專利名稱：一種解決鋼中銅偏析的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高鋼材質(zhì)量的方法，具體地說(shuō)涉及一種解決鋼中銅偏析的方法。
背景技術(shù)：
銅對(duì)于大多數(shù)鋼種來(lái)說(shuō)是有害元素，其主要危害是在煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中鋼的冷卻時(shí) 及鑄坯的軋制再加熱時(shí)銅易在晶界偏聚，高溫下導(dǎo)致鋼材熱脆。近年來(lái)，隨著煉鋼技術(shù)的不斷發(fā)展以及降低煉鋼成本的要求，煉鋼過(guò)程中使用的 原料的廢鋼比不斷提高，尤其對(duì)于電爐煉鋼來(lái)說(shuō)，廢鋼是其主要的原料。而銅作為廢鋼的主 要?dú)堄嘣?，不論采用哪種煉鋼方法，在廢鋼的使用過(guò)程中，銅都會(huì)被大量的帶入鋼中，嚴(yán) 重地威脅著鋼的質(zhì)量。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于解決鋼中銅偏析的方法主要集中在降低原料中的銅含量，即降低 廢鋼中的銅含量。近年來(lái)產(chǎn)生的一些廢鋼脫銅技術(shù)有熔化分離法(鋁液脫銅法、鉛提取 法)、氣化分離法(減壓下噴吹氨氣脫銅法、固氣反應(yīng)脫銅法)、硫化物熔劑脫銅法(液態(tài)冰 銅脫銅法)等(茅洪祥，馬國(guó)軍.鋼鐵中殘余銅分離技術(shù)研究現(xiàn)狀.特殊鋼.2000(3) :1 5;劉利，李長(zhǎng)榮.廢鋼循環(huán)過(guò)程中銅的蓄積與脫除技術(shù).江蘇冶金.2003 (4) :4 7)。然 而，這些脫銅技術(shù)存在工藝復(fù)雜、成本高、效果差、技術(shù)還不成熟等問(wèn)題，因此，沒(méi)有一種方 法能經(jīng)濟(jì)有效簡(jiǎn)便地在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。目前，實(shí)際生產(chǎn)中解決鋼中銅含量超標(biāo)的方法是稀釋法，即在煉鋼過(guò)程中添加不 含銅的原料如優(yōu)質(zhì)生鐵、直接還原鐵等來(lái)降低鋼中銅含量。現(xiàn)有技術(shù)都是基于降低鋼中或原料(廢鋼)中的銅含量來(lái)解決鋼中銅偏析對(duì)鋼材 質(zhì)量造成的危害，因此不能從根本上解決鋼中銅偏析的問(wèn)題。目前，轉(zhuǎn)爐煉鋼的廢鋼比也在不斷地提高，因此，無(wú)論是電爐煉鋼還是轉(zhuǎn)爐煉鋼， 如果能從根本上解決鋼中銅偏析的問(wèn)題，放寬原料中銅的上限，擴(kuò)大煉鋼原料的來(lái)源，將會(huì) 大大降低煉鋼成本，提高鋼材質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是提供了一種新的解決鋼中銅偏析的 方法，利用本方法生產(chǎn)的鋼中未發(fā)現(xiàn)明顯的銅在晶界的偏聚，顯著地提高鋼的質(zhì)量。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下(1)工藝路線轉(zhuǎn)爐(或電爐)熔煉一鋼水脫氧及合金化一精煉一連鑄(或模鑄)。(2)鋼水采取下述脫氧及合金化順序1)在轉(zhuǎn)爐出鋼后向鋼中加入鋁進(jìn)行預(yù)脫氧 和合金化；幻然后加入增碳劑、硅鐵或鈮鐵或二者混合進(jìn)行鋼液脫氧和合金化；幻再加入 FeS和錳或者在精煉處理后加入FeS和錳；4)精煉處理后最后加入鋯鐵進(jìn)行終脫氧。此脫氧方式的目的是首先在鋼中添加Al進(jìn)行鋼水的預(yù)脫氧及合金化處理，使鋼 中產(chǎn)生大量的Al3O2夾雜物，并使大顆粒Al3O2夾雜物能夠有時(shí)間得以充分排除(通常冶煉過(guò)程中是采用Al進(jìn)行終脫氧，Al的脫氧產(chǎn)物中大顆粒的Al2O3很難從鋼液中有足夠的時(shí)間 充分排除)。