CN1195091C - 一种含钡洁净钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合金钢领域，特别涉及含钡的合金钢。本发明所述的含钡洁净钢的化学成分(wt%)为：C 0.35-0.90%，Si 0.15-2.0%，Mn 0.25-2.0%，Ba 0.0001-0.04%，S≤0.035%，P≤0.035%，Cr≤3.0%，Ni 0.15-0.25%，Cu0.15-0.5%，O≤0.0013%，余为Fe.本发明含钡洁净钢的生产是在常规的电炉、转炉或其它非真空熔炼炉中熔炉后，在精炼装置中进行精炼，在精炼后期进行钡合金化。在加入钡合金元素之前，加入脱氧剂铝或硅铝，进行预脱氧，脱氧后进行吹氩气搅拌，然后加入钡合金元素；合金元素钡以BaSi、BaCaSi、BaSiAl中任一种合金形式加入；其加入量按该含钡洁净钢的化学成分的配比进行计算；钡合金的加入方式以包芯线或合金块加入。
Description
技术领域
本发明属于合金钢领域，特别涉及含钡的合金钢及生产工艺。
背景技术
随着现代工业的发展，对钢铁材料的性能、洁净度和钢中夹杂物的组成、形态、尺寸和分布提出了更高的要求。对于一些特定的钢种，如轴承钢、弹簧钢和管线钢，不仅要求钢中氧含量低，而且要求严格控制钢中Al2O3夹杂，同时低Al2O3夹杂也是实现连铸低过热度浇铸的关键。而目前脱氧工艺主要有铝脱氧和非铝脱氧两种方法，其中前者主要是利用铝与氧结合能力强的特点，先用铝将钢中全氧的90％以上生成Al2O3夹杂，然后再采用搅拌、渣洗等方法将Al2O3排除；后者仅用硅锰等粗脱氧，并严格控制钢中的铝和钙含量，以控制钢中析出夹杂物的组成、形态和分布。从这两种方法比较而言，前者可结合真空、渣洗和搅拌等措施将钢中的氧含量降到较低的水平，但钢中残余夹杂主要是以Al2O3为主(占60％以上)，而后者可将钢中残余夹杂中的Al2O3比例降到较低的水平(占40％以下)，但钢中总氧含量水平较高(见《特殊钢》第22卷第六期，《特殊钢》第24卷第一期和《钢铁研究学报》第十五卷第二期)。
日本昭57-23047提供了一种含钡的管线钢，这是一种含碳量0.3％的防止致氢裂纹的高级管线用钢，该钢由于含碳量较低，钢的度较差，使钡的强韧性作用未能充分发挥。
发明内容
本发明的目的在于在克服上述现有技术所存在的缺陷的基础上，提供一种既能提高钢的净化效果，又能显著提高钢的韧性，且成低的含钡洁净钢。
针对上述目的，本发明含钡洁净钢的化学成分(重量％)为：C 0.35-0.90％，Si 0.15-2.0％，Mn 0.25-2.0％，Ba 0.0001-0.04％，S≤0.035％，P≤0.035％，Cr≤3.0％，Ni 0.15-0.25％，Cu 0.15-0.5％，O≤0.0013％，余为Fe。
本发明是利用钡具有比铝强的脱氧能力；比钙、镁大的密度，高的沸点，低的蒸汽压的特点，将其加入钢中调节夹杂物密度 熔点，改善钢液对夹杂物的粘附性浸润性及金属接触表面能，从而使夹杂物易于排出；钡是表面活性元素(钡与铁液间的界面张力为1626MJ/m2，比铝高约一倍)偏聚于晶界及相界，能改变钢中碳化物及非金属夹杂的属性、形貌、数量、尺寸及分布，强化晶界，从而提高钢的强韧性。钡还能与Al2O3或SiO2等夹杂形成复合夹杂的特点，改变夹杂物的属性。
具体地说，采用钡合金化可达到以下目的：①改变钢中碳化物及非金属夹杂物的属性、形貌、数量、尺寸及分布，强化晶界或起到微合金化作用，提高材料的性能；②降低钢中的气体和夹杂含量；③使Al2O3为基的脆性氧化物夹杂变性为细小、均匀的塑性球形夹杂，使氧化物夹杂中Al2O3的比例小于40％，钢中夹杂物污染程度显著降低；④使轴承钢和弹簧钢等钢种的疲劳寿命比相同氧含量的铝处理钢提高20％以上；⑤降低钢中Al2O3夹杂和铝量，有利于消除连铸水口结瘤。
本发明含钡洁净钢的生产方法：
本发明含钡洁净钢的生产是在常规的电炉、转炉或其它非真空熔炼炉中熔炉后，在精炼装置中进行精炼，在精炼后期进行钡合金化。在加入钡合金元素之前，加入脱氧剂铝或硅铝，进行预脱氧，脱氧后进行吹氩气搅拌，然后加入钡合金元素；合金元素钡以BaSi、BaCaSi、BaSiAl中任一种合金形式加入；其加入量按该含钡洁净钢的化学成分(重量％)的配比进行计算；钡合金的加入方式以包芯线或合金块加入。
考虑到钡氧化性强和在钢液中的溶解度小，以及铝对氧亲和力较强的特点，加入铝可将钢中的溶解氧的99％以上转变为Al2O3，通过吹氩搅拌，将凝聚的珊瑚状的大型Al2O3从钢液上浮排除；根据预脱氧后钢液中生成Al2O3和SiO2量，加入不同种类的钡合金(包括硅钡、硅钙钡、硅铝钡和硅钙铝钡)，促使形成低熔点的大颗粒含钡复合夹杂。利用该类夹杂与钢液的比表面张力差别较大，极易上浮排除的特点消除Al2O3夹杂的危害，并进一步降低氧含量。同时对难以靠上浮排除的小型Al2O3夹杂物进行变性、聚集处理，形成大颗粒的液态而上浮排出。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)通过钡微合金化，可以细化晶粒，强化晶界，从而显著提高钢的韧性。
