CN1333097C

CN1333097C - 一种适用于含硼合金钢材料的中间合金及使用方法

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Publication number: CN1333097C
Application number: CNB2004101015903A
Authority: CN
Inventors: 仇圣桃; 干勇; 范顶军; 刘家琪; 彭世恒; 王明林; 张慧
Original assignee: Anhui Double Tripod Special Steel Co Ltd; Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Anhui Double Tripod Special Steel Co Ltd; Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: CN1648274A

Abstract

本发明属于生产含硼合金钢材料中一种铁基的中间材料制备领域。主要适用于精炼含硼合金钢或低硼微合金化钢用中间合金，特别是薄板坯连铸连轧生产线用冷轧含硼软钢材料。该中间合金成分为：Al 30～50%；Mn 20～35%；B 2～4%；P≤0.1%；S≤0.1%；C≤1.0%；余量为Fe。采用本发明所设计的铝锰硼铁中间合金钢与现有技术相比较，具有该中间合金的成分设计合理，而且能控制炼钢过程中的母合金成分进行微合金化与均匀性的调整，降低含硼合金钢材料中硼及其他元素的烧损，较传统加入方法的硼收得率高且稳定等特点。

Description

一种适用于含硼合金钢材料的中间合金及使用方法

所属领域

本发明属于生产含硼合金钢材料中的一种中间合金的制备领域。主要适用于含硼合金钢或低硼微合金化钢材的精炼过程，特别是薄板坯连铸连轧生产线用冷轧含硼软钢材料。

技术背景

众所周知，硼在化学元素周期表中位于第二周期，属于第IIIA族元素。从冶金材料学中我们已经知道，硼与氧、氮是有很强的亲和力，并能与硫、碳进行化合，其熔点较高约在2000℃～2600℃，在冶金熔炼的过程中仍保持具有较高的化学活性。在冶金行业的现有技术中，硼作用于炼钢过程中能有效地脱氧、脱氮，从理论上看硼有改变钢中由氧、氮所造成的时效倾向，还有是当加入了微量的硼元素后可明显提高钢的淬透性，并且也提高零部件截面性能的均匀性。另外硼还可以改善结构钢的断裂韧性(K_Ic)，并能改变晶界组织与状态，使蠕变性能有所提高。但是我国目前对硼钢材料的研究速度仍发展的很缓慢，其主要是表现在以下三个方面，(1)在硼铁合金微合金化的过程中，硼元素的烧损严重，收得率较低；(2)硼元素在冶金熔器中的严重不均匀性(冶金熔炼中的成分偏析)；(3)硼元素在冶金材料中的作用及作用机理研究不够深入。因此，我国在硼合金钢材料的应用领域与国际先进水平的企业存在有较大的差距。

发明内容

本发明的目的是提出一种成分设计合理，并能控制炼钢过程中的成分微合金化与均匀性的调整，降低含硼合金钢材料中硼元素烧损的铝锰硼铁中间合金。

根据本发明目的所提出适用于含硼元素钢的中间合金，其特征在于该中间合金的具体化学成分重量％为：Al 30～50％；Mn 20～35％；B2～4％；P≤0.1％；S≤0.1％；C≤1.0％；余量为Fe和尽可能少的杂质。本发明中间合金的其他特征还有Al30～50％；Mn20～35％；B2～4％；Si1.3-2.0％；P≤0.1％；S≤0.1％；C≤1.0％；余量为Fe和尽可能少的杂质。另外还在于该中间合金成分中Al 39～45％；Mn23～33％；B2.5～3.2％，余量为Fe和尽可能少的杂质。

本发明的目的是为了解决炼钢阶段中的，对微量硼元素在合金化过程硼含量的收得率及合金钢成分的均匀化问题，降低或避免微合金化过程硼的烧损和保证其有益作用。也同时解决了硼元素的微合金化过程中操作简单化的问题。

根据本发明目的所提出的铝锰硼铁中间合金钢，我们是采用该中间合金作为固定最终含硼合金软钢中各元素效果的保证措施之一。由于硼在炼钢过程中具有较强地脱氧、脱氮的作用，因此由本发明所提出的含硼中间合金是在炼钢阶段期被加入，这样不但能改变含硼软钢中由于过量的氧、氮所造成母材时效倾向，而且还能提高结构钢零部件截面性能的均匀性，同时也能够满足设计者对含硼合金钢最终的产品成分设计要求。采用中间B合金作为调整所冶炼钢的性能，其目的在于利用微量的硼等元素是可以改善结构钢的断裂韧性(K_Ic)，同时也改变了钢中的晶界组织与状态，还使该结构钢的蠕变性能有所提高。

