專利名稱：一種控制高強度低合金鋼中低熔點夾雜物的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于煉鋼精煉技術領域，特別是提供了一種控制高強度低合金鋼中低熔點夾雜物的方法。
背景技術：
高強度低合金鋼(HSLA)廣泛用于高層建筑、海洋平臺、大跨度橋梁、管線鋼板等，對強度、低溫沖擊韌性、抗氫致裂紋(HIC)性能等有很高要求。非金屬夾雜物，尤其是長條狀夾雜物對其性能影響很大。這主要是因為(I)長條狀夾雜物對鋼板非軋制方向性能影響顯著，造成鋼材的各向異性；(2)HIC裂紋等大多在條狀(或串狀)夾雜物處形成，并由此擴展最終造成產(chǎn)品失效。MnS夾雜物在軋制過程中很容易延展為長條狀，因此這類鋼種要求將鋼中硫含量控制在很低含量水平。為了冶煉低硫鋼水，目前HSLA鋼煉鋼工藝主要采用鋁脫氧，高堿度、高Al2O3含量、還原性爐渣對鋼水進行二次精煉。原日本鋼管公司采用的精煉渣為CaO SiO2 =Al2O3 = 60% 10% :30%，神戶制鋼公司藤本英明等研究得到的合理渣系為CaO =SiO2 Al2O3 = 60 65% 4 6% 30 35% ;德國Dillingen公司選用的精煉渣系成分大約為60% Ca0-30% Al203-8% SiO2 ;國內寶鋼超低硫管線鋼LF脫硫后爐渣的主要參數(shù)有堿度>7,A1203>30%, (FeO+MnOXO. 5%。綜上所述，現(xiàn)有技術中精煉渣系的特點為(I)堿度(CaO/SiO2)在6以上；(2) Al2O3含量在25%以上。

采用鋁脫氧和上述高堿度、高Al2O3含量、還原性爐渣對鋼水進行精煉，鋼中的Al便與精煉渣或耐火材料中的MgO、CaO反應生成少量Mg、Ca進入鋼液，這些Mg、Ca進而促使鋁脫氧產(chǎn)物Al2O3經(jīng)歷Mg0-Al203、CaO-Al2O3-MgO或CaO-Al2O3系轉變，最終鋼中生成較多的Al2O3-CaO或CaO-CaS-Al2O3系夾雜物，包括一些低熔點的鈣鋁酸鹽(如12Ca0 · 7A1203、CaO · Al2O3 )。這些低熔點的鈣鋁酸鹽在后續(xù)軋制中同樣會延展為長條狀，造成高強度低合金鋼板延性、抗HIC等性能降低，嚴重影響其使用性能。隨著HSLA鋼強度的提高，夾雜物對鋼材性能的不利影響變得更加顯著。

發(fā)明內容
為了解決上述問題，本發(fā)明在出鋼鋁脫氧的基礎上，爐外精煉采用與目前廣泛使用的高堿度、高Al2O3含量爐渣顯著不同的精煉渣，通過爐渣-鋼液-夾雜物之間的反應，抑制夾雜物向Al2O3-CaO或CaO-CaS-Al2O3系轉變，將鋼中夾雜物組成控制為熔點較高
15000C )的CaO-MgO-Al2O3-SiO2系，在獲得良好脫氧、脫硫效果的同時，解決影響HSLA鋼板性能的夾雜物問題。為此，本發(fā)明的目的在于提出控制高強度低合金鋼中低熔點夾雜物的方法。其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、向鋼包出鋼，出鋼開始后向鋼包內鋼水中加入添加劑，其中添加劑包括鐵合金、鋁脫氧劑、緩釋脫氧劑、石灰；步驟二、在鋼包中進行LF精煉，控制爐渣的堿度(Ca0%/Si02%)范圍在3_6之間，具體的組元含量是將LF化渣后精煉渣成分的質量百分比控制為CaO 50% 65%、MgO 6% 12%、Al2O3 13% 26%、SiO2 9% 19%、(FeO+MnO)〈O. 5% ；步驟三、化渣結束后，進行鋼包底吹Ar氣強攪拌脫硫；步驟四、在強攪拌及隨后過程中進行爐渣-鋼液-夾雜物之間的反應。優(yōu)選地，所述鋁脫氧劑為鋁粒、鋁鐵合金或鋁錳鐵，所述緩釋脫氧劑為鋁粉和CaO混合物。優(yōu)選地，步驟一出鋼結束后鋼液中Al含量為O. 