CN117660726B - 一种高强度工程机械用钢稀土处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度工程机械用钢稀土处理方法，涉及高强度工程机械用钢板技术领域，本发明通过在转炉出钢之前或出钢过程中将含稀土氧化物的合成渣加入钢包内，利用钢流的冲击作用使合成渣与钢液充分混合，并喂入铝线将渣中的稀土元素还原进入钢液，通过CaO‑Al2O3‑SiO2‑REO渣系与含Al钢液之间的渣金反应，使渣中的稀土还原进入钢液。CaO‑Al2O3‑SiO2‑REO渣系的设计具有良好的夹杂物溶解吸收能力和脱硫能力，最终，通过该稀土处理方法，高强度工程机械用钢中稀土含量达到0~0.0050%，钢材洁净度改善，性能明显提升。
Description
技术领域
本发明涉及高强度工程机械用钢板技术领域，尤其涉及一种高强度工程机械用钢稀土处理方法。
背景技术
传统认为，稀土在钢中的作用机制主要包括：净化钢液、变质夹杂和微合金化。发挥稀土独特的微合金化作用目前已成为国内外高品质钢种开发的重要手段，但不可否认的是，稀土钢的产业化应用至今仍面临严峻挑战。以往的稀土处理工艺通常采用直接在钢液中加入稀土金属或稀土合金。稀土金属在高温条件下具有强活泼性，极易与钢液中的氧、硫等杂质元素、炉渣中的SiO2等氧化性组元等发生反应，造成溶解态稀土含量的较大波动，影响稀土的微合金化效果，同时反应形成的大尺寸高熔点稀土夹杂物如不能有效去除，必然恶化产品性能，同时易导致水口结瘤。
专利CN201310669853.X公开了一种稀土处理的高强度工程机械用钢板及其制备方法，钢板中稀土的质量百分含量为0.0010~0.0060%，经过稀土处理改变夹杂物形态，细化组织晶粒，钢板的屈服强度大于500Mpa,-20℃时低温冲击韧性大于200J。专利CN201410061089.2公开了含稀土高强钢板及其生产工艺，通过稀土微合金化（Ce含量为：0.0005~0.0020％）成分设计，生产出屈服强度大于750Mpa，抗拉强度大于790MPa的高强度钢板,钢板具有良好的塑性和低温韧性。专利CN201910435594.1公开了一种提高稀土高强钢冲击韧性的工艺，包括如下步骤：KR脱硫扒渣→转炉冶炼→LF精炼→RH精炼及稀土处理→连铸→加热→轧制→加速冷却→热处理，提高690Mpa级别钢板的冲击韧性，韧脆转变温度下降10℃左右，该发明在RH真空处理加入稀土合金，钢板中稀土质量百分含量为0.0003~0.0005%。专利CN202010395805.6公开了一种含稀土的Q890CF高强钢板及其制造方法，在真空熔炼炉中利用废钢和合金制备出稀土质量百分比≤0.0040%的高强钢板，钢板具有良好的机械加工性能。上述说明在高强钢中添加稀土可以明显改善钢板的韧塑性，但多数采用直接在钢液中加入稀土的方式进行稀土处理，难以保证稀土在钢中的均匀分布和稀土作用效果的稳定发挥。
专利CN201110291215.X公开了一种含稀土La高强度钢板及其热处理工艺，钢板中稀土La的质量百分比达到了0.001~0.1%，屈服强度达到1100~1300MPa，延伸率7-15%，专利并未说明冶炼和稀土处理工艺，仅给出了热处理工艺。
随着装备制造业向规模大型化、运转高效化、装备轻量化等方向发展，对工程机械用钢铁材料的要求日趋苛刻。强度提升的同时，还要求钢板具有良好的韧塑性，对钢板的设计和工业化制造均提出了更大的挑战，稀土是钢铁材料中重要的合金添加剂，通过添加稀土元素，可以提升钢材的机械强度和韧塑性，如何将稀土稳定的加入到钢板中，利用其变质夹杂物的同时充分发挥其微合金化的作用，是制备性能稳定的含稀土高强度工程机械用钢的冶金难题。
发明内容
