CN114381672B

CN114381672B - 一种马氏体高耐磨钢板冶炼及连铸制造方法

Info

Publication number: CN114381672B
Application number: CN202111620433.3A
Authority: CN
Inventors: 邓想涛; 闫强军; 王麒; 靳建锋; 姜在伟; 王昭东
Original assignee: Northeastern University China; Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Northeastern University China; Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2041-12-28
Also published as: CN114381672A

Abstract

本发明涉及一种马氏体高耐磨钢板冶炼及连铸制造方法，属于钢铁冶炼和连铸技术领域。该方法包括：转炉冶炼，炉外LF炉、RH炉精炼，保护浇铸，铸坯缓冷；其中，在冶炼过程中选用低氮原辅料，精炼过程中的成分和有害气体如O、N、H的控制以及连铸过程专用保护渣的使用。本发明的方法提高了Ti元素的收得率，减少了钢板内部大颗粒夹杂物如TiN的产生，降低了铸坯、钢板加工易开裂的倾向；实现TiC粒子增强型马氏体耐磨钢的顺利连铸，解决了保护渣结团或者结冷钢问题，消除漏钢的风险，提高铸坯表面质量。

Description

一种马氏体高耐磨钢板冶炼及连铸制造方法

技术领域

本发明涉及一种马氏体高耐磨钢板冶炼及连铸制造方法，属于钢铁冶炼和连铸技术领域。

背景技术

传统低合金耐磨钢的组织通常选用单相马氏体，其耐磨性能与马氏体基体的硬度直接相关，提高其耐磨性的主要方法是提高碳含量和马氏体的硬度，据此开发出NM360-NM600全系列低合金耐磨钢。然而，随着钢中碳含量和硬度的增加，钢的加工性和焊接性将严重恶化，难以满足装备制造相关要求。

在较硬的马氏体基体上引入超硬TiC粒子，通过超硬TiC粒子增加耐磨性，在相同硬度条件下获得更优异的耐磨性能。因为Ti元素较为活跃，容易发生烧损，收得率较低，同时大量Ti元素的加入增加了冶炼难度，容易形成大的团聚在一起的TiN夹杂，造成钢板在加工和使用过程中出现开裂的现象。此外钛元素在高温下非常活泼，极易被氧化，同时也很容易和空气中的氮元素形成TiN，造成水口结瘤堵塞、结晶器形成冷钢引起漏钢以及造成板坯表面质量差等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供马氏体高耐磨钢板冶炼及连铸制造方法，提供了一种具有优异耐磨性和加工性能的耐磨钢。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种马氏体高耐磨钢板冶炼及连铸制造方法，其中，所述马氏体高耐磨钢板的化学组成按质量百分比含量计为C：0.30～0.45％、Si：0.15～0.50％、Mn：0.50～1.00％、P≤0.0012％、S≤0.003％、Mo：0.30～0.80％、Ti：0.40～0.80％、Cr：0.50～1.00％、N≤0.0045％、余量为Fe和不可避免的杂质元素；

其包括以下工艺步骤：

(1)转炉冶炼：使用低氮碳粉调碳，不加生铁，采用铝铁或铝线进行预脱氧，同时加入合金进行合金化；P≤0.006％时即可出钢；转炉出钢采用滑板双挡，并留钢操作，严禁下渣，底吹模式全程吹氩气；

(2)LF炉：钢水到LF炉后，取进站氮样在线送检，快速成白渣脱氧；使用低氮碳粉、金属锰、低碳铬铁调整成分，钢水硫含量控制小于0.005％时进行定氧操作；完成后开始加入钛铁；

(3)RH炉：钢水到达RH炉后，进行真空脱气处理，出RH炉前软吹氩≥12min，在此不进行钢水定氢操作；

(4)连铸：连铸过程采用全程保护浇铸，严禁大包下渣，连铸中包每炉取氮样在线送检；

(5)铸坯缓冷：坯料保温墙或缓冷坑内堆垛缓冷，缓冷时间48～96小时。

在一个优选的实施方案中，在步骤(1)前，要进行冶炼前准备：入炉铁水符合企业内控标准《炼钢用生铁技术条件》中二级及以上要求，使用B类钢水罐，保证吹氩效果良好，使用含锆引流砂。

在一个优选的实施方案中，在步骤(1)中，在转炉冶炼中，脱氧时，终点氧大于700ppm炉次增加50～100kg铝铁，100～200米铝线；合金化不加硅铁，使用金属锰、低碳铬铁；

