CN113430465A

CN113430465A - 一种低合金钢及其冶炼方法

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Publication number: CN113430465A
Application number: CN202110764914.5A
Authority: CN
Inventors: 李磊; 王国柱; 张东; 李凯; 周蕾; 李海洋
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2021-09-24

Abstract

本发明公开了一种低合金钢及其冶炼方法，该低合金钢通过在冶炼的精炼阶段加入镁硅包芯线向钢液中加入Mg，可有效使钢中MnS夹杂物以镁铝尖晶石为形核核心析出，进一步形成细小弥散的MnS夹杂物，使低合金钢中Ⅱ类树枝状大尺寸MnS转变为Ⅰ类球状或Ⅲ类块状MnS夹杂物，提升钢的耐蚀性能，降低因大尺寸Ⅱ类MnS点蚀造成的经济损失。

Description

一种低合金钢及其冶炼方法

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种低合金钢及其冶炼方法。

背景技术

低合金钢价格低廉、强度高、易于加工制造，是海洋环境中应用最广泛的金属材料，常用于制造船舶、码头、管线等。由于海洋极其复杂的腐蚀环境，低合金钢的耐腐蚀性能成为海洋资源开发利用、沿海工业发展及环境保护等方面的重点关注问题。

在海洋和近海环境的所有腐蚀形式中，点蚀是最普遍且最具破坏力的腐蚀形式。点蚀由于其危害性、偶发性、不可预见性，逐渐成为近年来海洋和近海工业中的重点问题。

影响钢耐点蚀性能既有外部环境因素，也有钢内在的冶金因素。由于点蚀是一种腐蚀集中于金属表面的很小范围内，由小阳极大阴极腐蚀电池引起的阳极区高度集中的局部腐蚀形式，并深入到金属内部。点蚀的外观隐蔽而破坏性大，因点蚀而损失的金属质量很少，但若连续发展，能导致腐蚀穿孔直至整个失效，造成巨大的经济损失。

点蚀几乎总是由于表面化学或物理不均匀性等引起的，夹杂物是钢中的第二相粒子，以不同于钢基体的额外相存在，影响钢中组织及成分的均匀性，从而改变钢的抗点蚀性能。一方面，夹杂物与基体之间的弹性模量存在差异，在外加应力的作用下夹杂物等同于基体缺陷，在缺陷处会形成电位差，进而诱发点蚀；另一方面，在热膨胀系数上，夹杂物与钢基体也存在差异，导致在钢基体与夹杂物界面处易形成缝隙，增加了点蚀的萌生几率。

大量的研究表明，钢中非金属夹杂物是点蚀的主要诱发源，而其中硫化物夹杂物诱发点蚀的作用最突出。

研究表明，在溶液中MnS夹杂极易优先溶解而诱发点蚀，MnS较Al₂O₃、TiO₂及TiN夹杂优先诱发点蚀(如图1)。钢中的MnS夹杂物主要有3类：Ⅰ类MnS在铸态下呈球状分布；Ⅱ类MnS在钢的偏析区呈条带状分布；Ⅲ类MnS形成于过量铝脱氧时，热加工塑性好。在低合金钢中，MnS主要以Ⅱ类硫化物为主(如图2)，其直接影响着钢的耐点蚀性能。

在以上基础上，陈学群教授课题组经过多年研究发现，碳钢及低合金钢中点蚀优先萌生在夹杂物与基体之间的界面区域，而且MnS夹杂具有较强的点蚀诱发能力，Ⅱ类MnS相比于其他类型的MnS更易溶解并加快点蚀的扩展速率。夹杂物的形态，尺寸及分布与点蚀的萌生与扩展速率密切相关，一般而言夹杂物的长宽比越小，尺寸越小，分布越均匀，点蚀萌生的几率越小。如何得到尺寸细小、形态可控、分布较均匀、硫化物分散析出的夹杂物是耐点蚀研究的关键性问题。

