CN116254417A - 一种基于渣钢自反应均匀化稀土处理钢的方法 - Google Patents

一种基于渣钢自反应均匀化稀土处理钢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及冶金技术领域，具体为一种基于渣钢自反应均匀化稀土处理钢的方法，包括在真空电渣重熔过程中，真空高温下，钢中的溶解C能与渣中La2O3发生渣钢自还原反应使得稀土元素进入钢液。通过调控熔渣成分、自耗电极中的C含量以及真空压力可以有效控制电渣锭中稀土La含量。同时，由于熔渣中La2O3和钢中溶解C都是均匀分布的，该方法得到的溶解La也是均匀分布的，且通过还原La2O3得到的稀土含量占比较低，对渣成分的影响不大，所以可以连续、稳定且均匀地实现钢的稀土处理。

Description

一种基于渣钢自反应均匀化稀土处理钢的方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种基于渣钢自反应均匀化稀土处理钢的方法。
背景技术
中高碳合金钢广泛应用于机械制造领域。但随着对高性能钢材需求的增加，对钢的洁净度提出了更严格的要求。非金属夹杂物不利于钢材的质量与性能，使用电渣重熔技术在去除夹杂物尤其是去除大尺寸夹杂物方面具有优势，相较于传统冶炼方法更具适应性与灵活性。适量稀土元素在钢中能起到净化钢液、改性夹杂与微合金化的作用。稀土元素在炼钢过程中可以对钢液进行深度脱氧脱硫从而净化钢液，稀土也能与P、As等有害元素反应，减少有害元素在晶界的偏聚，减轻有害元素对钢性能的影响。多数情况下夹杂物的膨胀系数与钢基体存在差异，在加工过程中容易导致应力集中，从而形成微裂纹，由于稀土与O、S的强结合能力，稀土可将钢中的氧、硫夹杂物变质为稀土夹杂物，稀土夹杂物与钢的热膨胀系数近似，可以避免应力集中。稀土元素主要以稀土夹杂的形式存在于钢中，剩下的固溶稀土偏聚于晶界，能有效减少有害元素在晶界的偏聚。然而，相比长流程炼钢工艺而言，电渣重熔工艺没有耐火材料的干扰，通过电渣重熔制备稀土钢被认为是比较好的方法。目前电渣重熔制备稀土钢主要通过向渣中外加还原剂来实现，但是由于渣池中心是自耗电极，还原剂难以在渣池中均匀分布，从而导致电渣锭中稀土含量中间低、边缘高，稀土处理不均匀。
因此迫切需求一种电渣重熔制备均匀化稀土处理钢的方式，使产品达到高性能钢材的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于渣钢自反应均匀化稀土处理钢的方法，从热力学的角度考虑，合理利用熔渣成分、钢材碳含量以及真空控制成品钢中的稀土La含量，提出利用渣钢自反应还原渣中稀土氧化物作为稀土来源来进行稀土处理。
为实现上述目的，本发明的一方面提供了一种基于渣钢自反应均匀化稀土处理钢的方法，以特定钢材为自耗电极，使用选定熔渣在真空电渣炉进行真空电渣重熔。
优选地，所述真空电渣炉的极限真空≤0.1kPa。
优选地，所述自耗电极成分的质量百分比如下：C 0.40～1.00％，Si 0.15～0.35％，Cr1.40～1.65％，Mn 0.25～0.45％，P≤0.03％，Mo≤0.10％，Ni≤0.20％，S≤0.02％，O≤0.002％。
优选地，所述选定熔渣成分的质量百分比如下：CaF2 30～40％，CaO 30～40％，(Al2O3+La2O3)20～40％。
优选地，真空电渣重熔过程中使用的真空压力范围为：1.5～5kPa。
优选地，所述真空电渣炉使用的结晶器的直径为200～500mm，重熔电流为3×103～8×103A，重熔电压为44～61V。