若出钢过程时有翻腾，可加入适量铝粒。

在一个优选的实施方案中，在步骤(2)中，所述低氮碳粉的氮含量小于100ppm，所述低碳铬铁的碳含量小于0.1％。

在一个优选的实施方案中，在步骤(2)中，LF炉的精炼结束时进行钙处理操作，钙处理前加入硼铁，出站前取氮样在线送检。

在一个优选的实施方案中，LF炉的送电埋弧采用微正压操作，送电过程氩气流量以钢水不裸露为上限；钙处理为加入无氧化的钙线。

在一个优选的实施方案中，在步骤(3)中，真空脱气处理的真空度满足0.5tor下真空循环≥12min。

在一个优选的实施方案中，在步骤(4)中，保护浇注采用TiC粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣，保护渣的主要成分按质量百分比计为：Al₂O₃+SiO₂：35～50％、CaO+Li₂O：20～30％、Na₂O+MgO：10～13％和P：5～10％；其粘度为0.15Pa·S。

在一个优选的实施方案中，在步骤(5)中，缓冷要求按缓冷坑或保温墙设计的温度梯度从1000℃以下的温度以小于0.5℃/min冷速降低至200℃及以下。

本发明提供的马氏体高耐磨钢板冶炼及连铸制造方法中主要控制元素及原因如下：

碳：马氏体基体的硬度与其中固溶的碳元素含量成正比，碳元素用于提高马氏体的强度和硬度，同时碳与钛结合形成TiC粒子，显著提高耐磨性。碳含量过低会导致无法形成足够体积分数的TiC粒子，同时也会使基体硬度无法满足耐磨钢的硬度要求，而碳含量过高，会使钢的塑韧性、加工性和焊接性恶化。因此本发明钢控制碳含量为0.30～0.45％，进一步地，优选为0.30～0.40％。

钛：与碳结合形成硬度约为3200HV的超硬粒子TiC，显著提高耐磨钢的耐磨性，过少的TiC粒子不能有效提高材料的耐磨性，过多的TiC粒子会使材料的塑韧性恶化。因此本发明控制钛含量为0.40～0.80％。

硫、磷：硫元素在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰，消耗锰元素，同时对钢的塑韧性不利，引起高温回火脆性，因此硫的含量应尽可能地低。磷元素也是钢中的有害元素，严重损害钢材的塑韧性，引起低温回火脆性。对本发明而言，硫和磷均是不可避免的杂质元素，应越低越好，考虑到钢厂实际的炼钢水平，本发明要求S≤0.003％，P≤0.0012％。

氮：氮元素会和钛元素形成TiN，TiN一般为具有尖角的立方形，同时易于发生团聚，造成较大的内应力，会导致铸坯或钢板在加工使用过程中开裂，应越低越好，考虑到钢厂实际的炼钢水平，本发明要求N≤0.0045％。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种马氏体高耐磨钢板冶炼及连铸制造方法，包括转炉冶炼，炉外LF炉、RH炉精炼，保护浇铸，铸坯缓冷；此冶炼方法的关键在于低氮原辅料的选用、精炼过程中的成分和有害气体如O、N、H的控制以及专用保护渣的使用。本发明的方法有效降低了钢水中的有害气体含量，提高了Ti元素收得率，减轻了大的团聚在一起的TiN夹杂对铸坯质量的影响；实现TiC粒子增强型马氏体耐磨钢的顺利连铸，解决了保护渣结团或者结冷钢问题，消除漏钢的风险，提高铸坯表面质量；降低了铸坯和钢板在加工过程中出现开裂的倾向，有效的提高了钢水的纯净度和均匀性，使产品性能更加稳定。

具体实施方式

一方面，本发明提供一种马氏体高耐磨钢板冶炼及连铸制造方法，其中，马氏体高耐磨钢板的化学组成按以下质量百分比含量计为，C：0.30～0.45％；Si：0.20～0.50％；Mn：0.50～1.00％；P≤0.0012％；S≤0.003％；Mo：0.30～0.80％；Ti：0.40～0.80％；Cr：0.50～1.00％；N≤0.0045％；余量为Fe和不可避免的杂质元素；

冶炼前要求：入炉铁水符合企业内控标准《炼钢用生铁技术条件》中二级及以上要求，使用B类钢水罐，保证吹氩效果良好，使用含锆引流砂。

冶炼及连铸制造方法具体包括以下步骤：

(1)转炉冶炼：使用低氮碳粉调碳，不加生铁，P≤0.006％时即可出钢；转炉出钢采用铝铁进行预脱氧，同时加入合金进行合金化；出钢采用滑板双挡，并留钢操作，严禁下渣，底吹模式全程吹氩气；合金化时不加硅铁，使用金属锰、低碳铬铁；

(2)LF炉：钢水到LF炉后，取进站氮样1支在线送检，快速成白渣脱氧；使用低氮碳粉、金属锰、低碳铬铁调整成分，钢水硫含量控制小于0.005％时进行定氧操作，完成后开始加入钛铁；精炼结束时进行钙处理操作，钙处理前加入硼铁，出站前取氮样1支在线送检；钙处理操作具体为加入无氧化的钙线。

