專利名稱：一種采用形核劑細化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用形核劑細化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，屬于金屬材料或冶金領域。
背景技術：
在目前的鋼鐵生產流程中，連鑄技術已經被廣泛采用。連鑄坯質量的好壞直接關系到最終鋼材質量的優(yōu)劣。因此，不斷提高連鑄坯質量一直是冶金工作者所關注的重要研究課題。眾所周知，在鋼液凝固過程中，鋼中元素成分偏析是普遍存在的現(xiàn)象，而且難以避免。元素偏析程度大小表明了鋼中元素分布的不均勻性程度。偏析越嚴重，連鑄坯成分分布越不均勻。對于優(yōu)質鋼材來說，用戶所追求的目標是鋼材成分分布均勻、穩(wěn)定，性能一致，沒有質量缺陷。而連鑄坯的偏析常常會造成最終鋼材的成分分布不均勻，性能不穩(wěn)定。偏析可以分為宏觀偏析和微觀偏析，而宏觀偏析對鋼材危害尤為嚴重。因此，減輕甚至消除連 鑄坯的偏析是連鑄工作者所不斷追求的目標。鋼液中元素在凝固過程中所產生的偏析現(xiàn)象，其本質是溶質元素在固、液兩相中不均勻分配所造成的。是由溶質元素本身特性所決定的，但其偏析程度與凝固工藝密切相關，因此人們仍然可以通過改變凝固工藝來有效地減輕偏析程度甚至消除。要想有效地減輕偏析，尤其是宏觀偏析，其中一種重要的手段就是改變連鑄坯的凝固結構。為了獲得良好的鑄態(tài)晶粒細化組織，盡可能增加凝固過程中的形核核心數(shù)目是一種重要手段。增加形核核心的辦法一般由外加形核細化晶粒劑和內生形核核心兩類。所謂的內生形核就是利用鋼液內部的有關元素進行化學發(fā)硬來生成核心，達到細化晶粒的目的。這種方法必然增加了鋼水成分控制難度，同時在澆注過程中因冷卻制度控制不好而導致鑄坯種種缺陷的產生。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是為了克服鋼水成分和澆注過程冷卻制度控制困難的難題，通過向鋼液中加入高純度的TiN或ZrC粒子形核劑的方式來達到增加形核核心，細化凝固組織，從而達到管線鋼中夾雜物尺寸納米化、分布均勻化及變形塑性化的根本目的。一種采用形核劑細化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，其特征是選TiN粒子或ZrC粒子中的一種作為形核劑，在鋼液冶煉末期，或在出鋼過程或直接在連鑄結晶器中添加O. 5%體積分數(shù)的TiN粒子或者O. 2%體積分數(shù)的ZrC粒子，達到管線鋼夾雜物尺寸納米化、分布均勻化及變形塑性化的目的。TiN質量百分比為Ti一65% 85%，N — 25% 35%，粒度彡2 μ m ；ZrC質量百分比為Zr — 75% 95%，C一5% 25%，粒度彡 2. 3 μ m。所加入的TiN、ZrC形式為固態(tài)粉劑狀，或為液態(tài)熔融狀。形核劑加入前，要求鋼液成分質量百分數(shù)范圍碳含量為O. 055 O. 07%，鈦含量控制在O. 01 O. 10%范圍，酸溶鋁含量為O. 02 O. 05%，鈣含量為O. 0021 O. 0051%，且鋼的Ca/Al比大于O. 1，T[O]含量在50 60ppm的范圍，[N]含量在30 55ppm的范圍，雜質元素含量硫低于O. 008%，磷低于O. 03%，余量為鐵。本發(fā)明加入形核劑前精煉過程要求對鋼液進行鈣處理，使得各爐鋼的Ca/Al比大于O. I，其中CaFe線中要求Ca為28 30% (質量百分數(shù))。本發(fā)明管線鋼澆注過程中，澆注溫度為1520 1540認向結晶器中加入0.5%體積分數(shù)的TiN粒子，在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)其凝固組織為鐵素體+珠光體，晶粒尺寸平均為5 μ m左右，而且屈服強度和抗拉強度分別由378. 33Mpa和476. 67Mpa提升到521. 67Mpa和833. 33Mpa，且韌窩亦較發(fā)達，說明了鋼樣具有良好的塑性。本發(fā)明管線鋼澆注過程中，澆注溫度為1510 15301，向結晶器中加入0.2%體積分數(shù)的ZrC粒子，在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)其凝固組織為亦為鐵素體+珠光體，晶粒尺寸平均為8 μ m左右，而且屈服強度和抗拉強度分別由378. 33和476. 67提升到461. 67Mpa和783. 33Mpa，且韌窩亦較發(fā)達，說明了鋼樣具有良好的塑性。 本發(fā)明與背景技術比較發(fā)現(xiàn)，克服了鋼水成分和澆注過程冷卻制度控制困難的難題。直接向鋼液中加入高純度的TiN或ZrC形核劑粒子，既沒有帶入其它雜質元素而污染鋼水，而且減少了設備投資，同時較少了工序復雜性，此外鋼的凝固組織為鐵素體和珠光體且分布比較均勻，鋼的晶粒細化到5 μ m 8 μ m，同時管線鋼的屈服強度和抗拉強度分別提升了 22. 0% 37. 9%和64. 3% 74. 8%，且管線鋼的塑性良好，達到了管線鋼中夾雜物尺寸納米化、分布均勻化及變形塑性化的要求。


