專利名稱：一種稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鐵合金技術領域，尤其涉及到一種稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金及其制備方法。
背景技術：
高檔次鋼板(如汽車面板、家電面板用鋼等)均對鋼材的深沖性能、成形性和焊接性能提出了越來越嚴格的要求。研究表明鋼液高的潔 凈度是保證鋼材具有優(yōu)良使用性能的重要基礎，同時鋼中含有微量元素(如稀土等)有利于改善鋼的深沖性等關鍵材料性能指標。所以如何在冶煉過程中高效地提高潔凈度，同時又使鋼材中含有稀土等微量元素是冶金工作者所關注的研究課題。上述所提及的這類鋼通常為低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼。為了在冶煉過程中獲得很低的碳含量，往往需要在鋼液中保持有很高的氧濃度，這就導致了脫碳后的鋼液中仍會有較高的殘余氧含量，這些殘余氧如果得不到有效的去除，對鋼的使用性能具有很大的危害性。為此，要加入大量的鋁對鋼液進行脫氧，但是由于鋁的大量加入所生成的氧化鋁脫氧產物同樣對澆鑄順行、鋼材質量帶來很大的危害。為了消除氧化鋁夾雜物的危害，目前主要采取的辦法有(1)延長精煉攪拌時間，促進夾雜物上浮。但這種方法必然會延長精煉時間，增加生產成本和降低產量。(2)改變鋼液精煉渣系來吸附從鋼液中上浮到鋼液表面的氧化鋁夾雜物。這種方法同樣存在著精煉時間長，爐渣成分難以得到精確控制等不足。除此以外，現(xiàn)在廣泛所用的工藝是在鋼液中添加鈣元素，使得與鋼中氧化鋁夾雜物相結合形成鈣鋁復合氧化物，尤其是形成如12Ca0*7Al203這種低熔點大顆粒夾雜物，這種夾雜物一方面容易從鋼液中上浮去除，另一方面由于其熔點較低，在澆注過程不容易造成水口結瘤，保證澆注順行。由于金屬鈣在煉鋼溫度下容易氣化，因此不容易加入，收得率很低。研究工作者提出了將鈣元素制成以塊狀含鈣合金的辦法在鋼液冶煉或精煉過程加入。文獻I (郭慶成用于鋼液終脫氧的鋁鈣鐵合金及其生產方法，公開號CN1439728A)，及文獻2 (郭慶成等一種用于煉鋼脫氧的高鈣無硅鈣鐵合金及其制備方法，公開號CN101086029A)提出了鈣鋁鐵合金及文獻3 (謝應凱煉鋼復合脫氧劑一鋁鈣鐵合金，公開號CN101086028A)提出了在鋁鈣合金的基礎上可以添加錳、硅和鈦等元素均屬于這類工藝。除了鈣能使氧化鋁夾雜物變性以外，近年來，國內外對稀土在鋼中夾雜物的改性和變質作用十分重視。文獻 4(Hiroshi Hirata 等Steel Having Finely DispersedInclusions, US Patent 2006/0157162A1 )記載當鋼液中含有一定量的稀土 RE元素后，會形成REAlO3這種低熔點、低硬度的夾雜物，同時提到，當稀土與鈣等元素進一步結合可以避免Al2O3團簇的形成，生產出高潔凈鋼(如軸承鋼)。其添加的工藝是首先進行鋁脫氧，然后加入稀土進行夾雜物去除和變性。文獻5 (渠天盛等稀土鋁鐵合金，公開號CN101078074A)發(fā)明了一種新的稀土鋁鐵合金，該合金使用方便、脫氧及去除夾雜物效率高、而且少量殘余稀土在改善鋼的性能方面能發(fā)揮出有益作用。但在合金中沒有添加有益的鈣元素，使其在使氧化鋁夾雜物變性和去除方面的效果受到影響。
隨著研究的深入，許多研究工作者，提出了采用稀土、鈣和鋁鐵等多元素相復合的新辦法。文獻6 (謝應凱用于煉鋼稀土鋁基復合合金，公開號CN101092657A)提出了一種稀土鋁基復合合金，稀土含量I 10%，并可以添加I 5%的鈣等元素。文獻7 (渠天盛等一種稀土鋁鈣鐵合金，公開號CN101519747A)也提出了一種稀土鋁鈣合金，其成分中，稀土含量I 20%，鈣含量I 10%，文獻8 (陳向明等稀土鋁錳鈣鐵合金及其生產方法，公開號CN102181606A)，稀土含量I 10%，鈣含量I 3%。這些鋁、鈣、稀土等多元素的復合提高了合金在鋼液中的精煉效率。但隨著對稀土資源保護的越來越重視，稀土的價格越來越昂貴，如何用最少的稀土添加量來達到優(yōu)良的冶金效果和好的材料性能十分重要。