(3)RH炉：钢水到达RH炉后，进行真空脱气处理，真空度满足0.5tor下真空循环≥12min，出RH炉前软吹氩≥12min，在此不进行钢水定氢操作；出站前取氮样1支在线送检。

(4)连铸：连铸过程采用全程保护浇注，严禁大包下渣，连铸中包每炉取氮样1支在线送检。

(5)铸坯缓冷：坯料保温墙或缓冷坑内堆垛缓冷，缓冷时间48小时以上。

如上所述的制造方法，优选地，在步骤(1)中，转炉冶炼进行优化：使用低氮原辅料，控制钢液中的氮含量；加入铝铁或铝线进行脱氧，终点氧大于700ppm炉次增加50～100kg铝铁，100～200米铝线；若出钢过程时有翻腾，加入适量铝粒。

如上所述的制造方法，优选地，低氮原辅料具体为低氮碳粉、低碳铬铁。

如上所述的制造方法，优选地，在步骤(2)中，进行LF炉精炼优化：送电埋弧采用微正压操作，送电过程氩气流量以钢水不裸露为上限；定氧操作后加入钛铁，减少钛元素的烧损，提高收得率，根据实测Ti含量视情况补加。

如上所述的制造方法，优选地，在步骤(3)中，进行RH炉精炼优化：出RH炉前软吹氩≥12min，软吹过程中部分氮与钛生成TiN去除，降低钢液中的氮含量；在此不进行钢水定氢操作，防止增氮。

如上所述的制造方法，优选地，在步骤(4)中，所述保护浇注采用TiC粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣，保护渣主要成分为：按质量百分比计为Al₂O₃+SiO₂：35～50％、CaO+Li₂O：20～30％、Na₂O+MgO：10～13％和P：5～10％；粘度为0.15Pa·S。

如上所述的制造方法，优选缓冷要求按缓冷坑或保温墙设计的温度梯度从1000℃以下的温度以小于0.5℃/min冷速降低至200℃及以下。

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例的马氏体高耐磨钢板的化学组成按质量百分比含量计为C：0.30％、Mn：0.8％、Si：0.15％、Mo：0.40％、Ti：0.60％、Cr：0.80％、N≤0.004％、S≤0.003％、P≤0.008％、余量为Fe和不可避免的杂质元素。

冶炼及连铸制造工艺按以下步骤进行：

冶炼前准备：入炉铁水符合企业内控标准《炼钢用生铁技术条件》中二级及以上要求，使用B类钢水罐，保证吹氩效果良好，使用含锆引流砂。

(1)转炉冶炼：使用氮含量小于100ppm的低氮碳粉调碳，不加生铁，转炉出钢采用铝铁进行预脱氧，终点氧大于700ppm炉次增加50～100kg铝铁，100～200米铝线，同时加入合金进行合金化，使用金属锰、低碳铬铁，而不用硅铁。出钢采用滑板双挡，并留钢操作，严禁下渣，底吹模式全程吹氩气；P≤0.006％时即可出钢。

(2)LF炉：钢水到LF炉后，取进站氮样1支在线送检，快速成白渣脱氧；送电埋弧采用微正压操作，送电过程氩气流量以钢水不裸露为上限。使用低氮碳粉、金属锰、低碳铬铁调整成分，钢水硫含量控制小于0.005％时进行定氧操作，完成后开始加入钛铁。经过成分调整后，使C含量为0.30％、Ti含量为0.60％。精炼结束时加入无氧化的钙线进行钙处理操作，钙处理前加入硼铁，出站前取氮样1支在线送检。

(3)RH炉：钢水到达RH炉后，进行真空脱气处理，真空度满足0.5tor下真空循环12min，出RH炉前软吹氩20min，在此不进行钢水定氢操作。出站前取氮样1支在线送检。

(4)连铸：连铸过程采用TiC粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣，其保护渣主要成分按质量百分比计为Al₂O₃+SiO₂：35～50％、CaO+Li₂O：20～30％、Na₂O+MgO：10～13％、P：5～10％；其性能为粘度为0.15Pa·S。全程保护浇注，严禁大包下渣，连铸中包每炉取氮样1支在线送检。

(5)铸坯缓冷：在以小于0.5℃/min冷速的坯料保温墙内堆垛缓冷，缓冷时间96h降低至200℃以下。

本实施例获可以顺利的实现TiC粒子增强型耐磨钢的钢坯连铸，连铸坯的质量达到C1.0级。

实施例2

本实施例的马氏体高耐磨钢板的化学组成按质量百分含量为C：0.35％、Mn：0.8％、Si：0.15％、Mo：0.40％、Ti：0.80％、Cr：0.80％、N≤0.004％；S≤0.003％；P≤0.008％、余量为Fe和不可避免的杂质元素。