015% O. 08%。優(yōu)選地，出鋼過程中添加劑的添加在出鋼量為O 1/2內完成。優(yōu)選地，步驟三中Ar氣流量范圍為800Nl/min 1800Nl/min，優(yōu)選地，經(jīng)步驟三強攪拌后鋼液中硫含量在O. 003%以下。優(yōu)選地，經(jīng)步驟四的所述反應后鋼液中夾雜物的組成為CaO 26% 53%、MgO 9% 45%、Al2O3 :17% 34%、SiO2 8% 14%。本發(fā)明的優(yōu)點在于獲 得良好脫氧、脫硫效果的同時，將鋼中非金屬夾雜物的組成控制在CaO-MgO-Al2O3 (-SiO2)相圖較高熔點區(qū)域(彡1500°C )，夾雜物不易聚合且在后續(xù)軋制過程中變形較小，達到控制高強度低合金鋼板中大型長條狀夾雜物的目的。


圖1為與本發(fā)明實施例一中渣系平衡的HSLA鋼中非金屬夾雜物的典型形貌。圖2為與本發(fā)明實施例一中渣系相平衡的HSLA鋼中隨機觀察的夾雜物的成分在相圖中的分布。
具體實施例方式參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。本發(fā)明中控制高強度低合金鋼中低熔點夾雜物的方法是在各步驟中控制如下工藝參數(shù)步驟一、向鋼包出鋼，出鋼開始后向鋼包內鋼水中加入鐵合金(如，硅鐵、錳鐵等)、鋁脫氧劑(如，鋁粒、鋁鐵合金、鋁錳鐵等)、緩釋脫氧劑(如，鋁粉+CaO)、石灰等添加劑。其中，鋁的加入量須滿足出鋼結束后鋼液中Al含量(質量百分比)為O. 015% O. 08%，出鋼過程加料應在出鋼量為O 1/2內完成。步驟二、在鋼包中進行LF精煉，精煉過程中控制爐渣堿度(即Ca0/Si02的比值)范圍為3 6 ;經(jīng)LF化渣后精煉渣成分的質量百分比控制為CaO :50% 65%、Mg0 6% 12%、Al2O3 13% 26%、SiO2 9% 19%、(FeO+MnO) <0. 5%。步驟三、化渣結束后，進行鋼包底吹Ar氣強攪拌脫硫。
Ar流量范圍為800Nl/min 1800Nl/min，脫硫處理后鋼液硫含量能夠控制在O. 003% 以下。步驟四、在強攪拌及隨后過程中發(fā)生爐渣-鋼液-夾雜物之間的反應。LF精煉結束時鋼液中夾雜物的主要組成為CaO :26%_53%、MgO :9%_45%、Al2O3 17%-34%、SiO2 :8%-14%。以下根據(jù)一個實施例詳細描述本發(fā)明的技術方案，并結合具體試驗結果表明本發(fā)明技術方案的技術效果。具體實施例一步驟一、從210噸氧氣頂?shù)讖痛缔D爐向鋼包出鋼，在出鋼過程中加入鋁鐵1100kg，其中鋁鐵合金中鋁含量為40wt%，石灰900kg，螢石240kg，所有加料在出鋼量為1/4時完成；出鋼結束后鋼液中鋁含量為O. 04wt%。步驟二、LF精煉過程中爐渣堿度(即Ca0/Si02比值)為3. 5-5 ;化渣結束時爐渣組成(本實施例中取八個爐次的平均值)為CaO 54. 79wt% ；Si02 :12. 31wt% ；A1203 :21. 37wt% ；MgO 7. 82wt% ；T. Fe+MnO :0. 52wt%0步驟三、化渣結束后，進行鋼包底吹 Ar氣強攪拌脫硫，Ar流量為1200Nl/min，底吹時間為15分鐘。LF精煉結束時八個爐次鋼液的硫含量在O. 0006 O. 0018%之間。步驟四、在強攪拌及隨后過程中發(fā)生爐渣-鋼液-夾雜物之間的反應，LF精煉結束時鋼液中夾雜物屬于不易聚合且在后續(xù)軋制過程中變形較小的較高熔點夾雜物。圖1為LF精煉結束時HSLA鋼中非金屬夾雜物的典型形貌。夾雜物呈類球形，絕大多數(shù)尺寸在5μπι以下，組成為CaO-Al2O3-MgO-SiO2系，平均成分為=CaO:36. 32%，Al2O332. 