由本发明所提出的铝锰硼铁中间合金的成分设计理由及主要特征有以下几点：(1)在该中间合金成分中同时含有铝、硼、锰等元素，其目的在于更方便了合金化过程中的操作，同时也解决了在传统工艺中当硼在合金化时，则需要采用先加铝、钛等元素的方法来进行脱氧固氮的工艺程序。同时也降低了以采用硼铁作为调整合金的微合金化过程硼元素的烧损，提高了硼元素的收得率，达到80％以上，因此在本发明合金成分中Al含量定为30～50％范围内。2)我们在设计本发明铝锰硼铁复合中间合金的化学成分基础上，同时也考虑了中间合金的比重、熔点及易碎性等多重因素。在成分基础元素硼、铝、铁的基础上，还配入了适量的锰元素，其目的在于增加了合金进入钢液中的可靠性；减少了硼元素烧损及冶炼熔渣带走的损耗，因此本发明合金成分中锰含量定为20～35％范围内。3)由于在本发明合金成分中硼含量设定在2～4％范围内，并与上述的铝、锰和余量的铁进行合理的组合后，可有效的提高硼在相应体积中的均匀性，当还用在薄板坯的连铸连轧生产冷轧基料的性能得到理想的改善，例如典型的性能参数屈服强度可达200Mpa左右。

由本发明所提出的铝锰硼铁中间合金钢的使用方法是，首先对母合金材料进行常规的冶练，其特征在于当母合金钢熔液在炼钢的精炼期加入设计者要求量的铝锰硼铁中间合金。本发明中间合金使用方法的其他特征还有母合金钢熔液在炼钢精炼后期的出站前1～10分钟段加入铝锰硼铁的中间合金。以上所述的母合金材料包括普碳钢、低合金钢或合金钢中的任意一种结构件用钢材。

采用本发明所设计的铝锰硼铁中间合金钢与现有技术相比较，具有该中间合金的成分设计合理，而且能控制炼钢过程中的母合金成分进行微合金化与均匀性的调整，降低含硼合金钢材料中硼及其他元素的烧损等特点。另外在本发明中间合金与使用的方法中，首先是通过该中间合金中的Al、Mn、B、Fe等元素对母合金材料进行的微合金化调整，使含硼母合金软钢中硼的收得率约70％。其次在于成分中的硼与其他元素的收得率与稳定性，明显地高于现有技术的水平，这样不仅改善了结构钢的断裂韧性(K_Ic)，而且还改变了低硼软钢中的晶界组织与状态，和提高了该结构钢的蠕变性能等。

附图说明

在本发明说明书中的附图是本发明的铝锰硼铁中间合金钢与现有技术中对比钢的典型金相组织照片图，其中附图1为含B微合化钢产品晶粒度的晶粒尺寸为17.5μm；附图2为对比钢产品的晶粒度的晶粒尺寸为14.6μm。在附图中的金相照片均为×500倍显微镜下观察的晶粒度尺寸。

具体实施方式

采用本发明所提出的铝锰硼铁中间合金钢及其该钢的使用方法，我们共制备了2组的中间合金钢和8组的试验母合金钢，其上述实施例中钢材的具体化学成分均列入表1中。由表1中实施例的中间合金被实施在结构钢材的使用方法及实施效果均列入表2中。在表3所列为本发明中间合金实施例的钢种热轧板的性能。在下列表中序号1、2为本发明铝锰硼铁复合中间合金。序号3-8为母合金成分及中间合金的使用方法。

由表2、3可以看出，采用本发明铝锰硼铁复合中间合金的微合金化冷轧钢材，在精炼后期加入，在弱脱氧转炉钢水中，硼元素的收得率分别为：71.1％、85.7％、80.5％、80％、87.7％、92.5％。采用传统的加硼方法其收得率仅为30-50％，而采用本发明中间合金及使用方法则硼的收得率70-90％，因此本发明的中间合金及使用方法，在硼的收得率方面明显提高而且收得率稳定。由表3及附图可见，对于用薄板坯连铸连轧生产线生产冷轧材料的钢中加入30ppm左右的硼，可粗化热轧板的晶粒，显著降低热轧板卷的屈服强度，改善冷轧板的性能，其使用效果明显优于现有技术的材料与方法。

表1本发明实施例中铝锰硼铁复合中间合金化学成分(重量％)