本專利發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn) 對上述所涉及的鋼鐵材料來講，鋼材中含有(O. 01 5)ppm，也就是(O. 01 5) X 10_Vt%微量的稀土就能使得鋼材性能得到有效改善。反之，過多的稀土添加量會生成過多的稀土夾雜物，影響生產順行和鋼材質量，同時消耗的稀土資源，合金成本也明顯提高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金及其制備方法，減少了稀土資源的消耗，降低了成本。本發(fā)明稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金成分為28 65wt%招，O. 5 5wt%·，O. I O. 99wt%稀土，雜質元素碳小于O. 05wt%,硅小于O. 4%，硫小于O. 02%,磷小于O. 02%。其它不可避免的雜質元素總量小于1%，余量為鐵。

所述的稀土為含有鈰、鑭元素的其中單一組元或雙元素組合，也包含以鑭、鈰元素為主的其它混合稀土，但鑭和鈰的總含量應占總稀土含量的90%以上。本發(fā)明稀土鋁鈣鐵合金的制備方法利用純鋁錠、稀土、金屬鈣和低碳優(yōu)質廢鋼通過感應爐三步法熔煉工藝制備出符合要求的成品合金。具體工藝步驟如下(I)第一步以純鋁錠、稀土為原料利用真空感應爐熔化和混合制備出一定成分的稀土鋁初始合金，冶煉溫度控制在950 1050°C，全部熔化后均勻混合4 lOmin，然后在空氣下澆鑄成塊狀的稀土鋁初始合金，其大小為(30 60)mmX (30 60)mmX (20 40)mm。該稀土鋁初始合金成分為鋁60 80%，稀土 25 45%。(2)第二步將鋁錠在帶有氬氣保護氣氛的感應爐熔化，熔化結束，添加鈣合金，冶煉溫度控制在950 1050°C，均勻混合4 lOmin，然后澆鑄成鋁鈣中間合金。該鋁鈣中間合金成分為鋁60 80%，鈣25 45%。大小為(30 60) mmX (30 60)mmX (20 40) mm。(3)第三步選用優(yōu)質廢鋼(Fe含量> 98. 5%,其它為雜質元素)，并與鋁錠在常規(guī)感應爐中熔化，熔化結束后，再添加在上述步驟(I)和步驟(2)中已經分別制備好的稀土鋁初始合金和鋁鈣中間合金，成分均勻混合4 lOmin，合金出爐溫度控制在1050 1150°C。燒鑄成(30 60)mmX (30 60)mmX (20 40)mm的合金塊，空氣中自然冷卻制成合金成品。本發(fā)明合金不僅保持了前人在稀土、鋁、鈣多元素復合脫氧的優(yōu)越性，其關鍵是顯著降低了稀土含量，使得合金成本明顯下降，通過與鈣、鋁含量的嚴格優(yōu)化組合，可以獲得理想的精煉效率，同時可以使鋼液中殘留(O. 01 5) X 10_4wt%的稀土含量，使鋼材的實物質量得到改善。
具體實施例方式實施例I(I)稱量鋁塊15Kg，稀土金屬5Kg，在真空感應爐中熔化45min，熔化結束后，均勻混合6min后出爐澆鑄成稀土鋁初始合金。整個冶煉過程溫度控制在970°C。該初始合金成分為鋁79. 3%,稀土 20. 3%，余量為冶煉過程帶來的雜質。
(2)稱量鋁塊15Kg，在帶有保護氣氛的感應爐中熔化45min，熔化結束后，逐步添加鈣金屬5Kg，均勻混合5min后出爐澆鑄成鋁鈣中間合金。整個冶煉過程溫度控制在1020°C。該中間合金成分為鋁77. 1%,鈣22. 5%，余量為冶煉過程帶來的雜質。(3)選用優(yōu)質鐵48Kg，在帶有保護氣氛的中頻爐中熔化，40min中后逐步添加鋁錠35Kg，熔化均勻后添加第一步已經制備好的稀土鋁初始合金7Kg，和鋁鈣中間合金10Kg。成分均勻混合7min,合金出爐溫度控制在1080°C。燒鑄成特定規(guī)格大小，自然冷卻制成合金成品。所制備出的產品成分為Al: 45. 2wt%, RE (λ 9wt%，Ca L 9wt%，余量為鐵，雜質元素總含量小于1%。達到了目標成分。實施例2:(I)稱量鋁塊60Kg，稀土金屬20Kg，在真空感應爐中熔化45min，熔化結束后，均勻混合5min后出爐澆鑄成稀土鋁初始合金。