CN114032473A

CN114032473A - 一种免涂层热成形钢的合金加入方法

Info

Publication number: CN114032473A
Application number: CN202111438757.5A
Authority: CN
Inventors: 徐伟; 曹志众; 李明光; 胡军; 王晨充; 王飞
Original assignee: Northeastern University China; Bengang Steel Plates Co Ltd
Current assignee: Northeastern University China; Bengang Steel Plates Co Ltd
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2041-11-29
Also published as: CN114032473B

Abstract

本发明属于钢铁冶炼铸造技术领域，具体涉及一种免涂层热成形钢的合金加入方法。针对免涂层热成形钢钢种要求的含硅、锰和铬合金加入量较大的问题，通过合理匹配转炉炼钢在钢包合金加入和精炼LF炉合金加入两种方式，达到准确控制用于免涂层热成形钢合金成分的目的。采用转炉和精炼LF钢包炉两工序中进行一次合金化和二次合金化，完成该钢种合金化的过程，优化其合金的加入配比关系，达到准确控制该牌号的成分。同时也能提高合金收得率，节约了成本。

Description

一种免涂层热成形钢的合金加入方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼铸造技术领域，具体涉及一种免涂层热成形钢的合金加入方法。

背景技术

随着对钢铁材料性能要求的越来越高，如更高的强度、抗高温、低温、耐腐蚀等特殊物理性能，普通碳钢已经不能满足要求。轻量化技术是实现汽车节能减排的关键技术之一，而高强度热冲压成形技术在保证汽车安全性的同时能较大幅度实现轻量化。现有的用于热冲压成型的钢种主要是镀铝硅涂层的硼钢，采用镀层以避免钢材在热成形时表面形成氧化铁皮的问题。

然而有涂层的热成形钢同样也具有轧制过程需要冷轧、镀层在轧制过程中存在沾辊等问题。为解决这一问题，提出一种免涂层热成形高强钢，碳含量≤0.3%，硅≥0.8%，锰含量≥0.8%，铬含量≥1.5%，还含有一定含量的Ni、Nb、Ti等微合金元素。高Cr-Si合金化使这种热成形钢可以减少因表面氧化而形成的氧化铁皮，进而免去现有的热成形钢通常采用的铝硅涂层。但这种免涂层高Cr-Si热成形钢其成分设计硅、锰和铬合金含量较大，合金总量约9-18吨（每180吨钢水），合金占比可达5-10%。通常情况下，合金加入是在转炉出钢过程中，随着出钢钢流加入。为了保证合金化的均匀性，合金加入通常要求在转炉出钢1/5时开始进行脱氧合金化，出至2/3时加完，但对于炼钢转炉工序，像所述的免涂层热成形高强钢冶炼时所需的这种大量合金的加入，会影响成分的精确控制，降温值非常大，难以保证较高且稳定的合金收得率，合金加入方法是准确热成形钢合金成分控制的重要影响因素。

专利申请号CN10540440A《一种转炉冶炼中、高锰合金钢的合金加入方法》提供了一种转炉冶炼中、高锰合金钢的合金加入方法，该方法针对的是中高锰钢种，Mn含量在3.0%-6.0%的中锰钢和Mn≥6.0%的高锰钢，该方法在出钢前或在转炉内加入合金来解决大量合金加入的问题，但出钢前在大罐（钢包）中加入合金将影响钢包透气砖的透气效果，造成钢包不能底吹氩气；在转炉内加入合金影响合金的收得率且成本较高。

发明内容

针对免涂层热成形钢钢种要求的含硅、锰和铬合金加入量较大的问题，通过合理匹配转炉炼钢在钢包合金加入和精炼LF炉合金加入两种方式，达到准确控制用于免涂层热成形钢合金成分的目的。

本发明所述的免涂层热成形钢，具体成分如下（按质量分数计）：C：0.15~0.35%，Mn：0.8~3.2%，Si：0.8~2.8%，S：＜0.01%，P：＜0.015%，Al：0.01~0.05%，Cr：1.5~3.9%，还可以包括Nb、V、Ti、Cu等微合金元素的一种或几种，如果成分包含这些微合金元素的话，含量分别为：Nb：0.01~0.05%，V：0.01~0.05%，Ti：0.01~0.03%，Cu：0.05~0.15%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。钢种的生产流程为转炉冶炼-转炉出钢-钢包精炼炉LF-连铸浇注（LD-LF-CC）。

