CN115786645A

CN115786645A - 一种10b21钢精炼渣系及10b21钢的冶炼方法

Info

Publication number: CN115786645A
Application number: CN202211566453.1A
Authority: CN
Inventors: 赵立; 左小坦; 王东兴; 黄雁; 张亚兵; 杨伟勇
Original assignee: Wuhu Xinxing Ductile Iron Pipes Co Ltd
Current assignee: Wuhu Xinxing Ductile Iron Pipes Co Ltd
Priority date: 2022-12-07
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2023-03-14

Abstract

本发明公开了一种10B21钢精炼渣系及10B21钢的冶炼方法，所述10B21钢精炼渣系中CaO、Al₂O₃、SiO₂、MgO的含量分别为：CaO 52～60％、Al₂O₃20～35％、SiO₂3～7％、MgO 4～8％；本发明通过优化精炼渣系的成分，控制精炼渣系的碱度为8～10，曼内斯曼指数为0.3～0.4，粘度为0.06～0.07Pa·S，CaO溶解度为90％以上，在这样的条件下，精炼渣的流动性更好，且提高了氧化钙在渣中的溶解度，降低钙线喂入量，抑制夹杂物的碰撞长大，本发明提供的精炼终渣的成分能够落入CaO‑SiO₂‑Al₂O₃三元相图的液相区内，提高精炼渣对夹杂物的吸附能力，更高效率的吸收Ds类夹杂物。

Description

一种10B21钢精炼渣系及10B21钢的冶炼方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种10B21钢精炼渣系及10B21钢的冶炼方法。

背景技术

10B21作为含硼冷墩钢主要用于制造高强度螺栓，由于其具有成分稳定、有害元素低、钢质纯净度高、脱碳层小、表面缺陷少、冷镦开裂率低、盘条原始硬度低、经热处理后强度高淬透性好等优点，逐渐得到紧固件厂家的重视，尤其在生产汽车高强度紧固件领域重视。

含硼冷镦钢在加工使用过程中要求有良好的表面质量、较高的塑性、韧性以及良好的疲劳特性，疲劳特性的重要影响因素之一就是钢中非金属夹杂物，螺栓的强度越高，其所引起的疲劳失效风险就越大，夹杂物的类型、尺寸和分布对钢的疲劳寿命影响也不同，10B21作为铝脱氧钢，其脱氧产物主要以Al₂O₃以及MgO·Al₂O₃尖晶石等高熔点夹杂物，严重制约着连铸工序的生产顺行及钢产品质量，并且铝脱氧钢通常需要配合钙处理来防止水口结瘤，但随着钙处理工艺的推广应用，许多钢厂报道了钙处理的负面效果，为了控制由于钢中钙含量过高而导致的DS类夹杂物。

10B21钢中的Ds类夹杂物，主要是以氧化钙氧化铝为形核中心外部伴生有氧化镁并被硫化钙以及氮化钛包裹的形式存在，其共性是熔点低，易碰撞长大，与钢液润湿性好，不易穿过钢渣界面进入到钢渣中。Ds夹杂物在精炼过程中产生，产生的主要原因是精炼渣体系不合理。

中国专利CN 111172351 A公开了一种中碳含硫铝脱氧非调质钢Ds夹杂物的控制方法，通过调整S元素加入位置、优化精炼炉渣多组元成分及钢液成分，在满足产品对于氧的要求的前提下，将夹杂物转变为易于上浮的固态相，避免液态夹杂物及CaS的生成，并进一步优化真空处理时间，提高了钢液中夹杂物尤其是大颗粒Ds类夹杂物的去除效率，达到控制钢中Ds类夹杂物的效果。上述专利主要针对中碳含硫铝脱氧非调质钢采取特定工艺手段来降低钢水中Ds类夹杂物，而现有技术中尚未有针对10B21含硼钢解决Ds类夹杂物的方法，10B21钢中含有Ti成分，生成Ds类夹杂物种类与上述钢种不同，对于渣系与工艺要求也不相同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种10B21钢精炼渣系，通过控制精炼渣系的成分含量、碱度、熔点和粘度，更高效率的吸收Ds类夹杂物。

