为150μm、氧化铁粉粒度为250目、含30％钛的钛铁粉粒度为150μm，干燥的CaO粉末为280目，按照一定质量比例为92:9:25:3进行配粉混合。

4)包芯线填充率为20％。

5)按照每100kg钢水喂丝1.8kg

上述包芯线的使用方法为：在真空感应炉炼钢将近结束时在钢水中加入本包芯线，钢水的过热度应在25-80℃范围内，钢中的Als含量应在0.025wt％以下，钢中的O含量应在20ppm以下，喂丝的质量按照100kg钢水喂0.2-2kg的包芯线计算，待喂入的包芯线化清以后15分钟之内调整好钢水出钢温度进行浇注。可得到均匀分布的微米级别的氧化钙和氧化钛的混合粒子，在后续的轧制和焊接过程中起到良好的氧化物冶金效果。

采用以上方法利用Q345钢种进行了对比试验，并进行了轧制和焊接热模拟试验，热模拟的峰值温度为1300℃，峰值温度停留时间为0.5s，T8/5时间为350s，性能检验结果如下表所示：

	Rm/MPa	-60℃Kv2/J	-40℃热模拟Kv2/J
				未加包芯线	525 530	100 99 86	20 22 45
实施例1	542 543	150 149 138	77 64 81
				实施例2	545 532	167 182 188	88 92 90
实施例3	559 542	178 175 163	93 101 89

在真空感应炉炼钢过程中，以上述方法，将本发明所述包芯线加入钢水中，可在凝固后的钢种获得大量分布的微米级别的氧化钛颗粒，可改善钢种在大热输入焊接过程中热影响区韧性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于真空感应炉氧化物冶金的包芯线的使用方法，其特征在于，所述包芯线由外壳及包裹于外壳内的芯粉构成：包芯线直径规格为Φ3.0mm～Φ5.0mm；包芯线的外壳采用厚冷轧钢带卷成；包芯线的芯粉中工业纯铁粉粒度为44～150μm、氧化铁粉粒度为160～250目、含30％钛的钛铁粉粒度为44～150μm，干燥的CaO粉末粒度为170～280目，按照80～120:8～11:22～27:3的质量比例进行配粉混合；包芯线满足填充率为16％～20％；

具体包括如下步骤：

1)在真空感应炉炼钢结束前1～20分钟，在钢水中加入本包芯线；

2)钢水的过热度应在25～80℃范围内，钢中的Als含量应在0.025wt％以下，钢中的O含量应在20ppm以下，喂丝的质量按照100kg钢水喂0.2～2kg的包芯线计算；

3)待喂入的包芯线化清以后15分钟之内调整好钢水出钢温度进行浇注。

2.根据权利要求1所述的一种用于真空感应炉氧化物冶金的包芯线的使用方法，其特征在于，所述厚冷轧钢带的厚度为0.8mm～1.2mm。