（一）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：
第一方面，本发明实施例提供一种高强度工程机械用钢稀土处理方法。
本发明实施例提出的一种高强度工程机械用钢稀土处理方法，所述方法包括：S100：铁水预处理、S200：转炉冶炼、S300：LF精炼、S400：RH真空精炼、S500：连铸、S600：热轧、S700：热处理；所述S200转炉冶炼包括：
S210：通过顶底复吹转炉对钢液进行脱碳、脱硅和脱磷，同时控制出钢温度范围为1600-1680℃；
S220：在转炉出钢前或转炉出钢过程中向钢包内加入含稀土氧化物的合成渣，同时向所述钢液内喂入铝，控制钢液中全氧的质量分数≤0.0050%。
可选地，所述合成渣成分包括：CaO，Al2O3，SiO2和REO；
按质量占比，CaO的含量为30~50%，Al2O3的含量为30~55%，SiO2的含量为0~5%，REO的含量为15~30%。
可选地，所述合成渣的加入量为1~5kg/吨钢。
可选地，所述铝为铝线。
可选地，出钢过程所喂入的所述铝线重量为1~6kg/吨钢。
可选地，转炉出钢钢流冲击合成渣与钢液，使合成渣与钢液混合。
（二）有益效果
本发明的有益效果是：本发明的一种高强度工程机械用钢稀土处理方法，本发明通过在转炉出钢之前或出钢过程中将含稀土氧化物的合成渣加入钢包内，利用钢流的冲击作用使合成渣与钢液充分混合，并喂入铝线将渣中的稀土元素还原进入钢液，通过CaO-Al2O3-SiO2-REO渣系与含Al钢液之间的渣金反应，使渣中的稀土还原进入钢液。CaO-Al2O3-SiO2-REO渣系的设计具有良好的夹杂物溶解吸收能力和脱硫能力，最终，通过该稀土处理方法，高强度工程机械用钢中稀土含量达到0~0.0050%，钢材洁净度改善，性能明显提升。
附图说明
图1为本发明的高强度工程机械用钢稀土处理方法的流程示意图；
图2为本发明的转炉冶炼的流程示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例1
请参阅图1和图2，本发明提出一种高强度工程机械用钢稀土处理方法，方法包括：
S100：铁水预处理：通过KR(Kambara Reactor)法或喷吹法对铁水进行预处理脱硫，进行脱硫预处理后的铁水进行扒渣，保证铁水中硫的质量分数≤0.0020%；
S200：转炉冶炼，其中，S200中转炉冶炼包括：
S210：通过顶底复吹转炉对钢液进行脱碳、脱硅和脱磷，同时控制出钢温度范围为1610℃；
S220：在转炉出钢前或转炉出钢过程中向钢包内加入含稀土氧化物的合成渣，同时向钢液内喂入铝，控制钢液中全氧的质量分数为0.0047%；
所述合成渣成分包括：CaO，Al2O3，SiO2和REO；
按质量占比，CaO的含量为41%，Al2O3的含量为38%，SiO2的含量为3%，REO的含量为18%；
合成渣的加入量为3kg/吨钢；
铝为铝线；
出钢过程所喂入的铝线重量为3kg/吨钢；
转炉出钢钢流冲击合成渣与钢液，使合成渣与钢液混合；
在转炉出钢之前或出钢过程中将含稀土氧化物的合成渣加入钢包内，在转炉出钢过程中利用钢流的冲击作用使合成渣与钢液充分混合，并喂入铝线将渣中的稀土还原进入钢液，其中，铝有两个作用，其一是脱除钢液中溶解的氧，铝脱氧后钢液中全氧的质量分数≤0.0050%；另外一个作用是作为还原剂将合成渣中的稀土还原进入钢液，还原率为10%~50%。
S300：LF（Ladle Furnace）精炼：通过电弧加热调控钢液温度至1560-1600℃，调控精炼渣碱度≥5，以实现深度脱硫，LF出站时钢液中硫的质量分数≤0.0010%，进行软吹氩静搅促进夹杂物上浮去除，以液面波动但不裸露钢液面为原则，静搅时间≥8min，按照钢种成分要求添加合金。