本发明的目的还在于提供一种10B21钢的冶炼方法，该方法可以显著去除钢中的Ds类夹杂物。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明提供了一种10B21钢精炼渣系，所述10B21钢精炼渣系中CaO、Al₂O₃、SiO₂、MgO的含量分别为：CaO 52～60％、Al₂O₃ 20～35％、SiO₂ 3～7％、MgO 4～8％。

所述10B21钢精炼渣系的碱度为8～10，曼内斯曼指数为0.3～0.4，粘度为0.06～0.07Pa·S，CaO溶解度为90％以上。精炼渣的碱度过高会导致其吸收被改性后的夹杂物能力变差，大尺寸夹杂物很难穿过钢渣界面进入到渣层中；另外，碱度过高，曼内斯曼指数会偏高，曼内斯曼指数越大，精炼渣的流动性会越差，不能保证精炼渣具有良好的流动性，对钢液的脱硫和脱磷产生不利影响，容易使夹杂物碰撞长大。

本发明还提供了一种10B21钢的冶炼方法，所述冶炼方法包括以下步骤：转炉冶炼→LF精炼→小方坯连铸；

所述LF精炼步骤中，加入石灰和化渣剂进行精炼调渣，加入铝粒进行脱氧，精炼至白渣保持时间≥20min后，加钛铁，软吹前3min根据残余B含量调整B含量至目标值，软吹前喂钙线，软吹时间15～20min，精炼结束后精炼渣为权利要求1或2所述的精炼渣系。

石灰的加入量为2.5～3.5kg/t钢；化渣剂的加入量为1.5～2.5kg/t钢；铝粒的加入量为0.5～0.85kg/t钢。

软吹时氩气流量为250～300L/min。

钙线密度为200g/m，软吹前按照0.4～0.85米纯钙线/t钢进行喂钙线。

所述转炉冶炼步骤中，冶炼后的钢成分在以下范围内：C 0.12～0.16％、Mn0.75～0.85％、Cr 0.10-0.15％、P≤0.015％。

所述小方坯连铸步骤中，连铸拉速1.4～1.5m/min。

所述小方坯连铸步骤中，结晶器电磁搅拌电流280～300A，频率5Hz，凝固末端电磁搅拌电流150～170A，频率12Hz。

所述小方坯连铸步骤中，铸坯断面180mm*180mm。

本发明提供的10B21钢精炼渣系，通过优化精炼渣系的成分，控制精炼渣系的碱度为8～10，曼内斯曼指数为0.3～0.4，粘度为0.06～0.07Pa·S，CaO溶解度为90％以上，在这样的条件下，精炼渣的流动性更好，且提高了氧化钙在渣中的溶解度，降低钙线喂入量，抑制夹杂物的碰撞长大，本发明提供的精炼终渣的成分能够落入CaO-SiO₂-Al₂O₃三元相图的液相区内，如图1所示，提高精炼渣对夹杂物的吸附能力，更高效率的吸收Ds类夹杂物。

与现有技术相比，本发明针对10B21钢，提供了具体的冶炼方法，不仅通过优化渣系提高了Ds类夹杂物的去除效率，还通过优化渣系和生产操作，抑制Ds类夹杂物的碰撞长大，最终可控制10B21钢中的Ds类夹杂物在0.5以下，进而提升了10B21钢的力学性能。

附图说明

图1为实施例中的10B21的精炼渣成分在1600℃下CaO-SiO₂-Al₂O₃三元相图中的分布情况；

图2为对比例中的10B21的精炼渣成分在1600℃下CaO-SiO₂-Al₂O₃三元相图中的分布情况；

图3为实施例1生产的铸坯中的夹杂物的Mapping图；

图4为实施例1生产的铸坯中的夹杂物的Mapping图；

图5为实施例1生产的铸坯中的夹杂物的Mapping图；

图6为对比例1生产的铸坯中的夹杂物的Mapping图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种10B21钢的冶炼方法，包括以下步骤：

