CN111826497A - 一种微合金增氮剂及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及增氮剂技术领域，具体为一种微合金增氮剂及应用。本发明的微合金增氮剂含有如下化学成分：CaO 38‑42％、Al₂O₃ 21‑25％、稀土金属≥25％、N≥6％、SiO₂≤5％、H₂O≤0.5％。本发明的增氮剂能够使得钢液中处于固溶态的钒和钛变成析出态的钒和钛的化合物，强烈地提高析出驱动力；同时钒和钛以富氮的V(C,N)、Ti(C,N)形式析出，从而促进晶内铁素体的形成并有利于铁素体晶粒的细化。

Description

一种微合金增氮剂及应用

技术领域

本发明涉及增氮剂技术领域，特别是涉及一种微合金增氮剂及应用。

背景技术

钢中氮化物比碳化物具有更高的稳定性，析出相更加细小弥散，强化效果明显提高。氮是含钒、铌、钛微合金钢中一种十分有效的合金化元素，其与钒和钛具有较强的亲和力，钢中增氮能优化钒和钛的析出，起到细化晶粒的作用，进而改善钢的强韧性配合，含钒钢中每增加10×10^-6的氮可提高强度8MPa以上。并且利用廉价的氮元素，在保证强度相同的水平下，可节约60％～80％的钒和钛元素，有效降低钢材生产成本。

为此，现有技术中设计了多种炼钢增氮方法，一种是采用钢包底吹氮气进行增氮，例如在公开号为CN101168817B的中国专利申请，公开了一种含氮纯净钢的增氮方法，其通过在钢液二次精炼末期，采用钢包底吹氮气的方法，对钢包内钢液进行增氮，但是其对底吹管道要求复杂，且氮含量控制不稳定。

公开号为CN109234493A的中国专利申请，公开了一种通过喷吹氮气稳定增氮的炼钢方法，其通过在LF精炼及VD炉抽真空脱气阶段喷吹氮气并合理控制工艺参数，实现含氮钢生产过程的稳定增氮，但是该方法对工艺及现场生产工人操作要求较高，且无法应用于不进行VD精炼的普通钢种。

上述气体增氮虽然可以满足钢液增氮，但是其在管道装置上、现场工艺操作等和冶炼流程等方面都有着较为严格的要求。

另一种方法是：与氮气增氮相并行被使用增氮方法为添加含氮合金进行增氮，例如：公开号为CN101693976B的中国专利申请，其公开了一种转炉炼钢的钒氮微合金化方法，其是应用于钒含量≥0.05％的钢材料中，通过转炉出钢过程同时加入钒氮合金和增氮剂，实现将钢中的V/N比控制在3.0-5.0。其采用的增氮剂主要为氮化硅铁、氮化硅锰或者氮化锰铁，虽然氮含量容易控制，但是其成本要高很多。

公告号为CN101693977A的中国专利申请，其公开了一种冶炼微合金化钢用钒氮添加剂及其制备方法，其通过对含钒合金粉末、增氮剂粉末以及粘结剂进行机械混合和机械成型，制成球状或其他块状的钒氮添加剂。其采用的增氮剂粉末主要为氮化硅粉末或氮化硅铁粉末或氮化硅锰粉末或氮化锰铁粉末，其不仅工艺流程复杂，而且生产成本同样高昂。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的是提供了一种微合金增氮剂及应用。采用微合金化技术是世界各国发展高强度钢筋的主要技术路线之一，由于钢筋生产速度快，轧制温度高，其工艺特点决定了钢筋的合金设计适宜采用钒、铌、钛的微合金化技术。钒微合金化主要采用不同含钒量的钒铁和钒氮合金，铌微合金化主要采用铌铁，钛微合金化目前最新的是转炉+氩站(不经LF精炼)工艺采用稀土复合钛线，这三种微合金化工艺均是要求微合金元素通过形成微合金化碳氮化物起到沉淀析出强化和细晶强化的作用。