然后分別或同時(shí)加入增碳劑、硅鐵進(jìn)行鋼液脫氧和合金化，其目的是使鋼液進(jìn) 一步脫氧以及對(duì)鋼水進(jìn)行合金化處理。然后分別或同時(shí)加入錳鐵和i^eS，加入錳鐵目的是使 鋼水進(jìn)一步脫氧以及合金化，加入FeS是為了調(diào)整鋼中硫含量在0. 010% 0. 030%之間， 使鋼中產(chǎn)生大量的MnS夾雜物。待精煉爐處理后，最后向鋼液中加入鋯鐵，其目的是使最后 向鋼中添加鋯合金進(jìn)行鋼水的終脫氧，使鋼中產(chǎn)生大量的鋯脫氧產(chǎn)物以及使這些鋯脫氧產(chǎn) 物與之前加入鋁形成的Al3O2夾雜物以及加入的硅鐵、錳鐵、鈮鐵形成的夾雜物結(jié)合，形成 Zr-Al復(fù)合脫氧產(chǎn)物以及&-Al-Si等復(fù)合脫氧產(chǎn)物。(3)鋼水在精煉爐處理后向鋼中添加鋯鐵前，鋼液氧活度應(yīng)控制在0.0100% 0. 0300%范圍內(nèi)。本發(fā)明加鋯鐵前的鋼液氧活度應(yīng)控制在0.0100% 0.0300%范圍內(nèi)。如果氧含 量高于0. 0300%，鋼中將析出大顆粒夾雜物，影響鋼的質(zhì)量；如果氧含量低于0. 0100%，將 導(dǎo)致鋼液中沒(méi)有足夠的氧與所加入的鋯鐵發(fā)生反應(yīng)，結(jié)果在鋼液中就不會(huì)析出大量彌散分 布的鋯夾雜物以及&-A1等復(fù)合夾雜物。此方式的目的是通過(guò)鋼水氧含量控制，使鋼中產(chǎn) 生大量的鋯脫氧產(chǎn)物以及&-A1等復(fù)合脫氧產(chǎn)物，為鋼中MnS的大量析出提供有效行核質(zhì) 點(diǎn)ο(4)鋼水在用鋯鐵終脫氧后需要鎮(zhèn)靜250 350s。此方式的目的是為了使鋼水在用鋯鐵終脫氧后得到細(xì)小的、彌散分布的鋯氧化 物夾雜及灶-Al等復(fù)合氧化物夾雜以及MnS在其上析出，需要有一定的孕育時(shí)間。當(dāng)孕育 時(shí)間小于250s時(shí)，鋼液中加入的鋯鐵脫氧不充分以及生成的鋯氧化物夾雜及&-A1等復(fù)合 氧化物夾雜數(shù)量較少，沒(méi)有為MnS的析出提供足夠的異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)；當(dāng)孕育時(shí)間大于350s 時(shí)，鋼液中生成的鋯氧化物夾雜及&-A1等復(fù)合氧化物夾雜將逐漸長(zhǎng)大排除，數(shù)量急劇減 少，同樣減少了 MnS異質(zhì)析出的形核質(zhì)點(diǎn)，不利于實(shí)現(xiàn)MnS在鋼中的彌散析出。(5)鋼水采用下述冷卻方式鋼水連鑄或模鑄后以空冷方式冷卻至室溫。鋼水連鑄或模鑄后采取以空冷方式冷卻至室溫，目的是控制鑄坯凝固后的冷卻 速度，使鋼中產(chǎn)生的這些大量的鋯脫氧產(chǎn)物(鋯氧化物夾雜)及灶-Al等復(fù)合脫氧產(chǎn)物 (&-A1等復(fù)合氧化物夾雜)能夠細(xì)小、彌散分布于鋼中。本實(shí)施方式的最終目的是利用鋼 中產(chǎn)生的這些大量的、細(xì)小的、彌散分布的鋯氧化物夾雜以及&-A1等復(fù)合氧化物夾雜，使 MnS在其上析出，進(jìn)而促使銅在其上析出，避免鋼中銅在晶界偏聚，為鋼中銅的彌散析出提 供有效形核質(zhì)點(diǎn)。(6)鋼水最終成分中:C :0. 05% 0. 5%。本發(fā)明所適用的鋼為碳含量在0.05% 0.5%的鋼。碳含量過(guò)低(<0.05% =， 將會(huì)提高Acl、Ac3、ArU Ar3的溫度，進(jìn)而提高了鋼再加熱處理時(shí)的溫度，這樣會(huì)加劇銅在 晶界的偏聚，惡化鋼的性能。同時(shí)，本發(fā)明不適用于碳含量較高的鋼(> 0.5%)，鋼中的碳 含量> 0. 5%，鋼中將產(chǎn)生大量的碳化物以及碳氮化物，抑制了鋼中氧化鋯及其復(fù)合夾雜物 的大量形成，大大減少了 Cu的異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)，不利于Cu在鋼中的彌散析出。因此，本發(fā)明 適用于C 0. 05% 0. 5%的鋼。(7)鋼水最終成分中:Zr :0. 010% 0. 050% ；Als 0. 001% 0. 015%。^ 在本發(fā)明中起到關(guān)鍵作用，本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)為在鋼中產(chǎn)生大量的、細(xì)小的、彌