具体地，本发明提出的免涂层热成形钢在冶炼时的合金加入方法包括以下步骤：

1.出钢前准备：出钢前5-8 min内将钢包开至炉下，打开钢包，对钢包进行底吹氩，出钢过程必须全程进行底吹氩操作，直至出钢至投挡渣镖或判断净空时方可完全关闭底吹氩。出钢时需要在底吹氩的条件下向转炉中加入精炼渣、石灰。

2.一次合金化：开始出钢，在出钢的过程中进行转炉脱氧合金化，方法为按照先强后弱的顺序，依次加入脱氧剂-铝球或铝粒-硅类合金-锰类合金-铬类合金，脱氧合金化在转炉向钢包中出钢1/5时开始进行，出至2/3时加完。脱氧合金化的这些材料需随钢流分批次加入，每批次加入的材料为5-18kg/吨钢水，批次间间隔时间1-2min。

因该钢种合金总量可达5~10%，因此在加入脱氧剂完全脱氧后，只对Si、Mn、Cr进行成分设计中一定比例的合金化，具体地，脱氧合金化进行约50~80%的硅的合金化、85~90%的锰的合金化和25~75%的铬的合金化过程。对于Al，在脱氧合金化阶段完成其全部的合金化过程。

合金加入量计算公式为：合金化比例*成分目标值/（加入的合金中合金元素含量比例*合金收得率）。脱氧合金化阶段的合金化，称为一次合金化过程。

3. 顶渣改质：转炉出钢后钢包中加入石灰和顶渣改质剂进行顶渣改质。对于180吨的钢包，加入石灰500-1000kg、顶渣改质剂200-800kg。

4.二次合金化：进行精炼LF工序，在精炼LF过程中，加入硅类合金、锰类合金、铬类合金进行二次合金化，二次合金化中硅类合金、锰类合金、铬类合金的加入没有固定顺序，二次合金化对于Si、Mn、Cr元素完成剩余部分的合金化要求，加入量计算公式也按合金化比例*成分目标值/（合金中合金元素含量比例*合金收得率），只不过这里用的合金化比例是1减去一次合金化的合金化比例。精炼LF过程的造渣脱硫，也有助于提高各合金收得率。

5. 合金微调：进行合金微调，根据碳的变化情况，进行碳的合金化，可以采用增碳剂，约1kg/吨。

一次合金化所用的硅类合金可以为硅铁，锰类合金可以为中碳锰铁，铬类合金为高碳铬铁；二次合金化所用的硅类合金可以为硅铁，锰类合金可以为高碳锰铁，铬类合金为高碳铬铁。

如果成分还包括微合金元素Nb、V、Ti、Cu等，Nb、V、Ti较贵重，需要在二次合金化过程中硅类合金、锰类合金、铬类合金加完后再加入，分别以铌铁、钒铁、钛铁形式加入。Cu可通过金属铜方式加入，因为不易氧化，可在任意时候加入，比如一次合金化或二次合金化过程中加入，或出钢时直接加入转炉内。这些微合金需要加入的含量低，可一次完成100%的合金化。

本发明的优点是针对含硅、锰和铬等合金量较大的免涂层热成形钢钢种，通过合理匹配转炉炼钢在转炉出钢时合金加入和精炼LF炉合金加入，达到了准确控制用于免涂层热成形钢合金成分的目的。通过合理的分配一种合金含量达到5-9%左右的免涂层热成形钢的合金加入方式和方法，采用转炉和精炼LF钢包炉两工序完成该钢种合金化的过程，优化其合金的加入配比关系，达到准确控制该牌号的成分。同时也能提高合金收得率，节约了成本。

具体实施方式

某钢厂冶炼免涂层热成形钢，牌号为HRCF01，工艺路线为LD-LF-CC，采用钢包为180吨钢包。本发明中各个实施例中钢种合金元素成分如下表所示：

	C%	Si%	Mn%	P%	S%	Cr%	Nb%	Als%
									实例1	0.26	1.871	1.931	0.006	0.0008	2.836	0.0373	0.0421
实例2	0.23	1.868	1.928	0.009	0.0006	2.818	0.0364	0.0413
									实例3	0.24	1.87	1.929	0.009	0.0009	2.828	0.0371	0.0416

	C%	Si%	Mn%	P%	S%	Cr%	Nb%	Als%
									比较例1	0.27	1.771	1.931	0.007	0.0018	2.636	0.0336	0.0438
比较例2	0.24	1.868	1.828	0.01	0.0026	2.836	0.0366	0.0413