S400：RH真空精炼：RH真空精炼（即钢液真空循环脱气法，是德国德鲁尔钢铁公司（Ruhrstahl）和赫拉欧斯（Hereaeus）共同设计开发的一种钢液炉外精炼方法）：在RH精炼炉内高真空度（≤3.0mbar）保持时间≥25min进行真空精炼；RH结束后，进行软吹氩静搅，静搅时间≥15min；
S500：连铸：连铸长水口和浸入式水口实行严格的氩封，中间包钢液温度控制在1510-1560℃，拉速控制在0.70-1.00m/min；
连铸工序钢包浇注后剩余的终渣可用于制备含稀土合成渣，循环使用；
S600：热轧：控轧控冷要求将铸坯加热至1200~1240℃，采用两阶段控轧，第一阶段轧后待温至≤960℃进行第二阶段轧制，轧后空冷。两阶段累积压下率分别为≥60%和≥70%；
S700：热处理：热处理包括淬火和回火，淬火加热温度为860~950℃，回火加热温度为150~240℃。
通过渣金反应，高强度工程机械用钢中稀土含量达到0.0016%。
本发明的技术思想是通过渣金反应的方式进行高强度工程机械用钢的稀土处理。关于稀土在钢中赋存状态的控制，前人的研究工作集中于钢液内部的洁净度影响与控制，忽视了炉渣对钢液中溶解态稀土含量波动和稀土夹杂物去除的影响与控制。
本发明通过渣金反应的方式进行高强度工程机械用钢的稀土处理，在转炉出钢之前或出钢过程中将含稀土氧化物的合成渣加入钢包内，利用钢流的冲击作用使合成渣与钢液充分混合，并喂入铝线将渣中的稀土元素还原进入钢液。通过CaO-Al2O3-SiO2-REO渣系与含Al钢液之间的渣金反应，使渣中的稀土还原进入钢液。CaO-Al2O3-SiO2-REO渣系的设计具有良好的夹杂物溶解吸收能力和脱硫能力。最终，通过该稀土处理方法，高强度工程机械用钢中稀土含量达到0.0016%，钢材洁净度改善，性能明显提升。
经稀土处理后厚度为42mm钢板的力学性能见表1，与采用相同制备方法的得到不含稀土的对比例1相比，实施例1的抗拉强度和屈服强度基本相当，而断后延伸率提高10%以上，-40℃低温冲击韧性提高35%以上。
实施例2
请参阅图1和图2，本发明提出一种高强度工程机械用钢稀土处理方法，方法包括：
S100：铁水预处理：通过KR(Kambara Reactor)法或喷吹法对铁水进行预处理脱硫，进行脱硫预处理后的铁水进行扒渣，保证铁水中硫的质量分数≤0.0020%；
S200：转炉冶炼，其中，S200中转炉冶炼包括：
S210：通过顶底复吹转炉对钢液进行脱碳、脱硅和脱磷，同时控制出钢温度范围为1650℃；
S220：在转炉出钢前或转炉出钢过程中向钢包内加入含稀土氧化物的合成渣，同时向钢液内喂入铝，控制钢液中全氧的质量分数为0.0041%；
所述合成渣成分包括：CaO，Al2O3，SiO2和REO；
按质量占比，CaO的含量为46%，Al2O3的含量为30%，SiO2的含量为5%，REO的含量为19%；
合成渣的加入量为4kg/吨钢；
铝为铝线；
出钢过程所喂入的铝线重量为4.5kg/吨钢；
转炉出钢钢流冲击合成渣与钢液，使合成渣与钢液混合；
在转炉出钢之前或出钢过程中将含稀土氧化物的合成渣加入钢包内，在转炉出钢过程中利用钢流的冲击作用使合成渣与钢液充分混合，并喂入铝线将渣中的稀土还原进入钢液，其中，铝有两个作用，其一是脱除钢液中溶解的氧，铝脱氧后钢液中全氧的质量分数≤0.0050%；另外一个作用是作为还原剂将合成渣中的稀土还原进入钢液，还原率为10%~50%。
S300：LF（Ladle Furnace）精炼：通过电弧加热调控钢液温度至1560-1600℃，调控精炼渣碱度≥5，以实现深度脱硫，LF出站时钢液中硫的质量分数≤0.0010%，进行软吹氩静搅促进夹杂物上浮去除，以液面波动但不裸露钢液面为原则，静搅时间≥8min，按照钢种成分要求添加合金。
