一種超低鋁鋼及其冶煉方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于鋼鐵冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種超低鋁鋼及其冶煉方法。本發(fā)明采用鐵水預(yù)處理深脫S、P、轉(zhuǎn)爐脫碳、出鋼時(shí)硅錳脫氧合金化、吹氬排渣、鋼包精煉深脫O、S、P并進(jìn)行Ti、Ni、Mo、V等元素的微合金化、RH真空循環(huán)脫氣、軟吹氬和全保護(hù)澆鑄的生產(chǎn)路線；制備的超低鋁鋼有害元素含量低，特別是O和Al含量低，不生成脆性氧化鋁夾雜，鋼的抗沖擊耐疲勞性能高，適合用于高速軌道交通等對(duì)疲勞沖擊性能要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種超低鋁鋼及其冶煉方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及到一種超低鋁鋼及其冶煉方法。
【背景技術(shù)】[0002]鋼中的夾雜物特別是脆性?shī)A雜物是降低鋼疲勞壽命和抗沖擊性能的關(guān)鍵因素，已經(jīng)成為限制鋼鐵材料高端應(yīng)用的障礙；對(duì)于大多數(shù)鋼種，鋼中的脆性?shī)A雜物多為硬質(zhì)不變形的Al203、(Mg/Mn)0*Al203和TiN (CN)，對(duì)于夾雜物的去除與變形控制，現(xiàn)有技術(shù)從提高鋼的純凈度和夾雜物喂鈣處理變性?xún)蓚€(gè)主要的技術(shù)路線出發(fā)，最大限度的降低了氧化鋁系和氮化物系夾雜的危害；但是，現(xiàn)有技術(shù)的針對(duì)氧化鋁系夾雜的研究圍繞如何控制夾雜物目標(biāo)成分，即促使鋼中的氧化鋁和其它氧化物形成低熔點(diǎn)的復(fù)合化合物去除或使改變消除脆性而具有塑性，很顯然，如要從根本上消除氧化鋁類(lèi)夾雜，應(yīng)當(dāng)充分控制氧化鋁夾雜的形成條件，即研究如何控制鋼中溶解鋁和溶解氧的量，最大限度的控制脆性氧化鋁的形成條件，針對(duì)該技術(shù)路線，現(xiàn)有技術(shù)也更多地圍繞如何降低鋼中的氧含量即脫氧技術(shù)進(jìn)行了大量研究和設(shè)計(jì)，而新近的研究表明，在鋼中的氧含量降低到幾個(gè)至幾十個(gè)ppm (10_6)以后，鋼中溶解鋁含量的控制才是改變或消除氧化鋁形成及其危害的關(guān)鍵因素，但由于鋁是目前多數(shù)鋼種的脫氧因素，鋁元素也被人認(rèn)為是脫氧能力最強(qiáng)的元素之一；所以，在限制氧化鋁系列夾雜物的形成方面，關(guān)于鋼中鋁含量的控制的研究較少，針對(duì)鋼種開(kāi)發(fā)而言，對(duì)于抗疲勞、抗沖擊要求極高的鋼種，如高速鐵路關(guān)鍵部件，需要開(kāi)發(fā)鋁含量低或超低的純凈鋼，從溶解鋁含量和溶解氧含量?jī)蓚€(gè)方面去控制氧化鋁系夾雜的形成條件，因此，需要開(kāi)發(fā)一種超低鋁含量的鋼種及其夾雜物的控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種超低鋁鋼及其冶煉方法，從溶解鋁含量和溶解氧含量?jī)蓚€(gè)方面去控制氧化鋁系夾雜物的形成條件，從而控制鋼中氧化性?shī)A雜物的形成，同時(shí)通過(guò)優(yōu)化鋼的成分及鋼冶煉、精煉各階段的控制環(huán)節(jié)，控制鋼中有害元素0、S、P、H、N、As等有害元素含量，特別是消除脆性的氮化物和碳氮化物夾雜，從根本上提高鋼的耐疲勞和抗沖擊性能。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
一種超低鋁鋼，其特征在于超低鋁鋼的各化學(xué)成分，按質(zhì)量百分比計(jì)算為:
0.12% ≤ C ≤ 0.18%, 0.95% ≤ Si ≤ 1.05%, 1.15% ≤ Mn ≤ 1.25%, 0.02% ≤ Ti ≤ 0.03%,
0.10% ^ Ni ^ 0.20%, 0.20% ^ Mo ^ 0.30%, 0.02% ≤ V ≤ 0.03%, O ≤ P ≤ 0.010%,
S^0.010%, O ≤ Al ≤ 0.0015%, O ≤ O ≤ 0.0020%, O ≤ H ≤ 0.0010%, O ≤ N ≤ 0.0010%,余量為Fe ；
超低鋁鋼的各化學(xué)成分，最佳比例按質(zhì)量百分比計(jì)算為:C 0.15%, Si 1.00%, Mn