实施例1

1、合金加入量计算：

使用部分合金成分%

合金	C	Si	P	S	Mn	Ti	Cr	Nb	V
										中碳锰铁	1.610	1.130	0.141	0.010	78.880
硅铁	0.096	73.060	0.030	0.0027
										高碳铬铁	9.210	0.380	0.020	0.016			64.350
铌铁	0.100	1.500	0.100	0.100				65.500
										钛铁	0.100	4.500	0.005	0.030	2.400	33.660
钒铁	0.270	1.730	0.076	0.009	0.230				53.290

合金加入量的计算方法，以硅铁的合金化为例计算：

假设钢种硅的成分目标比例为1.8%，出钢量为175t，成分目标值即为175×1000×1.8%kg，硅铁含硅量为76.06%，合金收得率经经验测定为91.82%，一次合金化硅的成分控制到1%，即一次合金化比例为1/1.8：

一次合金化加入的硅铁量=175×1000×1%÷76.06%÷91.82%=2505.789kg

二次合金化硅铁合金收得率经验测定为98.8%，二次合金化控制硅的成分量为0.8%：

二次合金化加入的硅铁量=175×1000×0.8%÷76.06%÷98.8%=1863.008kg。

2.出钢前准备：出钢前5-8 min内将钢包开至炉下，打开钢包，对钢包进行底吹氩，出钢过程必须全程进行底吹氩操作，直至出钢至投标或判断净空时方可完全关闭底吹氩。出钢后，在底吹氩的条件下向转炉中加入精炼渣、石灰。

3.一次合金化：开始出钢，在出钢的过程中进行转炉脱氧合金化，方法为依次加入脱氧剂-铝粒-硅铁-中碳锰铁-高碳铬铁，脱氧合金化在转炉向钢包中出钢1/5时开始进行，出至2/3时加完。这些脱氧合金化的材料需随钢流分批次加入，每批次加入的材料为5-18kg/吨钢水，批次间间隔时间1-2min。

一次合金化采用的材料为：中碳锰铁2009kg、硅铁2504kg、铝粒181kg和高碳铬铁3014kg。

4. 顶渣改质：转炉出钢后钢包中加入石灰和顶渣改质剂进行顶渣改质。加入石灰500kg、顶渣改质剂400kg。

5.二次合金化：进行精炼LF工序，在精炼LF过程中，加入硅铁1853kg、高碳铬铁6523kg、高碳锰铁800kg、铌铁90kg，进行二次合金化，铌铁在硅铁、高碳铬铁和高碳锰铁都加完后再加入，二次合金化对于Si、Mn、Cr元素完成剩余部分的合金化要求，并完成Nb的全部合金化要求。

6. 合金微调：进行合金微调，根据碳的变化情况，进行碳的合金化，采用精炼增碳剂，添加量为138kg。

实施例2

与实施例1基本相同，不同之处在于，一次合金化所用的材料为中碳锰铁2008kg、硅铁2500kg、铝粒186kg和高碳铬铁3008kg；二次合金化（精炼LF过程）所用的材料为铌铁92kg、硅铁1851kg、高碳铬铁6520kg、和高碳锰铁802kg；合金微调所用的精炼增碳剂为136kg。

实施例3

与实施例1基本相同，不同之处在于，一次合金化所用的材料为中碳锰铁2006kg、硅铁2508kg、铝粒182kg和高碳铬铁3012kg；二次合金化（精炼LF过程）所用的材料为铌铁88kg、硅铁1853kg、高碳铬铁6523kg、和高碳锰铁800kg；合金微调所用的精炼增碳剂为133kg。

实施例4

与实施例1基本相同，不同之处在于，合金成分还含有0.03%的钒，103kg钒铁在铌铁之后加入。

实施例5

与实施例1基本相同，不同之处在于，钢种目标成分中铌含量与实施例1不同，还含有其他微合金元素：Nb： 0.03%，V： 0.03% ，Ti ：0.02%，Cu：0.08%。

采用的合金成分为铌铁含铌65.5%，钒铁含钒53.29%，钛铁含钛33.6%，铜以含铜99.8%的铜金属形式加入。

合金收得率经经验测定铌铁98.9%，钒铁95.75%，钛铁85.56%，铜98%。

所有微合金元素在二次合金化过程中完成硅、铬、锰的合金化之后加入，出钢量175t，合金加入量分别为铌铁82kg，钒铁103kg，钛铁122kg，铜145kg。

比较例1

与实施例1不同之处在于，在转炉出钢过程中完成所有Si、Cr、Mn元素的合金化，在精炼LF过程中只进行铌的合金化和最后的合金微调。转炉出钢过程中合金化所用的材料为中碳锰铁3038kg、硅铁4668kg、铝粒191kg和高碳铬铁9828kg；精炼LF过程铌铁89kg、精炼增碳剂116kg。