(1)120t转炉冶炼：

转炉操作确保出钢到LF的成分在以下范围内：C：0.13％、Mn：0.80％、Cr：0.12％、P：0.013％。

(2)LF精炼，精炼终渣的成分及属性如表1中的实施例1所示：

LF精炼调渣：加石灰300kg、化渣剂200kg；

LF脱氧操作：在送电、精炼过程中，加入Al粒80kg，白渣保持时间20min；

成分调整：精炼前、中期按照内控成分进行调整，精炼白渣后加钛铁，软吹前3min根据残余B含量调整至目标值；成分调整禁止使用含硅材料；

喂丝处理：钙线密度为200g/m，软吹前喂70米纯钙线；

软吹：软吹时间15min，氩气流量为260L/min。

(3)小方坯连铸：

铸坯断面180mm*180mm，拉速1.4m/min，结晶器电磁搅拌电流300A，频率5Hz，凝固末端电磁搅拌电流150A，频率12Hz。

实施例2

一种10B21钢的冶炼方法，包括以下步骤：

(1)120t转炉冶炼：

转炉操作确保出钢到LF的成分在以下范围内：C：0.14％、Mn：0.82％、Cr：0.13％、P：0.012％。

(2)LF精炼，精炼终渣的成分及属性如表1中的实施例2所示：

LF精炼调渣：加石灰350kg、化渣剂250kg；

LF脱氧操作：在送电、精炼过程中，加入Al粒60kg，白渣保持时间22min；

喂丝处理：钙线密度为200g/m，软吹前喂50米纯钙线；

软吹：软吹时间18min，氩气流量为280L/min。

(3)小方坯连铸：

铸坯断面180mm*180mm，拉速1.45m/min，结晶器电磁搅拌电流290A，频率5Hz，凝固末端电磁搅拌电流160A，频率12Hz。

实施例3

一种10B21钢的冶炼方法，包括以下步骤：

(1)120t转炉冶炼：

转炉操作确保出钢到LF的成分在以下范围内：C：0.13％、Mn：0.76％、Cr：0.11％、P:0.012％。

(2)LF精炼，精炼终渣的成分及属性如表1中的实施例3所示：

LF精炼调渣：加石灰400kg、化渣剂300kg；

LF脱氧操作：在送电、精炼过程中，加入Al粒100kg，白渣保持时间20min；

喂丝处理：钙线密度为200g/m，软吹前喂30米纯钙线；

软吹：软吹时间20min，氩气流量为250L/min。

(3)小方坯连铸：

铸坯断面180mm*180mm，拉速1.5m/min，结晶器电磁搅拌电流280A，频率5Hz，凝固末端电磁搅拌电流170A，频率12Hz。

表1各实施例中精炼终渣的主要成分及重量百分比

	CaO	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	MnO	FeO	碱度	MI	粘度/Pa·S	CaO溶解度/％
											实施例1	52.114	6.4948	24.916	5.489	0.1566	0.8579	8.0	0.322	0.068	98
实施例2	55.089	6.1139	23.028	6.182	0.231	0.7605	9.0	0.391	0.063	94
											实施例3	55.652	6.2852	23.173	5.941	0.1751	0.7734	8.9	0.382	0.064	92

其中MI为曼内斯曼指数，计算公式为：MI＝R/(％Al₂O₃)，曼内斯曼指数可以表示渣的流动性，曼内斯曼指数越大，流动性越差。

从表1中可以看出，实施例中的精炼终渣的碱度为8～10，曼内斯曼指数为0.3～0.4，粘度为0.06～0.07Pa·S，CaO溶解度为90％以上，且精炼渣的成分处于三元相图液相区，图1所示为实施例中的10B21的精炼渣成分在1600℃下CaO-SiO₂-Al₂O₃三元相图中的分布情况(MgO＝4％)。