优选地，经过真空电渣重熔后的钢的La含量为：0.001～0.025％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的实施方式提供的基于渣钢自反应均匀化稀土处理钢的方法在真空电渣重熔过程中，真空高温下钢中的溶解C能与渣中La2O3发生渣钢自还原反应使得稀土元素进入钢液。通过调控熔渣成分、自耗电极中的C含量以及真空压力可以有效控制电渣锭中稀土La含量。同时，由于熔渣中La2O3和钢中溶解C都是均匀分布的，该方法得到的溶解La也是均匀分布的，且通过还原La2O3得到的稀土含量占比较低，对渣成分的影响不大，所以可以连续、稳定且均匀地实现钢的稀土处理。
附图说明
图1为本发明的实施方式提供的基于渣钢自反应均匀化稀土处理钢的方法的技术路线图。
图2为本发明的实施方式提供的实施例5与对比例1的夹杂物统计结果；
图3为本发明的实施方式提供的实施例5中的稀土夹杂物。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的提供了一种基于渣钢自反应均匀化稀土处理钢的方法，该方法包括：以特定钢材为自耗电极，使用选定熔渣在真空电渣炉进行真空电渣重熔。
所述自耗电极成分的质量百分比如下：C 0.40～1.00％，Si 0.15～0.35％，Cr1.40～1.65％，Mn 0.25～0.45％，P≤0.03％，Mo≤0.10％，Ni≤0.20％，S≤0.02％，O≤0.002％。
所述选定熔渣成分的质量百分比如下：CaF2 30～40％，CaO 30～40％，(Al2O3+La2O3)20～40％。
本发明中，所用真空电渣重熔过程中使用的真空压力范围为：1.5～5kPa。熔炼方式采用本领域熟知的真空电渣重熔工艺，所述真空电渣重熔使用的结晶器的直径为200～500mm，重熔电流为3×103～8×103A，重熔电压为44～61V。
本发明中，在进行真空电渣重熔时钢中的溶解C能与渣中La2O3发生渣钢自还原反应使得稀土元素进入钢液。所述渣成分质量百分比为CaF2 30～40％，CaO 30～40％，(Al2O3+La2O3)20～40％，C含量质量百分比范围为0.40～1.00％，真空压力范围为1.5～5kPa。本发明可以通过调控熔渣成分、自耗电极中的C含量以及真空压力，将条件范围控制在上述范围内，通过钢中的溶解C能与渣中La2O3发生渣钢自还原反应使得稀土La进入钢液，起到净化钢液、改性夹杂与微合金化的作用。
下面将结合部分实施例，对本发明进行更为细致的描述。由于使用的仅为部分实施例，所以本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下基于本发明的实施例获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
使用自耗电极和选定熔渣进行真空电渣重熔，得到稀土处理钢；其中，自耗电极成分的质量百分比如下：C 1.00％，Si 0.24％，Cr 1.42％，Mn 0.31％，P 0.013％，Mo0.01％，Ni 0.02％，S 0.003％，O 0.0017％和余量的Fe；熔渣成分的质量百分比如下：CaF230％，CaO 30％，La2O3 20％，Al2O3 20％；使用的真空压力为5kPa；
本实施例在真空电渣重熔炉下进行，无需其他的添加剂，自耗电极进行重熔后脱锭，得到稀土处理钢T1。
实施例2
本实施例将实施例1中的熔渣成分质量百分比替换如下：CaF2 35％，CaO 30％，La2O315％，Al2O3 20％；其余技术特征与实施例1相同，得到稀土处理钢T2。
实施例3
本实施例将实施例1中的熔渣成分质量百分比替换如下：CaF2 40％，CaO 30％，La2O310％，Al2O3 20％；其余技术特征与实施例1相同，得到稀土处理钢T3。
实施例4
本实施例将实施例1中的熔渣成分质量百分比替换如下：CaF2 35％，CaO 35％，La2O310％，Al2O3 20％；其余技术特征与实施例1相同，得到稀土处理钢T4。
实施例5