本发明的增氮剂结合微合金技术提高合金晶粒的细化程度，提高其机械性能。所述增氮剂含有如下表1所述的化学成分。

表1本发明所述增氮剂的化学成分

项目

CaO

Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

N

SiO<sub>2</sub>

H<sub>2</sub>O

稀土

要求wt％

38-42

21-25

≥6

≤5

≤0.5

≥25

本发明所述的微合金增氮剂包括以下重量百分数的原料：48％轻烧石灰粉、35％铝灰、15％氮化硅、2％镧系轻稀土。

本发明还提供了所述微合金增氮剂的应用方法，具体为在转炉钢水出钢过程中加入2.0-2.5kg/t的所述微合金增氮剂。

优选的，所述钒氮合金为VN16或复合钛线。

优选的，转炉出钢过程确保全程底吹氮气，炉后吹氩站使用碳包芯线进行成分微调，氩站钢水处理时间确保6-8min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

钢中增氮，使处于固溶态的钒变成析出态的钒，充分发挥钒的沉淀强化作用。对于0.011％V钢，氮含量从85×10^-6增加至140×10^-6，以V(C,N)形式析出的钒成倍增加，由35.5％增加到70％。钢中氮含量的增加降低了析出相长大和粗化的趋势。钢中增氮后，氮能强烈地提高析出驱动力，钒和钛以富氮的V(C,N)和Ti(C,N)形式析出，由于V(C,N)在奥氏体有较高的溶解度，因此几乎对热变形工艺没影响，但在冷却过程中会析出，从而通过析出析出沉淀强化提高钢的强度水平。

通过增氮促进了Ti(C,N)在奥氏体向铁素体转变期间在相界面的析出，析出的Ti(C,N)钉扎奥氏体晶界，有效地阻止了铁素体晶粒长大，起到了细化铁素体晶粒的作用。同时Ti(C,N)可作为铁素体形核的质点，提高了其形核速度，促进晶内铁素体的形成并有利于铁素体晶粒的细化。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种微合金增氮剂如表1所示，利用其生产热轧带肋钢筋，具体步骤如下：

转炉钢水出钢过程加入FeSi、MnSi及FeV(或复合钛线)等微合金化元素进行合金化，同时加入2.0-2.5kg/t的微合金增氮剂，转炉出钢过程确保全程底吹氮气进行充分搅拌，炉后吹氩站使用碳包芯线进行成分微调，氩站钢水处理时间确保6分钟。全程钢包加盖、保护浇铸，减少钢水转移和浇注过程中的温度损失，实现全程低温操作、确保钢水的洁净度。

在一个实施例中采用的钒氮合金为VN16，通过加入本发明的微合金增氮剂，所制成的钢筋成分如表2所示。

表2

在一些实施例中，检测转炉冶炼终点钢液成分如表3所示。

表3

在表3所述钢液进行合金化时，加入不同量的本发明微合金增氮剂，经过上述工艺制成钢筋，其成分及屈服强度如表4所示。

表4

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种微合金增氮剂，其特征在于，含有如下化学成分：CaO 38-42％、Al₂O₃21-25％、稀土金属≥25％、N≥6％、SiO₂≤5％、H₂O≤0.5％。

2.根据权利要求1所述的微合金增氮剂，其特征在于，包括以下重量百分数的原料：48％轻烧石灰粉、35％铝灰、15％氮化硅、2％镧系轻稀土。

3.根据权利要求1或2所述的微合金增氮剂的应用，其特征在于，在转炉钢水出钢过程中加入2.0-2.5kg/t的所述微合金增氮剂。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述转炉钢水出钢过程加入钒氮合金进行合金化，同时加入所述微合金增氮剂。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述钒氮合金为VN16或复合钛线。

6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，转炉出钢过程确保全程底吹氮气进行充分搅拌，炉后吹氩站使用碳包芯线进行成分微调，氩站钢水处理时间确保6-8min。