对比例1

一种10B21钢的冶炼方法，包括以下步骤：

(1)120t转炉冶炼：

(2)LF精炼，精炼终渣的成分如表2中的对比例1所示：

LF精炼调渣：加石灰500kg、化渣剂300kg；

喂丝处理：钙线密度为200g/m，软吹前喂150米纯钙线；

软吹：软吹时间10min，氩气流量为260L/min。

(3)小方坯连铸：

铸坯断面180mm*180mm，拉速1.35m/min，结晶器电磁搅拌电流300A，频率5Hz，凝固末端电磁搅拌电流150A，频率12Hz。

对比例2

一种10B21钢的冶炼方法，包括以下步骤：

(1)120t转炉冶炼：

(2)LF精炼，精炼终渣的成分如表2中的对比例2所示：

LF精炼调渣：加石灰550kg、化渣剂320kg；

喂丝处理：钙线密度为200g/m，软吹前喂120米纯钙线；

软吹：软吹时间10min，氩气流量为280L/min。

(3)小方坯连铸：

对比例3

一种10B21钢的冶炼方法，包括以下步骤：

(1)120t转炉冶炼：

(2)LF精炼，精炼终渣的成分如表2中的对比例3所示：

LF精炼调渣：加石灰600kg、化渣剂350kg；

LF脱氧操作：在送电、精炼过程中，加入Al粒100kg，白渣保持时间22min；

喂丝处理：钙线密度为200g/m，软吹前喂100米纯钙线；

软吹：软吹时间10min，氩气流量为250L/min。

(3)小方坯连铸：

表2各对比例中精炼终渣的成分及重量百分比

	CaO	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	MnO	FeO	碱度	MI	粘度/Pa·S	CaO溶解度/％
											对比例1	61.6	3.05	22.9	4.11	0.088	0.36	20.20	0.882	0.057	55
对比例2	60.4	1.8	24	4.2	0.077	0.5	33.56	1.398	0.058	57
											对比例3	62	3.67	20.6	3.73	0.106	0.8	16.89	0.820	0.054	51

从表2中可以看出，对比例中的精炼终渣的碱度都稳定在15以上，但精炼渣的碱度过高会导致其吸收被改性后的夹杂物能力变差，大尺寸夹杂物很难穿过钢渣界面进入到渣层中；另外，碱度过高，其曼内斯曼指数偏高，不能保证精炼渣具有良好的流动性，对钢液的脱硫和脱磷产生不利影响，容易使夹杂物碰撞长大。CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO渣系的液相区间很大，但是对比例中的10B21的精炼渣成分却落在了非液相区，而且保持的相对稳定，导致在精炼过程中渣系流动性差，对钢液的覆盖性差，造成软吹过程中二次氧化现象严重，该渣系对软吹后生成的大尺寸夹杂物吸附能力很弱，对钢液的洁净度水平造成了很大危害，更为Ds类夹杂物的生成提供了温床。图2所示为对比例中的10B21的精炼渣成分在1600℃下CaO-SiO₂-Al₂O₃三元相图中的分布(MgO＝4％)。

由上表1、2的对比可以看出，实施例相对于对比例通过降低渣系中CaO含量，实施例中的精炼终渣的曼内斯曼指数较对比例有大幅降低，同时氧化钙含量溶解度由对比例中的50％～58％提高至90％以上，说明实施例中的精炼渣系中的CaO基本完全熔化，几乎已经处于饱和状态。由下图2可以看出，精炼渣的成分处于三元相图液相区