4散分布的ττ氧化物夾雜以及&-Α1等復(fù)合氧化物夾雜，通過(guò)氧化物冶金技術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)， MnS會(huì)在這些夾雜物上析出，因此這些大量的、細(xì)小的、彌散分布的含有Mns的復(fù)合夾雜物 為Cu的彌散析出提供了有效異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)。因此本發(fā)明中要求鋼中要有一定的^ 含量。但 過(guò)高的> 0. 050% )會(huì)對(duì)鋼的韌性不利，因此鋼中的^ 含量控制在0. 010% 0. 050% 之間。Al為本發(fā)明中鋼水預(yù)脫氧所必須的元素，同時(shí)也是本發(fā)明中鋼中產(chǎn)生大量的、細(xì) 小的、彌散分布的&-A1復(fù)合氧化物夾雜所必須的元素，因此鋼中要含有一定的Al。另一方 面，若鋼中的Al含量超過(guò)0.015%，從鋼的組織上考慮，鋼中的M-A組織比率將增大，這樣會(huì) 惡化鋼的韌性，因此鋼中的Al控制在0. 001% 0. 015%之間。(8)鋼水最終成分中:S :0. 010% 0. 030% ;Mn :1· 0% 2. 0% ；S對(duì)于絕大多數(shù)鋼種來(lái)說(shuō)是有害元素，其主要危害為S在鋼的熱軋過(guò)程中產(chǎn)生熱 脆現(xiàn)象，嚴(yán)重影響鋼的質(zhì)量，理論上鋼中的S含量越低越好，但考慮到本發(fā)明要利用鋼中的 MnS夾雜物作為Cu彌散析出的異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)，因此鋼中要有一定的硫含量，但考慮到上述S 對(duì)鋼的危害，硫含量控制在0. 010% 0. 030%為宜。Mn在本發(fā)明中除了作為合金元素在鋼中起到提高鋼的各項(xiàng)性能外，更重要的是促 使鋼中產(chǎn)生大量的彌散分布的含MnS的復(fù)合夾雜物作為Cu彌散析出的異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)，因此 鋼中要有一定的Mn含量，但考慮到過(guò)高的Mn含量(> 2. 0% )會(huì)惡化鋼的韌性，因此，本發(fā) 明要求鋼中Mn :1. 0% 2. 0%之間。此種方法從根本上解決鋼中銅偏析的問(wèn)題，能放寬原料中銅的上限，擴(kuò)大煉鋼原 料的來(lái)源(尤其是電爐煉鋼原料)，提高廢鋼比，減少?gòu)U鋼原料的清理、分選等工序，提高生 產(chǎn)效率，提高鋼材的質(zhì)量，創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益。采用本發(fā)明所述的技術(shù)方案生產(chǎn)的鋼中， 銅得到了細(xì)小彌散的析出，未見(jiàn)其在晶界有明顯的偏聚。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1銅對(duì)鋼的主要危害為銅易在晶界偏聚，高溫下導(dǎo)致鋼材熱脆。因此，如能創(chuàng)造條件 使銅在鋼中細(xì)小彌散析出，不在晶界偏聚，則可消除銅對(duì)鋼的危害，甚至變害為利，起到改 善鋼材某些性能的作用。本實(shí)施方式為在260噸頂吹轉(zhuǎn)爐中熔煉低碳鋼，此鋼熔煉過(guò)程為轉(zhuǎn)爐吹煉后，首 先在出鋼后加入鋁52. Okg進(jìn)行鋼液預(yù)脫氧及合金化處理，出鋼后同時(shí)加入增碳劑83. 8kg, 硅鐵563. 