09%, SiO2:11. 30%, MgO: 18. 45%, MnO:1. 81%。圖2為LF精煉結束時鋼中隨機觀察的43個夾雜物的成分在SiO2含量一定(夾雜物中SiO2含量變化很小)的CaO-MgO-Al2O3(-SiO2)偽三元相圖中的分布，圖中不同曲線所圍區(qū)域為相應溫度(°C)下的液相區(qū)域，“ ”表示單個夾雜物的化學組成?？梢妸A雜物成分分布比較分散，除少量夾雜物位于1500°C的液相區(qū)域內，大部分夾雜物進入了 1500°C以上的較高熔點區(qū)域。在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權利要求及其等同限定。
權利要求
1.一種控制高強度低合金(HSLA)鋼中低熔點夾雜物的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、向鋼包出鋼，出鋼開始后向鋼包內鋼水中加入添加劑，其中添加劑包括鐵合金、鋁脫氧劑、緩釋脫氧劑、石灰；步驟二、在鋼包中進行LF精煉，精煉過程中控制爐渣堿度范圍為3 6 ;經(jīng)LF化渣后精煉渣成分的質量百分比控制為CaO 50% 65%、MgO 6% 12%、Al2O3 13% 26%、SiO2 9% 19%、(FeO+MnO)〈O. 5% ；步驟三、化渣結束后，進行鋼包底吹Ar氣強攪拌脫硫；步驟四、在強攪拌及隨后過程中進行爐渣-鋼液-夾雜物之間的反應。
2.如權利要求1所述的控制高強度低合金鋼中低熔點夾雜物的方法，其特征在于，所述鋁脫氧劑為鋁粒、鋁鐵合金或鋁錳鐵，所述緩釋脫氧劑為鋁粉和CaO混合物。
3.如權利要求1所述的控制高強度低合金鋼中低熔點夾雜物的方法，其特征在于，步驟一出鋼結束后鋼液中Al含量為O. 015% O. 08%。
4.如權利要求1所述的控制高強度低合金鋼中低熔點夾雜物的方法，其特征在于，步驟一出鋼過程中添加劑的添加在出鋼量為O 1/2內完成。
5.如權利要求1所述的控制高強度低合金鋼中低熔點夾雜物的方法，其特征在于，步驟三中Ar氣流量范圍為800Nl/min 1800Nl/min。
6.如權利要求1所述的控制高強度低合金鋼中低熔點夾雜物的方法，其特征在于，步驟三強攪拌脫硫后鋼液中中硫含量在O. 003%以下。
7.如權利要求1所述的控制高強度低合金鋼中低熔點夾雜物的方法，其特征在于，經(jīng)步驟四的所述反應后鋼液中夾雜物的組成為CaO 26% 53%、MgO 9% 45%、Al2O3 :17% 34%、SiO2 8% 14%。
全文摘要
本發(fā)明提出一種控制高強度低合金鋼中低熔點夾雜物的方法，該方法包括以下步驟1.向鋼包出鋼，出鋼開始后向鋼包內鋼水加入添加劑，其中添加劑包括鐵合金、鋁脫氧劑、緩釋脫氧劑、石灰；2.在鋼包中進行LF精煉，精煉過程中爐渣堿度范圍為3～6；經(jīng)LF化渣后精煉渣成分的質量百分比為CaO50%～65%、MgO6%～12%、Al2O313%～26%、SiO29%～19%、(FeO+MnO)<0.5%；3.化渣結束后，進行鋼包底吹Ar氣強攪拌脫硫；4.在強攪拌及隨后過程中進行爐渣-鋼液-夾雜物之間的反應。本發(fā)明的優(yōu)點在于獲得良好脫氧、脫硫效果的同時，將鋼中非金屬夾雜物的組成控制在CaO-MgO-Al2O3(-SiO2)相圖較高熔點區(qū)域，夾雜物不易聚合且在后續(xù)軋制過程中變形較小，達到控制高強度低合金鋼板中大型長條狀夾雜物的目的。
文檔編號C21C7/064GK103045806SQ20131001388
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權日2013年1月15日
發(fā)明者于會香, 王新華, 姜敏, 黃福祥, 王萬軍 申請人:北京科技大學