S400：RH真空精炼：RH真空精炼（即钢液真空循环脱气法，是德国德鲁尔钢铁公司（Ruhrstahl）和赫拉欧斯（Hereaeus）共同设计开发的一种钢液炉外精炼方法）：在RH精炼炉内高真空度（≤3.0mbar）保持时间≥25min进行真空精炼；RH结束后，进行软吹氩静搅，静搅时间≥15min；
S500：连铸：连铸长水口和浸入式水口实行严格的氩封，中间包钢液温度控制在1510-1560℃，拉速控制在0.70-1.00m/min；
连铸工序钢包浇注后剩余的终渣可用于制备含稀土合成渣，循环使用；
S600：热轧：控轧控冷要求将铸坯加热至1200~1240℃，采用两阶段控轧，第一阶段轧后待温至≤960℃进行第二阶段轧制，轧后空冷。两阶段累积压下率分别为≥60%和≥70%；
S700：热处理：热处理包括淬火和回火，淬火加热温度为860~950℃，回火加热温度为150~240℃。
通过渣金反应，高强度工程机械用钢中稀土含量达到0.0029%。
本发明的技术思想是通过渣金反应的方式进行高强度工程机械用钢的稀土处理。关于稀土在钢中赋存状态的控制，前人的研究工作集中于钢液内部的洁净度影响与控制，忽视了炉渣对钢液中溶解态稀土含量波动和稀土夹杂物去除的影响与控制。
本发明通过渣金反应的方式进行高强度工程机械用钢的稀土处理，在转炉出钢之前或出钢过程中将含稀土氧化物的合成渣加入钢包内，利用钢流的冲击作用使合成渣与钢液充分混合，并喂入铝线将渣中的稀土元素还原进入钢液。通过CaO-Al2O3-SiO2-REO渣系与含Al钢液之间的渣金反应，使渣中的稀土还原进入钢液。CaO-Al2O3-SiO2-REO渣系的设计具有良好的夹杂物溶解吸收能力和脱硫能力。最终，通过该稀土处理方法，高强度工程机械用钢中稀土含量达到0.0029%，钢材洁净度改善，性能明显提升。
经稀土处理后厚度为38mm钢板的力学性能见表1，与采用相同制备方法的得到不含稀土的对比例2相比，实施例2的抗拉强度和屈服强度基本相当，而断后延伸率提高10%以上，-40℃低温冲击韧性提高35%以上。
实施例3
请参阅图1和图2，本发明提出一种高强度工程机械用钢稀土处理方法，方法包括：
S100：铁水预处理：通过KR(Kambara Reactor)法或喷吹法对铁水进行预处理脱硫，进行脱硫预处理后的铁水进行扒渣，保证铁水中硫的质量分数≤0.0020%；
S200：转炉冶炼，其中，S200中转炉冶炼包括：
S210：通过顶底复吹转炉对钢液进行脱碳、脱硅和脱磷，同时控制出钢温度范围为1670℃；
S220：在转炉出钢前或转炉出钢过程中向钢包内加入含稀土氧化物的合成渣，同时向钢液内喂入铝，控制钢液中全氧的质量分数为0.0037%；
所述合成渣成分包括：CaO，Al2O3，SiO2和REO；
按质量占比，CaO的含量为30%，Al2O3的含量为42%，SiO2的含量为4%，REO的含量为24%；
合成渣的加入量为5kg/吨钢；
铝为铝线；
出钢过程所喂入的铝线重量为6kg/吨钢；
转炉出钢钢流冲击合成渣与钢液，使合成渣与钢液混合；
在转炉出钢之前或出钢过程中将含稀土氧化物的合成渣加入钢包内，在转炉出钢过程中利用钢流的冲击作用使合成渣与钢液充分混合，并喂入铝线将渣中的稀土还原进入钢液，其中，铝有两个作用，其一是脱除钢液中溶解的氧，铝脱氧后钢液中全氧的质量分数≤0.0050%；另外一个作用是作为还原剂将合成渣中的稀土还原进入钢液，还原率为10%~50%。