0kg、鈮鐵209. Okg進(jìn)行鋼液脫氧和合金化，隨后鋼水進(jìn)入LF爐進(jìn)行精煉處理。待 鋼液處理完后，同時(shí)向鋼中加入i^eS24. 3kg和錳鐵4724. 2kgo然后采用定氧探頭測(cè)定鋼中 的氧活度為0.0120%時(shí)，采用鋯鐵362. 4kg進(jìn)行鋼液終脫氧。鋯鐵加入后鋼液鎮(zhèn)靜沈08。隨 后將鋼水進(jìn)行連鑄，鋼水連鑄后鑄坯采取以空冷方式冷卻至室溫。本實(shí)施方式的目的是首 先在鋼中添加鋁進(jìn)行鋼液的預(yù)脫氧及合金化處理，使鋼中產(chǎn)生大量的Al3A夾雜物，并使大 顆粒Al3O2夾雜物能夠有時(shí)間得以充分排除。然后同時(shí)加入增碳劑、硅鐵、鈮鐵進(jìn)行鋼液脫 氧和合金化，其目的是使鋼液進(jìn)一步脫氧以及對(duì)鋼水進(jìn)行合金化處理。然后同時(shí)加入錳鐵 和i^eS，加入錳鐵目的是使鋼水進(jìn)一步脫氧以及合金化，加入FeS是為了調(diào)整鋼中硫含量，使鋼中產(chǎn)生大量的MnS夾雜物。待精煉爐處理后，最后向鋼液中加入鋯鐵，其目的是使最后 向鋼中添加鋯合金進(jìn)行鋼水的終脫氧，使鋼中產(chǎn)生大量的鋯脫氧產(chǎn)物以及使這些鋯脫氧產(chǎn) 物與之前加入鋁形成的Al3O2夾雜物結(jié)合，以及加入的硅鐵、錳鐵、鈮鐵形成的夾雜物結(jié)合， 形成&-A1復(fù)合脫氧產(chǎn)物以及&-Al-Si等復(fù)合脫氧產(chǎn)物。本實(shí)施例冶煉的低碳鋼成分見(jiàn)表1。表1實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)鋼成分(wt% )
CSi MnPSAlsNbZrCu-
0.069 0.14 1.37 0.0083 0.0108 0.010 0.032 0.023 0.019采用實(shí)施例1的方法冶煉的實(shí)驗(yàn)鋼的試樣中未發(fā)現(xiàn)明顯的銅在晶界的偏聚。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于冶煉鋼種為中碳鋼。轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束鋼液出鋼后加 鋁78. Okg進(jìn)行預(yù)脫氧及合金化處理。出鋼后分別加入增碳劑1230. Ag、硅鐵1343. 3kg進(jìn) 行鋼液脫氧和合金化。隨后鋼水進(jìn)入LF爐進(jìn)行精煉處理。待鋼液處理完后，分別向鋼中加 入i^eS37. ^kg和錳鐵3652. 1kg。然后采用定氧探頭測(cè)定鋼中的氧活度，當(dāng)鋼液氧活度控制 在0. 0200%時(shí)，采用鋯鐵393. 9kg進(jìn)行鋼液終脫氧。鋯鐵加入后鋼液鎮(zhèn)靜300s。此鋼成分 見(jiàn)表2。表2實(shí)施例2的實(shí)驗(yàn)鋼成分(wt % )
CSi MnPSAlsZrCu-
0.430.32 1.15 0.0077 0.0123 0.0150 0.025 0.011采用實(shí)施例2的方法冶煉的實(shí)驗(yàn)鋼的試樣中未發(fā)現(xiàn)明顯的銅在晶界的偏聚。實(shí)施例3本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于提高了鋼中的錳、硫含量。轉(zhuǎn)爐吹煉后，首先在出 鋼時(shí)加入鋁34. 8kg進(jìn)行鋼液預(yù)脫氧及合金化處理，出鋼后同時(shí)加入增碳劑335. 1kg、硅鐵 1430. 0kg、鈮鐵209. 3kg進(jìn)行鋼液脫氧和合金化。然后同時(shí)向鋼中加入i^eS112. 7kg和錳鐵 4154. 6kg,隨后鋼液進(jìn)入LF精煉爐處理。待鋼液處理完后，采用定氧探頭測(cè)定鋼中的氧活 度，當(dāng)鋼液氧活度控制在0. 0250%時(shí)，采用鋯鐵四9. 4kg進(jìn)行終脫氧。鋯鐵加入后鋼液鎮(zhèn)靜 350s。此鋼成分見(jiàn)表3。表3實(shí)施例3的實(shí)驗(yàn)鋼成分(wt % )