当钢中硫含量较低(<20ppm)时，在凝固过程中，硫化物单独析出的难度增大，此时氧化物将作为硫化物析出的核心并以此来改变钢中硫化物的尺寸、分布及析出形式，在一定程度上细小化、弥散分布、以氧化物为核心局部析出的MnS有助于增强钢的耐点蚀性能。因此，钢中氧化物夹杂的类型、形态、数量、尺寸及分布的调控尤为重要。由于“零夹杂钢”难以实现，在炼钢过程中一般采用一种或数种脱氧工艺使钢中形成类型理想、尺寸细小、数量恰当、分布均匀的氧化物夹杂，从而调控硫化物的析出行为，增强钢的抗腐蚀性能及抗点蚀性能。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种低合金钢，该钢具有较高的耐蚀性。

本发明的另一目的是提供一种上述低合金钢的冶炼方法。

技术方案：本发明所述的一种低合金钢，其特征在于，成分以质量百分比计包括C：0.04～0.06％、Si：0.5～0.7％、Mn：1.4～1.6％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cr：0.4～0.6％、Ni：0.25～0.40％、Cu：0.3-0.35％、Al：0.020-0.040％、Mg：0.001-0.003％，余量包括Fe和不可避免的杂质。

其中，利用加入的Mg元素形成MgO·Al₂O₃，镁铝尖晶石夹杂物在高温钢液中尺寸细小、成分稳定、分布弥散。钢中MnS以镁铝尖晶石为形核核心析出，形成细小弥散分布的MnS夹杂物。

具体的，钢中MnS夹杂物形态为Ⅰ类球状或Ⅲ类块状。

对应于上述低合金钢，本发明提供的冶炼方法所采用的技术方案是，通过转炉或电炉冶炼→LF精炼→VD或RH精炼，得到符合要求的钢水；其中，

在VD或RH精炼工序中，在除镁之外的其他成分调整结束后，控制钢中活度氧为5-20ppm，以镁硅包芯线形式向钢液中加入镁元素，调整镁含量达到目标值。

其中，喂完包芯线后，投入保温剂进行保温，软吹氩15min以上，且不吹破液面避免增氧。使钢种的夹杂物充分上浮，取样、测温后进行掉包。

具体的，所述镁硅包芯线铁皮厚为0.45±0.1mm，每米重390g/m；芯粉成分以质量百分比计为：Mg：8％、Si：16％，其余为Fe及不可避免的杂质。

包芯线的喂线速度180m/min。

有益效果：与现有技术相比，该低合金钢通过在冶炼的精炼阶段加入镁硅包芯线向钢液中加入Mg，可有效使钢中MnS夹杂物以镁铝尖晶石为形核核心析出，进一步形成细小弥散的MnS夹杂物，使低合金钢中Ⅱ类树枝状大尺寸MnS转变为Ⅰ类球状或Ⅲ类块状MnS夹杂物，提升钢的耐蚀性能，降低因大尺寸Ⅱ类MnS点蚀造成的经济损失。

附图说明

图1是现有低合金钢由MnS夹杂物引起的点蚀示意图；

图2是现有低合金钢由Ⅱ类MnS夹杂物引起的点蚀细节图；

图3是本发明实施例1中MnS形态；

图4是本发明实施例2中MnS形态；

图5是本发明实施例3中MnS形态；

图6是对比例中MnS形态。

具体实施方式

下面提供申请人的试验生产实例对本发明做进一步详细说明。

实施例1采用100t转炉冶炼后，进行LF炉精炼，精炼白渣保持时间30分钟，精炼总时间54min，采用VD炉进行真空处理，0.56mbar，真空保持时间为20min。元素含量调整如下；

元素	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	AL	Mg
											含量	0.040	0.50	1.40	0.011	0.0065	0.60	0.25	0.33	0.0028	0.0001

元素含量调整结束后利用喂丝机喂入100米镁硅包芯线，喂线速度180m/min。镁硅包芯线铁皮厚为0.45±0.1mm，每米重390g/m；芯粉比例为：Mg：8％，Si：16％，其余为Fe及不可避免的杂质。喂完包芯线后，投入碳化稻壳进行保温，静搅15分钟，后取样、测温后进行吊包。检测镁含量为0.001％。

对得到的钢进行检测，如图3所示，可见其MnS形态呈球形，为Ⅰ类，尺寸在10μm左右。

实施例2同样采用100t转炉冶炼后，进行LF炉精炼，精炼白渣保持时间35分钟，精炼总时间69min，采用VD炉进行真空处理，0.42mbar，真空保持时间为20min。元素含量调整如下；