S300：LF（Ladle Furnace）精炼：通过电弧加热调控钢液温度至1560-1600℃，调控精炼渣碱度≥5，以实现深度脱硫，LF出站时钢液中硫的质量分数≤0.0010%，进行软吹氩静搅促进夹杂物上浮去除，以液面波动但不裸露钢液面为原则，静搅时间≥8min，按照钢种成分要求添加合金。
S400：RH真空精炼：RH真空精炼（即钢液真空循环脱气法，是德国德鲁尔钢铁公司（Ruhrstahl）和赫拉欧斯（Hereaeus）共同设计开发的一种钢液炉外精炼方法）：在RH精炼炉内高真空度（≤3.0mbar）保持时间≥25min进行真空精炼；RH结束后，进行软吹氩静搅，静搅时间≥15min；
S500：连铸：连铸长水口和浸入式水口实行严格的氩封，中间包钢液温度控制在1510-1560℃，拉速控制在0.70-1.00m/min；
连铸工序钢包浇注后剩余的终渣可用于制备含稀土合成渣，循环使用；
S600：热轧：控轧控冷要求将铸坯加热至1200~1240℃，采用两阶段控轧，第一阶段轧后待温至≤960℃进行第二阶段轧制，轧后空冷。两阶段累积压下率分别为≥60%和≥70%；
S700：热处理：热处理包括淬火和回火，淬火加热温度为860~950℃，回火加热温度为150~240℃。
通过渣金反应，高强度工程机械用钢中稀土含量达到0.0041%。
本发明的技术思想是通过渣金反应的方式进行高强度工程机械用钢的稀土处理。关于稀土在钢中赋存状态的控制，前人的研究工作集中于钢液内部的洁净度影响与控制，忽视了炉渣对钢液中溶解态稀土含量波动和稀土夹杂物去除的影响与控制。
本发明通过渣金反应的方式进行高强度工程机械用钢的稀土处理，在转炉出钢之前或出钢过程中将含稀土氧化物的合成渣加入钢包内，利用钢流的冲击作用使合成渣与钢液充分混合，并喂入铝线将渣中的稀土元素还原进入钢液。通过CaO-Al2O3-SiO2-REO渣系与含Al钢液之间的渣金反应，使渣中的稀土还原进入钢液。CaO-Al2O3-SiO2-REO渣系的设计具有良好的夹杂物溶解吸收能力和脱硫能力。最终，通过该稀土处理方法，高强度工程机械用钢中稀土含量达到0.0041%，钢材洁净度改善，性能明显提升。
经稀土处理后厚度为24mm钢板的力学性能见表1，与采用相同制备方法的得到不含稀土的对比例3相比，实施例3的抗拉强度和屈服强度基本相当，而断后延伸率提高10%以上，-40℃低温冲击韧性提高35%以上。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种高强度工程机械用钢稀土处理方法，所述方法包括：S100：铁水预处理、S200：转炉冶炼、S300：LF精炼、S400：RH真空精炼、S500：连铸、S600：热轧、S700：热处理；其特征在于，所述S200转炉冶炼包括：
在转炉出钢前或转炉出钢过程中向钢包内加入含稀土氧化物的合成渣，同时向钢液内喂入铝，控制所述钢液中全氧的质量分数≤0.0050%；
所述合成渣成分包括：CaO，Al2O3，SiO2和REO；
按质量占比，CaO的含量为30~50%，Al2O3的含量为30~55%，SiO2的含量为0~5%，REO的含量为15~30%。
2.如权利要求1所述的高强度工程机械用钢稀土处理方法，其特征在于：
所述合成渣的加入量为1~5kg/吨钢。
3.如权利要求1所述的高强度工程机械用钢稀土处理方法，其特征在于：
所述铝为铝线。
4.如权利要求3所述的高强度工程机械用钢稀土处理方法，其特征在于：
所述转炉出钢过程所喂入的所述铝线重量为1~6kg/吨钢。
5.如权利要求1所述的高强度工程机械用钢稀土处理方法，其特征在于：
所述转炉出钢钢流冲击所述合成渣与所述钢液，使所述合成渣与所述钢液混合。
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