整個冶煉過程溫度控制在940°C。該初始合金成分為鋁78. 1%,稀土 21. 3%，余量為冶煉過程帶來的雜質。(2)稱量鋁塊60Kg，在帶有保護氣氛的感應爐中熔化45min，熔化結束后，逐步添加鈣金屬20Kg，均勻混合5min后出爐澆鑄成鋁鈣中間合金。整個冶煉過程溫度控制在980°C。該中間合金成分為鋁76.4%，鈣22. 8%，余量為冶煉過程帶來的雜質。(3)選用優(yōu)質鐵192Kg，在帶有保護氣氛的中頻爐中熔化，40min中后逐步添加鋁錠140Kg，熔化均勻后添加第一步已經制備好的稀土鋁初始合金28Kg，和鋁鈣中間合金40Kg。成分均勻混合6min，合金出爐溫度控制在1100°C。澆鑄成特定規(guī)格大小，自然冷卻制成合金成品。所制備出的產品成分為Al: 46. lwt%, RE O. 89wt%，Ca2. 0wt%，余量為鐵，雜質元素總含量小于1%。達到了目標成分。
權利要求
1.一種稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金，其特征在于，成分為28 65wt%鋁，0. 5 5wt%鈣，0. I 0. 99wt%稀土，雜質元素碳小于0. 05wt%,硅小于0. 4%，硫小于0. 02%,磷小于0.02%。其它不可避免的雜質元素總量小于I %，余量為鐵。
2.根據權利要求I所述的稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金，其特征在于，所述的稀土為含有鈰、鑭元素的其中單一組元或雙元素組合。
3.根據權利要求I所述的稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金，其特征在于，所述的稀土包含以鑭、鈰元素為主的混合稀土，其中，鑭和鈰的總含量應占總稀土含量的90%以上。
4.一種權利要求I所述的稀土鋁鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，工藝步驟如下 (1)以純鋁錠、稀土為原料利用真空感應爐熔化和混合制備出一定成分的稀土鋁初始合金，冶煉溫度控制在950 1050°C，全部熔化后均勻混合4 lOmin，然后在空氣下澆鑄成塊狀的稀土鋁初始合金，該稀土鋁初始合金成分為鋁60 80%，稀土 25 45%。
(2)將鋁錠在帶有氬氣保護氣氛的感應爐熔化，熔化結束，添加鈣合金，冶煉溫度控制在950 1050°C，均勻混合4 lOmin，然后澆鑄成鋁鈣中間合金；該鋁鈣中間合金成分為鋁60 80%，鈣25 45% ； (3)選用優(yōu)質廢鋼，并與鋁錠在常規(guī)感應爐中熔化，熔化結束后，再添加在上述步驟(I)和步驟(2)中已經分別制備好的稀土鋁初始合金和鋁鈣中間合金，成分均勻混合4 lOmin，合金出爐溫度控制在1050 1150°C 了 ；澆鑄成合金塊，空氣中自然冷卻制成合金成品。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述的優(yōu)質廢鋼是指Fe含量>98. 5%的廢鋼。
全文摘要
一種稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金及其制備方法，屬于鐵合金技術領域。該稀土鋁鈣鐵合金成分為28～65wt％鋁，0.5～5wt％鈣，0.1～0.99wt％稀土，雜質元素碳小于0.05wt%,硅小于0.4%，硫小于0.02%,磷小于0.02%。其它不可避免的雜質元素總量小于1％,余量為鐵。制備方法是利用純鋁錠、稀土、金屬鈣和低碳優(yōu)質廢鋼通過感應爐三步法熔煉工藝制備出符合要求的成品合金。優(yōu)點在于，減少了稀土資源的消耗，降低了成本。
文檔編號C22C1/03GK102766801SQ20121029102
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權日2012年8月16日
發(fā)明者成國光, 曲俊濤 申請人:包頭市北科創(chuàng)業(yè)高新材料有限責任公司