(2)通过钡的深度脱氧和夹杂物变性，可显著提高钢洁净度，优化夹杂分布。
(3)在铝脱氧基础上，通过非真空下的钡合金化处理使钢中氧含量进一步降低，达到与真空处理钢相同的氧含量效果，但与相同条件的真空处理钢相比，可节省了真空处理费用，即降低成本。
(4)能提高材料的疲劳寿命，如采用本发明生产的氧含量为8ppm的轴承钢的疲劳寿命比相同氧含量的只经铝处理的同一钢种提高63.5％。
具体实施方式：
实施例
根据本发明所述的含钡洁净钢及其生产方法在试验电炉和精炼炉上熔炼了3炉钢，先在电炉上进行初炼，出钢前测定其化学成分，出钢后在钢包中加入常规精炼渣和加入预脱氧剂铝或硅铝合金，然后将盛有钢水的钢包进入精炼炉中进行精炼，待调整化学成分后采用包芯线喂入法或合金块法加入钡合金，钢水温度合适再出钢，浇注成铸坯并轧成材，然后取样测定化学成分，并经相应的热处理后测定力学性能。三炉钢的化学成分如表1所示，预脱氧剂和钡合金及其加入量如表2所示，精炼渣组成和钡合金加入方式也列入表2中，表3为钢材的力学性能和夹杂物检测结果。
表1 实施例含钡洁净钢化学成分(重量％)
| 序号 | 钢种 | C | Si | Mn | Cr | P | S | Ni | Cu | Ba* | T.[O] | Fe |
| 1 | 60Si2Mn | 0.60 | 1.80 | 0.80 | 0.25 | 0.015 | 0.010 | 0.25 | 0.15 | 0.010 | 0.0009 | 余 |
| 2 | U71Mn | 0.68 | 0.25 | 1.30 | / | 0.018 | 0.010 | 0.15 | 0.15 | 0.020 | 0.0013 | 余 |
| 3 | SWRH82B | 0.82 | 0.20 | 0.8 | / | 0.015 | 0.010 | 0.15 | 0.20 | 0.015 | 0.0012 | 余 |
表2 实施例脱氧剂和钡合金加入量、精炼渣的组成
| 序号 | 钢种 | 出钢碳 | 预脱氧剂及量 | 钡合金 | 加入钡量 | 精炼渣主要组成 | 备注 |
| 1 | 60Si2Mn | 0.40％ | SiAl1.2Kgt | BaCaSi | 0.10Kg/t | CaO 52％；SiO2 17％；Al2O3 7％；CaF2 8％ | 白渣喂入 |
| 2 | U71Mn | 0.45％ | SiAl1.4Kg/t | BaSi | 0.2Kg/t | CaO 54％；SiO2 16％；Al2O3 9％；CaF2 7％ | 白渣喂入 |
| 3 | SWRH82B | 0.50％ | SiAl1.5Kg/t | BaCaSi | 0.15Kg/t | CaO 53％；SiO2 19％；Al2O311％；CaF2 6％ | 白渣喂入 |
表3钡合金化力学性能及夹杂物检验结果
| 序号 | 钢种 | 屈服强度Mpa | 抗拉强度Mpa | 延伸度，％ | 断面收缩，％ | B类夹杂 | C类夹杂 | D类夹杂 |
| 1 | 60Si2Mn | 1480/1520 | 1580/1650 | δ10：8/10 | 34/41 | / | / | / |
| 2 | U71Mn | / | 1030 | δ5：13 | / | 0.5×4，1.0×2 | 0.5×3，1.0×3 | 0.5×6 |
| 3 | SWRH82B | / | 1180 | δ5：10 | 42 | / | 0.5×5，1.0×1 | 0.5×6 |
Claims (3)
1.一种含钡洁净钢，其特征在于它的化学成分(重量％)为：C 0.35-0.90％，Si 0.15-2.0％，Mn 0.25-2.0％ Ba 0.0001-0.04％，S≤0.035％，P≤0.035％，Ni 0.15-0.25％，Cu 0.15-0.5％，O≤0.0013％，余为Fe。
2.根据权利要求1所述的含钡洁净钢，其特征在于化学成分中还含有Cr≤3.0％。
3.一种权利要求1所述的含钡洁净钢的生产方法：先在常规的电炉、转炉或其它非真空熔炼炉中熔炉后，在精炼装置中进行精炼，在精炼后期进行钡合金化，其特征在于：
(1)在加入钡合金元素之前，加入脱氧剂铝或硅铝，进行预脱氧，脱氧后进行吹氩气搅拌，然后加入钡合金元素；
(2)合金元素钡以BaSi、BaCaSi、BaSiAl中任一种合金形式加入；
(3)钡合金的加入方式以包芯线或合金块加入。
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