CSi MnPSAlsNbZrCu-
0.12 0.34 1.83 0.0081 0.0210 0.0067 0.032 0.019 0.13采用實(shí)施例3的方法冶煉的實(shí)驗(yàn)鋼的試樣中未發(fā)現(xiàn)明顯的銅在晶界的偏聚。實(shí)施例4本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于提高了鋼中的鋯含量。轉(zhuǎn)爐吹煉后，首先在出鋼 時(shí)加入鋁78. Okg進(jìn)行鋼液預(yù)脫氧及合金化處理。出鋼后同時(shí)加入增碳劑277. 3kg、硅鐵 953. 3kg、鈮鐵215. 8kg進(jìn)行鋼液脫氧和合金化。隨后鋼水進(jìn)入LF爐進(jìn)行精煉處理。鋼液 在LF爐處理時(shí)分別向鋼中加入i^S27. 7kg和錳鐵4擬4. Ag，待鋼液處理完后，采用定氧探 頭測(cè)定鋼中的氧活度，當(dāng)鋼液氧活度控制在0. 0300%時(shí)，采用鋯鐵740. 6kg進(jìn)行終脫氧。鋯鐵加入后鋼液鎮(zhèn)靜^0s。此鋼成分見(jiàn)表4。表4實(shí)施例4的實(shí)驗(yàn)鋼成分(wt % )
權(quán)利要求
1.一種解決鋼中銅偏析的方法，包括轉(zhuǎn)爐或電爐熔煉、鋼水脫氧及合金化、精煉、連鑄 或模鑄，其特征在于，采取如下步驟1)在轉(zhuǎn)爐出鋼后向鋼中加入鋁進(jìn)行預(yù)脫氧和合金化； 2)然后加入增碳劑、硅鐵或鈮鐵或二者混合進(jìn)行鋼液脫氧和合金化；幻再加入FeS和錳或 者在精煉處理后加入FeS和錳；4)精煉處理后最后加入鋯鐵進(jìn)行終脫氧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決鋼中銅偏析方法，其特征在于所述的鋼水在精煉爐處 理后向鋼中添加鋯鐵前，鋼液氧活度應(yīng)控制在0. 0100% 0. 0300%范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決鋼中銅偏析方法，其特征在于所述的鋼水在用鋯鐵終 脫氧后鎮(zhèn)靜250 350s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決鋼中銅偏析方法，其特征在于所述的鋼水連鑄或模鑄 后以空冷方式冷卻至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決鋼中銅偏析方法，其特征在于所述的鋼水最終成分中 C 0. 05% 0. 5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決鋼中銅偏析方法，其特征在于所述的鋼水最終成分 中Zr :0. 010% 0. 050%, Als 0. 001% 0. 015%, S 0. 01 0% 0. 030%, Mn 1. 0% 2. 0%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種解決鋼中銅偏析的方法，包括轉(zhuǎn)爐或電爐熔煉、鋼水脫氧及合金化、精煉、連鑄或模鑄，其特征在于，采取如下步驟1)在轉(zhuǎn)爐出鋼后向鋼中加入鋁進(jìn)行預(yù)脫氧和合金化；2)然后加入增碳劑、硅鐵或鈮鐵或二者混合進(jìn)行鋼液脫氧和合金化；3)再加入FeS和錳或者在精煉處理后加入FeS和錳；4)精煉處理后最后加入鋯鐵進(jìn)行終脫氧。本發(fā)明適用碳含量在0.05％～0.5％的鋼。此方法提高了鋼材的質(zhì)量，銅得到了細(xì)小彌散的析出，未見(jiàn)其在晶界有明顯的偏聚。
文檔編號(hào)C21C7/06GK102102138SQ20091024875
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者于廣文, 呂春風(fēng), 尚德禮, 康磊, 廖相巍, 李德剛 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司