本实施例将实施例1中的熔渣成分质量百分比替换如下：CaF2 30％，CaO 30％，La2O310％，Al2O3 30％；其余技术特征与实施例1相同，得到稀土处理钢T5。
实施例6
本实施例将实施例1中的自耗电极的C含量替换为0.80％；其余技术特征与实施例1相同，得到稀土处理钢T6。
实施例7
本实施例将实施例1中的自耗电极的C含量替换为0.60％；其余技术特征与实施例1相同，得到稀土处理钢T7。
实施例8
本实施例将实施例1中的自耗电极的C含量替换为0.40％；其余技术特征与实施例1相同，得到稀土处理钢T8。
实施例9
本实施例将实施例5中的真空压力替换为2kPa；其余技术特征与实施例5相同，得到稀土处理钢T9。
实施例10
本实施例将实施例5中的真空压力替换为1.5kPa；其余技术特征与实施例5相同，得到稀土处理钢T10。
对比例1
对比例5的电渣重熔在氩气的保护气氛下进行，其余技术特征与实施例5相同，得到稀土处理钢C1。
本发明技术路线如图1所示。将实施例1～10和对比例1得到的稀土处理钢按照相同位置取样进行La、O和S成分含量的检测，并对实施例1与对比例1的样品进行SEM观察分析与夹杂物统计，成分检测结果如下表1所示，实施例5与对比例1的夹杂物统计结果如图2所示，实施例5中的稀土夹杂物如图3所示。
表1实施例1～10和对比例1得到的稀土处理钢样品的La、O和S成分检测结果(质量百分数，％)
La O S
T1 0.0072 0.0012 0.0014
T2 0.0052 0.0010 0.0013
T3 0.0031 0.0010 0.0015
T4 0.0039 0.0009 0.0016
T5 0.0021 0.0011 0.0015
T6 0.0046 0.0010 0.0014
T7 0.0033 0.0011 0.0015
T8 0.0011 0.0014 0.0018
T9 0.0128 0.0010 0.0012
T10 0.0221 0.0008 0.0011
C1 - 0.0024 0.0018
由表1的检测结果可以得知，实施例1～10通过真空下渣钢自反应能得到较为理想的稀土La含量，同时实施例1～10的O和S含量也略微降低，结果表明采用本发明的渣钢自反应均匀化稀土处理能得到较为理想的稀土La含量，并能有效净化钢液，提升钢材性能。
从图2可以看出，经过真空下渣钢自反应均匀化稀土处理后，夹杂物的最大尺寸和平均尺寸以及大型夹杂物的比例均有降低。
图3表明实施例5渣钢自反应过程中有一定量溶解La与钢液中的溶解氧反应产生稀土氧化物。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于渣钢自反应均匀化稀土处理钢的方法，其特征在于，以特定钢材为自耗电极，使用选定熔渣在真空电渣炉进行真空电渣重熔。
2.如权力要求1所述的方法，其特征在于，所述真空电渣炉的极限真空≤0.1kPa。
3.如权力要求1所述的方法，其特征在于，所述自耗电极成分的质量百分比如下：C0.40～1.00％，Si 0.15～0.35％，Cr 1.40～1.65％，Mn 0.25～0.45％，P≤0.03％，Mo≤0.10％，Ni≤0.20％，S≤0.02％，O≤0.002％。
4.如权力要求1所述的方法，其特征在于，所述选定熔渣成分的质量百分比如下：CaF230～40％，CaO 30～40％，(Al2O3+La2O3)20～40％。
5.如权力要求1所述的方法，其特征在于，真空电渣重熔过程中使用的真空压力范围为：1.5～5kPa。
6.如权力要求1所述的方法，其特征在于，所述真空电渣炉使用的结晶器的直径为200～500mm，重熔电流为3×103～8×103A，重熔电压为44～61V。
7.如权力要求1所述的方法，其特征在于，经过真空电渣重熔后的钢的La含量为：0.001～0.025％。
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