1.20%, Ti 0.02%, Ni0.15%, Mo 0.25%, V 0.03%, P ≤ 0.010%, S ≤ 0.010%, Al ( 0.0015%,O ≤ 0.0020%, H ≤ 0.0010%, N ≤ 0.0010%,余量為 Fe ；本發(fā)明的超低鋁鋼的冶煉方法，包括如下步驟:
(1)采用鐵水預(yù)處理深脫S、P；
(2)轉(zhuǎn)爐脫碳，出鋼時(shí)用無(wú)鋁硅鐵和錳鐵脫氧合金化；
(3)吹氬排渣，鋼包精煉深脫O、S、P并進(jìn)行T1、N1、Mo和V元素的微合金化；
(4)RH真空循環(huán)脫氣；
(5)真空處理后，鋼包軟吹氬15-25min后，鋼液溫度為1540_1560°C時(shí)，進(jìn)入澆鑄工序，采用全保護(hù)澆鑄。 [0005]每個(gè)主要冶煉步驟的具體指標(biāo)為:
所述步驟(1)中，鐵水預(yù)處理深脫S、p的特征在于:鐵水預(yù)處理采用鎂-石灰-螢石脫硫，拔渣后吹氧脫磷，將S和P分別控制在0.010%以下。
[0006]所述步驟(2)中，轉(zhuǎn)爐脫碳步驟的特征在于:鐵水預(yù)處理后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐脫碳升溫，通過(guò)石灰(70wt%)-硼泥(15wt%)-氧化鐵(15wt%)造洛，吹氧脫碳升溫，吹氧時(shí)間為12-18min，將碳含量控制在0.12%-0.18%范圍后，在1680°C下出鋼，出鋼過(guò)程用無(wú)鋁硅鐵和錳鐵進(jìn)行脫氧合金化，將鋼包內(nèi)鋼液中硅元素和錳元素的含量分別控制在:
0.95% ≤ Si ≤ 1.05%, 1.15% ≤ Mn ≤ 1.25% 范圍。
[0007]所述步驟(3)中，鋼包吹氬排渣、精煉及合金化的特征在于:鋼包進(jìn)入精煉工位后，采用底吹氬氣排渣，通過(guò)加入硅石-碳化鈣造酸性還原渣(堿度0.8-0.95，不穩(wěn)定氧化物(FeO+MnO)〈0.5%，A1203〈0.5%)進(jìn)一步脫0、S，然后通過(guò)喂絲法喂鈣進(jìn)行深脫O和S，將鋼中的氧降低到0.0020%以下，將鋼中的硫降低到0.010%以下，用無(wú)鋁的鐵合金進(jìn)行T1、N1、Mo、V元素的微合金化。
[0008]所述步驟(4)中，真空處理步驟的特征在于:微合金化后鋼包進(jìn)入RH真空站處理，采用低于0.1Pa的高真空進(jìn)行循環(huán)脫氣處理，真空處理將氫、氮、氧含量控制在H ≤ 0.0010%, N ≤ 0.0010%, O ≤ 0.0020%。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
I)本發(fā)明提出的超低鋁鋼，通過(guò)同時(shí)降低鋼中的溶解鋁和溶解氧，可以消除鋼凝固過(guò)程中形成的Al2O3夾雜，研究證明，在本發(fā)明給出的O和Al含量范圍內(nèi)，溶解的氧和鋁不會(huì)在凝固過(guò)程中形成Al2O3夾雜，徹底消除了 Al2O3系夾雜可能帶來(lái)的危害。
[0010]2)本發(fā)明鋼包精煉過(guò)程造無(wú)氧化鋁的酸性還原渣精煉，提高鋁脫氧的能力，并最大限度的控制了爐渣的低氧化性，保證了精煉渣脫硫能力，結(jié)合鐵水預(yù)處理脫硫脫磷，可以將鋼中有害的S、P元素降低到無(wú)害化水平。
[0011]3)本發(fā)明通過(guò)轉(zhuǎn)爐造雙渣冶煉、爐外精煉造無(wú)鋁渣、以及RH循環(huán)脫氣，可以將鋼中氣體含量降低到無(wú)害化水平，H < 0.0010%,N ^ 0.0010%，可以消除H和N的危害，特別是消除鋼中形成氮化物夾雜的條件，提高鋼材的抗疲勞、耐沖擊性能。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述；實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不是以任何方式來(lái)限制本發(fā)明。
[0013]實(shí)施例1
本實(shí)施例冶煉的低鋁鋼鋼種的目標(biāo)成分為(重量百分比):0.12%≤C≤0.18%，0.95% ≤ Si ≤ 1.05%, 1.15% ≤ Mn ≤ 1.25%, 0.02% ≤ Ti ≤0.03%, 0.10% ≤ Ni ≤ 0.20%,
0.20% ^ Mo ^ 0.30%, 0.02% ≤ V ≤ 0.03%, O ≤ P ≤ 0.010%, O ≤ S ≤ 0.010%,O ≤ Al ≤ 0.0015%,O ≤ O ≤ 0.0020%,O ≤ H ≤ 0.0010%,O ≤ N ≤ 0.0010%，余量為 Fe。