比较例2

与实施例1不同之处在于，在转炉出钢过程中完成所有Si、Cr、Mn元素的合金化，在精炼LF过程中只进行铌的合金化和最后的合金微调。转炉出钢过程中合金化所用的材料为中碳锰铁2969kg、硅铁4703kg、铝粒176kg和高碳铬铁9719kg；精炼LF过程铌铁87kg、精炼增碳剂128kg。

从比较例可以看出，实施例1~3和比较例1~2中，Si、Mn、Cr含量相近，但实施例1~3使用的合金量远小于比较例中使用的合金量，以硅为例，采用本专利方法硅铁的综合收得率达到97.22%，比较例中硅铁的综合收得率仅为90.88%。

Claims

1.一种免涂层热成形钢的合金加入方法，其特征在于，所述热成形钢包括以下成分：C：0.15~0.35%，Mn：0.8~3.2%，Si：0.8~2.8%，S：＜0.01%，P：＜0.015%，Al：0.01~0.05%，Cr：1.5~3.9%；

所述合金加入方法包括以下步骤：

步骤1.出钢前准备：出钢前将钢包开至转炉下，打开钢包，对钢包进行底吹氩，并且在出钢过程全程进行底吹氩，直至出钢至投标或判断净空时方可完全关闭钢包的底吹氩；

步骤2.一次合金化：开始出钢，在出钢的过程中进行转炉脱氧合金化，方法为依次加入脱氧剂-铝球或铝粒-硅类合金-锰类合金-铬类合金，这些用于脱氧合金化的材料随钢流分批次加入；一次合金化完成Al的全部合金化，完成Si、Mn、Cr的部分合金化；

步骤3.顶渣改质：转炉出钢后钢包中加入石灰和顶渣改质剂进行顶渣改质；

步骤4.二次合金化：进行精炼LF工序，在精炼LF过程中，加入硅类合金、锰类合金、铬类合金进行二次合金化，二次合金化完成剩余部分的Si、Mn、Cr元素的合金化要求；

步骤5.合金微调：进行合金微调，根据钢中碳的变化情况，进行碳的合金化。

2.根据权利要求1所述的免涂层热成形钢的合金加入方法，其特征在于，所述热成形钢还包括微合金元素Nb、V、Ti、Cu中的一种或几种，含量为：Nb：0.01~0.05%，V：0.01~0.05%，Ti：0.01~0.03%，Cu：0.05~0.15%；

Nb、V、Ti、Cu分别通过铌铁、钒铁、钛铁、金属铜的形式加入，按照设计的成分，铌铁、钒铁、钛铁在所述步骤4中Si、Mn、Cr元素二次合金化完成后加入以完成Nb、V、Ti的合金化，金属铜在出钢和精炼LF过程中任意时间加入以完成Cu的合金化。

3.根据权利要求1所述的免涂层热成形钢的合金加入方法，其特征在于，所述一次合金化完成50~80%的硅的合金化、85~90%的锰的合金化和25~75%的铬的合金化。

4.根据权利要求1所述的免涂层热成形钢的合金加入方法，其特征在于，所述一次合金化和二次合金化中，各种合金材料的加入量按以下公式计算：

合金材料加入量=合金化比例*成分目标值/（加入的合金材料中合金元素含量比例*合金收得率）。

5.根据权利要求1所述的免涂层热成形钢的合金加入方法，其特征在于，所述脱氧合金化在转炉向钢包中出钢1/5时开始进行脱氧剂合金化所需材料的加入，出至2/3时加完。

6.根据权利要求1所述的免涂层热成形钢的合金加入方法，其特征在于，所述分批次加入脱氧合金化的材料，每批次加入5-18kg/吨钢水，批次间隔时间为1-2min。

7.根据权利要求1 或2所述的免涂层热成形钢的合金加入方法，其特征在于，所述一次合金化所用的硅类合金为硅铁，锰类合金为中碳锰铁，铬类合金为高碳铬铁；二次合金化所用的硅类合金为硅铁，锰类合金为高碳锰铁，铬类合金为高碳铬铁。

8.根据权利要求2所述的免涂层热成形钢的合金加入方法，其特征在于，每种微合金元素的合金化均是一次完成。