元素	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	AL	Mg
											含量	0.052	0.70	1.60	0.0075	0.011	0.40	0.40	0.35	0.020	0.0001

元素含量调整结束后利用喂丝机喂入150米镁硅包芯线，喂线速度180m/min。镁硅包芯线铁皮厚为0.45±0.1mm，每米重390g/m；芯粉比例为：Mg：8％，Si：16％，其余为Fe及不可避免的杂质。喂完包芯线后，投入碳化稻壳进行保温，静搅15分钟，后取样、测温后进行吊包。检测镁含量为0.0015％。

如图4所示，可见其MnS形态呈块状，为Ⅲ类，尺寸在10μm左右。

实施例3采用100t转炉冶炼后，进行LF炉精炼，精炼白渣保持时间35分钟，精炼总时间58min，采用VD炉进行真空处理，0.55mbar，真空保持时间为20min。元素含量调整如下；

元素	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	AL	Mg
											含量	0.060	0.50	1.53	0.015	0.015	0.51	0.25	0.30	0.040	0.0001

元素含量调整结束后利用喂丝机喂入200米镁硅包芯线，喂线速度180m/min。镁硅包芯线铁皮厚为0.45±0.1mm，每米重390g/m；芯粉比例为：Mg：8％，Si：16％，其余为Fe及不可避免的杂质。喂完包芯线后，投入碳化稻壳进行保温，静搅15分钟，后取样、测温后进行吊包。检测镁含量为0.003％。

如图5所示，其MnS形态呈块状，为Ⅲ类，尺寸也在10μm左右。

对比例同样100吨转炉冶炼+LF炉精炼，精炼白渣保持时间35分钟，精炼总时间65min，采用VD炉进行真空处理，0.78mbar，真空保持时间为20min。元素含量调整如下；

元素	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	AL	Mg
											含量	0.050	0.65	1.55	0.0053	0.0078	0.55	0.31	0.31	0.035	0.0001

对比例在真空处理时不再喂入镁硅包芯线，成品成分不含有Mg。如图6其MnS夹杂为Ⅱ类树枝状，且尺寸近150μm。

显然，本发明的MnS夹杂物尺寸、长宽比更小，形态更稳定，能够大幅度降低点蚀几率，提高耐蚀性能。

Claims

1.一种低合金钢，其特征在于，成分以质量百分比计包括C：0.04～0.06％、Si：0.5～0.7％、Mn：1.4～1.6％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cr：0.4～0.6％、Ni：0.25～0.40％、Cu：0.3-0.35％、Al：0.020-0.040％、Mg：0.001-0.003％，余量包括Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的低合金钢，其特征在于，钢中MnS以镁铝尖晶石为形核核心析出，形成细小弥散分布的MnS夹杂物。

3.根据权利要求2所述的低合金钢，其特征在于，钢中MnS夹杂物形态为Ⅰ类球状或Ⅲ类块状。

4.根据权利要求1所述的低合金钢，其特征在于，成分以质量百分比计包括C：0.046～0.052％、Si：0.53～0.56％、Mn：1.49～1.53％、P≤0.015％、S≤0.015％、Cr：0.48～0.51％、Ni：0.30～0.31％、Cu：0.33-0.34％、Al：0.020-0.040％、Mg：0.0011-0.0021％，余量包括Fe和不可避免的杂质。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述低合金钢的冶炼方法，其特征在于，通过转炉或电炉冶炼→LF精炼→VD或RH精炼，得到符合要求的钢水；其中，

6.根据权利要求5所述的低合金钢的冶炼方法，其特征在于，喂完包芯线后，投入保温剂进行保温，软吹氩15min以上，且不吹破液面避免增氧。

7.根据权利要求5所述的低合金钢的冶炼方法，其特征在于，所述镁硅包芯线铁皮厚为0.45±0.1mm，每米重390g/m；芯粉成分以质量百分比计为：Mg：8％、Si：16％，其余为Fe及不可避免的杂质。

8.根据权利要求7所述的低合金钢的冶炼方法，其特征在于，包芯线的喂线速度180m/min。