各实施例及对比例生产得到的铸坯经相同的工艺轧制后得到的10B21钢中的Ds类夹杂物的评级结果如表3所示。

表3各案例夹杂物评级结果

夹杂物类别

A细

A粗

B细

B粗

C细

C粗

D细

D粗

Ds

实施例1

0.5/0.5

0/0

0.5/0.5

0.5/0

0/0

0.5/0.5

0.5/0

0.5/0.5

实施例2

0.5/0.5

0/0

0/0.5

0/0

0.5/0.5

0.5/0

0/0

实施例3

0.5/0.5

0/0

0/0.5

0/0

1.0/1.0

0.5/0.5

0/0

对比例1

0.5/0.5

0/0

0/0.5

0/0

1.0/1.0

0.5/0.5

2.0/1.5

对比例2

0.5/0.5

0/0

1.0/0.5

0.5/0.5

0/0

1.0/0.5

0.5/0.5

1.0/1.5

对比例3

0.5/0.5

0/0

0.5/0.5

1.0/0

0/0.5

0/0

1.0/1.0

0.5/1.0

1.5/2.0

由表3可以看出，经过渣系优化与工艺调整，实施例中的Ds类夹杂物评级等级较对比例中的渣系评级等级有所降低。

实施例1-3及对比例1中生产得到的铸坯中的夹杂物形貌如图3～6所示。从图中可以看出对比例生产得到的铸坯中夹杂物有TiN，TiN是一种具有规则外形的硬而脆的夹杂物，会严重影响钢的疲劳寿命，夹杂物尺寸为80微米左右；而实施例夹杂物未有TiN组分，且夹杂物尺寸在5～30微米之间，夹杂物尺寸较小。

实施例1-3及对比例1中生产得到的铸坯的初检合格率如表4所示。

表4初检合格率

各实施例和对比例生产得到的铸锭的屈服强度和抗拉强度测试结果如表5所示。

表5屈服强度和抗拉强度测试结果

注：表5中为一个试样平行测试两次的测试结果。

由上表可知，实施例1-3得到的铸锭的屈服强度和抗拉强度均优于对比例1-3。

上述参照实施例对一种10B21钢精炼渣系及10B21钢的冶炼方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种10B21钢精炼渣系，其特征在于，所述10B21钢精炼渣系中CaO、Al₂O₃、SiO₂、MgO的含量分别为：CaO 52～60％、Al₂O₃ 20～35％、SiO₂ 3～7％、MgO 4～8％。

2.根据权利要求1所述的10B21钢精炼渣系，其特征在于，所述10B21钢精炼渣系的碱度为8～10，曼内斯曼指数为0.3～0.4，粘度为0.06～0.07Pa·S，CaO溶解度为90％以上。

3.一种10B21钢的冶炼方法，其特征在于，所述冶炼方法包括以下步骤：转炉冶炼→LF精炼→小方坯连铸；

4.根据权利要求3所述的10B21钢的冶炼方法，其特征在于，石灰的加入量为2.5～3.5kg/t钢；化渣剂的加入量为1.5～2.5kg/t钢；铝粒的加入量为0.5～0.85kg/t钢。

5.根据权利要求3所述的冶炼10B21钢的方法，其特征在于，软吹时氩气流量为250～300L/min。

6.根据权利要求3所述的10B21钢的冶炼方法，其特征在于，钙线密度为200g/m，软吹前按照0.4～0.85米纯钙线/t钢进行喂钙线。

7.根据权利要求3所述的10B21钢的冶炼方法，其特征在于，所述转炉冶炼步骤中，冶炼后的钢成分在以下范围内：C 0.12～0.16％、Mn 0.75～0.85％、Cr0.10-0.15％、P≤0.015％。

8.根据权利要求3所述的10B21钢的冶炼方法，其特征在于，所述小方坯连铸步骤中，连铸拉速1.4～1.5m/min。

9.根据权利要求3所述的10B21钢的冶炼方法，其特征在于，所述小方坯连铸步骤中，结晶器电磁搅拌电流280～300A，频率5Hz，凝固末端电磁搅拌电流150～170A，频率12Hz。

10.根据权利要求3所述的10B21钢的冶炼方法，其特征在于，所述小方坯连铸步骤中，铸坯断面180mm*180mm。