元素序号	Al	Mn	P	S	Si	B	Fe	尽可能去除的杂质
元素序号	Al	Mn	P	S	Si	B	Fe	尽可能去除的杂质	1	42.65	24.29	0.029	0.002	1.83	2.72	余	≤0.15
2	34.77	32.54	0.08	0.028	/	3.02	余	≤0.45	1	42.65	24.29	0.029	0.002	1.83	2.72	余	≤0.15

表2实施例所采用的母合金钢材料成分(重量％)及使用方法

序号	C	Si	Mn	P	S	Als	B	Fe	加入的序号及精炼出钢前/分钟
序号	C	Si	Mn	P	S	Als	B	Fe	加入的序号及精炼出钢前/分钟	3	0.044	0.037	0.26	0.015	0.005	0.032	0.0035	余	序号1×2分钟
4	0.069	0.031	0.23	0.007	0.004	0.038	0.0029	余	序号2×6分钟	3	0.044	0.037	0.26	0.015	0.005	0.032	0.0035	余	序号1×2分钟
4	0.069	0.031	0.23	0.007	0.004	0.038	0.0029	余	序号2×6分钟	5	0.054	0.037	0.22	0.008	0.005	0.039	0.0027	余	序号1×9分钟
6	0.046	0.026	0.22	0.0095	0.0063	0.032	0.0038	余	序号2×4分钟	5	0.054	0.037	0.22	0.008	0.005	0.039	0.0027	余	序号1×9分钟
6	0.046	0.026	0.22	0.0095	0.0063	0.032	0.0038	余	序号2×4分钟	7	0.049	0.024	0.23	0.0096	0.0058	0.045	0.0035	余	序号1×8分钟
8	0.056	0.020	0.19	0.0061	0.0061	0.021	0.0032	余	序号2×10分钟	7	0.049	0.024	0.23	0.0096	0.0058	0.045	0.0035	余	序号1×8分钟

注：使用方法是指在冶炼母合金时的精练期到出钢前所加中间合金和时

表3本发明中间合金实施例的钢种热轧板性能

序号	规格	B含量	B收得率％	Rpo.2Mpa	RmMpa	A％	n	r
序号	规格	B含量	B收得率％	Rpo.2Mpa	RmMpa	A％	n	r	3	1.2*1250	0.0035	71.1％	210	335	36.5	0.18	0.73
4	0.8*1250	0.0029	85.7％	210	335	38	0.195	0.97	3	1.2*1250	0.0035	71.1％	210	335	36.5	0.18	0.73
4	0.8*1250	0.0029	85.7％	210	335	38	0.195	0.97	5	0.8*1250	0.0027	80.5％	205	330	36.5	0.205	0.96
6	1.0*1250	0.0038	80％	270	345	48.5	0.197	0.84	5	0.8*1250	0.0027	80.5％	205	330	36.5	0.205	0.96
6	1.0*1250	0.0038	80％	270	345	48.5	0.197	0.84	7	1.0*1250	0.0035	87.7％	270	350	43.0	0.203	0.79
8	1.2*1250	0.0032	92.5％	230	340	49.0	0.196	0.81	7	1.0*1250	0.0035	87.7％	270	350	43.0	0.203	0.79

Claims

1、一种适用于含硼元素钢的精炼过程中间合金，其特征在于该中间合金的具体化学成分重量％为：Al 30～50％；Mn 20～35％；B 2～4％；P≤0.1％；S≤0.1％；C≤1.0％；余量为Fe和尽可能少的杂质。

2、一种适用于含硼元素钢的精炼过程中间合金，其特征在于该中间合金的成分重量％为Al 30～50％；Mn 20～35％；Si 1.3-2.0％；B 2～4％；P≤0.1％；S≤0.1％；C≤1.0％；余量为Fe和尽可能少的杂质。

3、根据权利要求1所述中间合金，其特征在于该中间合金成分中Al 39～45％；Mn 23～33％；B 2.5～3.2％，余量为Fe和尽可能少的杂质。

4、根据权利要求2所述中间合金，其特征在于该中间合金成分中Al 39～45％；Mn 23～33％；Si 1.8 3-2.0％；B 2.5～3.2％，余量为Fe和尽可能少的杂质。

5、一种适用于权利要求1或2所述含硼元素钢精炼过程中间合金的使用方法，该方法首先对母合金材料进行常规冶练，其特征在于当母合金钢熔液在炼钢的精炼期时加入铝锰硼铁中间合金。

6、根据权利要求4所述中间合金的使用方法，其特征在于母合金钢熔液在炼钢精炼后期的出站前1-10分钟段加入铝锰硼铁中间合金。