圖Ia為O. 5%TiN鍛造樣拉伸斷口形貌示意圖。圖Ib為O. 5%TiN凝固組織鍛造樣拉伸斷口形貌示意圖。屈服強度和抗拉強度分別由378. 33Mpa和476. 67Mpa提升到521. 67Mpa和833.33Mpa，且韌窩亦較發(fā)達(如圖Ib所示)，說明了鋼樣具有良好的塑性。圖2a O. 2%ZrC鍛造樣拉伸斷口形貌示意圖。圖2b O. 2%ZrC凝固組織拉伸斷口形貌示意圖。如圖2a所示，屈服強度和抗拉強度分別由378. 33和476. 67提升到461. 67Mpa和783.33Mpa，且韌窩亦較發(fā)達(如圖2b所示)，說明了鋼樣具有良好的塑性。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明。實施例I :
添加形核劑前鋼液中的[c] :0· 055%, [Ti] :0· 02%, [Ca] :0· 0021%, [Als] :0· 02%, T[O]50ppm, [N] 50ppm, [S] :0.003%, [P] :0. 015%(質量百分數(shù))。在連鑄結晶器中添加添加O. 5%體積分數(shù)的粒度< 2 μ m的高純度固態(tài)粉劑狀TiN粒子，鋼坯樣的凝固組織為鐵素體和珠光體，晶粒尺寸平均為5 μ m左右，且屈服強度和抗拉強度分別由378. 33Mpa和476. 67Mpa提升到521. 67Mpa和833. 33Mpa，同時韌窩亦較發(fā)達，鋼樣塑性良好，取得很好的效果。實施例2
添加形核劑前鋼液中的[c] :0· 061%, [Ti] :0· 03%, [Ca] :0· 002%, [Als] :0. 03%, T[O]45ppm, [N] 55ppm, [S] :0.003%, [P] :0. 015%(質量百分數(shù))，在澆注過程中，澆注溫度為1510 1530°C，向結晶器中加入O. 2%體積分數(shù)的高純度液態(tài)熔融狀的ZrC，在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)其凝固組織為亦為鐵素體+珠光體，晶粒尺寸平均為8 μ m左右，而且屈服強度和抗拉強度分別提高22. 0%和64. 3%，且韌窩亦較發(fā)達，說明了鋼樣具有良好的塑性?！?br> 權利要求
1.一種采用形核劑細化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，其特征是選TiN粒子或ZrC粒子中的一種作為形核劑，在鋼液冶煉末期，或在出鋼過程或直接在連鑄結晶器中添加O.5%體積分數(shù)的TiN粒子或者O. 2%體積分數(shù)的ZrC粒子，達到管線鋼夾雜物尺寸納米化、分布均勻化及變形塑性化的目的。
2.根據權利要求I所述的采用形核劑細化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，其特征在于TiN質量百分比為Ti一65% 85%，N — 25% 35%，粒度彡2 μ m ;ZrC質量百分比為Zr—75% 95%，C一5% 25%，粒度彡 2. 3 μ m。
3.根據權利要求I所述的采用形核劑細化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，其特征在于所加入的TiN、ZrC形式為固態(tài)粉劑狀或液態(tài)熔融狀。
4.根據權利要求I所述的采用形核劑細化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，其特征在于形核劑加入前，要求鋼液成分質量百分數(shù)范圍碳含量為O. 055 O. 07%，鈦含量控制在O. 01 O. 10%范圍，酸溶鋁含量為O. 02 O. 05%，鈣含量為O. 0021 O. 0051%，且鋼的Ca/Al比大于O. 1，T[O]含量在50 60ppm的范圍，[N]含量在30 55ppm的范圍，雜質元素含量硫低于O. 008%，磷低于O. 03%，余量為鐵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用形核劑細化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，屬于金屬材料或冶金領域。其特征是在鋼液冶煉末期，或在出鋼過程或直接在連鑄結晶器中添加0.5%體積分數(shù)的TiN粒子或者0.2%體積分數(shù)的ZrC粒子，達到管線鋼夾雜物尺寸納米化、分布均勻化及變形塑性化的目的。直接向鋼液中加入高純度的TiN或ZrC形核劑粒子，既沒有帶入其它雜質元素而污染鋼水，而且減少了設備投資，同時較少了工序復雜性，此外鋼的凝固組織為鐵素體和珠光體且分布比較均勻，鋼的晶粒細化到5μm～8μm，同時管線鋼的屈服強度和抗拉強度分別提升了22.0%～37.9%和64.3%～74.8%，且管線鋼的塑性良好。
文檔編號C21C7/04GK102776322SQ20121027645
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權日2012年8月3日
發(fā)明者孫彥輝, 熊輝輝, 韋耀環(huán), 馬文 申請人:北京科技大學