冶炼及连铸制造工艺按照如下步骤进行：

(1)转炉冶炼：使用氮含量小于100ppm的低氮碳粉调碳，不加生铁，P≤0.006％时即可出钢。转炉出钢采用铝铁进行预脱氧，终点氧大于700ppm炉次增加50～100kg铝铁，100～200米铝线，同时加入合金进行合金化。合金化时使用金属锰、低碳铬铁，不加硅铁。出钢采用滑板双挡，并留钢操作，严禁下渣，底吹模式全程吹氩气。

(2)LF炉：钢水到LF炉后，取进站氮样1支在线送检，快速成白渣脱氧。使用低氮碳粉、金属锰、低碳铬铁调整成分，钢水硫含量控制小于0.005％时进行定氧操作，完成后开始加入钛铁。经过成分调整后，使C含量为0.35％、Ti含量为0.80％。精炼结束时进行加入无氧化的钙线处理，钙处理前加入硼铁，出站前取氮样1支在线送检。

(3)RH炉：钢水到达RH炉后，进行真空脱气处理，真空度满足0.5tor下真空循环12min，出RH炉前软吹氩22min，在此不进行钢水定氢操作；出站前取氮样1支在线送检。

(4)连铸：连铸过程采用TiC粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣全程保护浇注，严禁大包下渣，连铸中包每炉取氮样1支在线送检。专用保护渣主要成分及性能为：按质量百分比计为Al₂O₃+SiO₂：35～50％、CaO+Li₂O：20～30％、Na₂O+MgO：10～13％、P：5～10％；粘度为0.15Pa·S。

(5)铸坯缓冷：坯料在缓冷坑内堆垛缓冷，缓冷坑设计的温度梯度从1000℃以下的温度以小于0.5℃/min冷速降低，缓冷时间72h降低至200℃。

本实施例获可以顺利的实现TiC粒子增强型耐磨钢的钢坯连铸，连铸坯的质量达到C1.5级。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种TiC粒子增强型马氏体高耐磨钢板冶炼及连铸制造方法，其特征在于，所述马氏体高耐磨钢板的化学组成按质量百分比含量计为C：0.30~0.45%、Si：0.15~0.50%、Mn：0.50~1.00%、P≤0.0012%、S≤0.003%、Mo：0.30~0.80%、Ti：0.60~0.80%、Cr：0.50~1.00%、N≤0.0045%、余量为Fe和不可避免的杂质元素；

其包括以下工艺步骤：

（1）转炉冶炼：使用低氮碳粉调碳，不加生铁，采用铝铁或铝线进行预脱氧，同时加入合金进行合金化；P≤0.006%时即可出钢；转炉出钢采用滑板双挡，并留钢操作，严禁下渣，底吹模式全程吹氩气；

（2）LF炉：钢水到LF炉后，取进站氮样在线送检，快速成白渣脱氧；使用低氮碳粉、金属锰、低碳铬铁调整成分，钢水硫含量控制小于0.005%时进行定氧操作；完成后开始加入钛铁；

（3）RH炉：钢水到达RH炉后，进行真空脱气处理，出RH炉前软吹氩≥12min，在此不进行钢水定氢操作；

（4）连铸：连铸过程采用全程保护浇铸，严禁大包下渣，连铸中包每炉取氮样在线送检；

（5）铸坯缓冷：坯料保温墙或缓冷坑内堆垛缓冷，缓冷时间为48~96小时；

在步骤（1）中，在转炉冶炼中，脱氧时，终点氧大于700 ppm炉次增加50~100 kg铝铁，100~200米铝线；合金化不加硅铁，使用金属锰、低碳铬铁；

若出钢过程时有翻腾，加入铝粒；

在步骤（2）中，LF炉的精炼结束时进行钙处理操作，钙处理前加入硼铁，出站前取氮样在线送检；

LF炉的送电埋弧采用微正压操作，送电过程氩气流量以钢水不裸露为上限；钙处理为加入无氧化的钙线；

在步骤（4）中，保护浇注采用TiC粒子增强型马氏体耐磨钢专用保护渣，所述保护渣主要成分按质量百分比计为：Al₂O₃+SiO₂：35 ~50 %、CaO+Li₂O：20~30%、Na₂O+MgO：10~13%和P：5~10%；其粘度为0.15 Pa·S。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤（1）前，要进行冶炼前准备：使用B类钢水罐，保证吹氩效果良好，使用含锆引流砂。

3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述低氮碳粉的氮含量小于100ppm，所述低碳铬铁的碳含量小于0.1%。

4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤（3）中，真空脱气处理的真空度满足0.5tor下真空循环≥12min。

5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤（5）中，缓冷要求按缓冷坑或保温墙设计的温度梯度从1000℃以下的温度以小于0.5℃/min冷速降低至200℃及以下。