[0014]最佳控制成分為(重量百分比):C0.15%, Si 1.00%, Mn 1.20%, Ti 0.02%,Ni0.15%, Mo 0.25%, V 0.03%, P^0.010%, S^0.010%, Al ( 0.0015%, 0^ 0.0020%,H ≤ 0.0010%，N ≤0.0010%，余量為 Fe。
[0015]冶煉的步驟如下:
鐵水預(yù)處理:鐵水預(yù)處理在100噸鐵水包內(nèi)先采用鎂-石灰-螢石脫硫，脫硫劑按每噸鐵水20kg采用噴吹-攪拌的方法實(shí)施，完后拔渣，加入氧化鐵和石灰，吹氧脫磷，氧化鐵按每噸鐵水5kg，石灰按每噸鐵水20kg加入，吹氧脫磷后拔渣，取樣做成分分析，測(cè)得硫磷含量分別為:0.004%和0.005%，該步驟通過(guò)雙渣法，將S和P控制在0.010%以下，達(dá)到入轉(zhuǎn)爐的要求。
[0016]轉(zhuǎn)爐吹氧脫碳升溫:鐵水預(yù)處理后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐脫碳升溫，轉(zhuǎn)爐冶煉采用純鐵水冶煉，根據(jù)碳含量為1.95%,確定吹氧脫碳時(shí)間為15min,降槍吹氧的同時(shí)加入造洛材料造洛,造渣料總量為6噸，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成為:石灰(70%)-硼泥(15%)-氧化鐵(15%)，分兩批次加入，為冶煉初期加3噸，冶煉中期加3噸的分段造渣法；吹氧脫碳升溫，將碳含量控制在
0.12%-0.18%范圍(目標(biāo)值C 0.15%)后，在1680°C下出鋼，出鋼過(guò)程用無(wú)鋁硅鐵和錳鐵進(jìn)行脫氧合金化，根據(jù)鋼水中已有的S1、Mn元素含量和鋼液中氧含量，補(bǔ)加無(wú)鋁硅鐵lOOOKg，錳鐵1250Kg進(jìn)行預(yù)脫氧和硅錳元素的合金化，將鋼包內(nèi)鋼液中硅元素和錳元素的含量分別控制在:1.00%≤Si≤1.05%, 1.20%≤Mn≤1.25%范圍。
[0017]鋼包吹IS排洛、精煉及合金化:鋼包進(jìn)入精煉工位后，采用底吹IS氣硬吹排洛，拔渣后通過(guò)加入200Kg的硅石(80%)-碳化鈣(20%)造酸性還原渣(控制渣的二元堿度范圍
0.8-0.95，渣中不穩(wěn)定氧化物含量低，包括:(FeO+MnO) <0.5%，A1203〈0.5%)，酸性還原渣進(jìn)一步脫O、S，并有利于吸收鋼中的氧化鋁，從而進(jìn)一步降低鋼中氧和鋁的含量；造渣精煉結(jié)束后通過(guò)喂絲法喂鈣進(jìn)行深脫O和S，喂絲量為300米鈣線，將鋼中的氧降低到0.0020%以下，將鋼中的硫降低到0.010%以下，最后用無(wú)鋁的鐵合金進(jìn)行T1、N1、Mo、V元素的微合金化。
[0018]真空循環(huán)脫氣精煉:微合金化后鋼包進(jìn)入RH真空站處理，采用低于0.1Pa的高真空進(jìn)行循環(huán)脫氣處理，真空處理將氫、氮、氧含量控制在HS 0.0010%, N^0.0010%,O ≤ 0.0020%。
[0019]真空處理后，鋼包軟吹氬20min，溫度在1550°C后吊包后到連鑄工序，吊包進(jìn)入澆鑄工序，采用全保護(hù)澆鑄，在一機(jī)一流的直徑400mm的圓坯連鑄機(jī)上澆鑄，拉坯速度為
0.4m/min。
[0020]對(duì)鑄坯取樣分析，其成分完全符合目標(biāo)成分控制范圍，鋼中沒(méi)有檢測(cè)到脆性的氧化鋁系和氮化物、碳氮化物夾雜物，經(jīng)軋制后，進(jìn)行鋼的力學(xué)性能試驗(yàn)，測(cè)得抗拉強(qiáng)度1290~1300MPa，屈服強(qiáng)度945~950MPa，伸長(zhǎng)率為15~15.5%，沖擊功Aku 52~54J。
【權(quán)利要求】
1.一種超低鋁鋼，抗拉強(qiáng)度129(Tl300MPa，屈服強(qiáng)度945~950MPa，伸長(zhǎng)率為15~15.5%，沖擊功Aku 52~54J，其特征在于:所述超低鋁鋼的化學(xué)成分，按質(zhì)量百分比計(jì)算為:0.12% ≤ C ≤ 0.18%, 0.95% ≤ Si ≤ 1.05%, 1.15% ≤ Mn ≤ 1.25%, 0.02% ≤ Ti ≤ 0.03%,0.10% ^ Ni ^ 0.20%, 0.20% ^ Mo ^ 0.30%, 0.02% ≤ V ≤ 0.03%, O ≤ P ≤ 0.010%,O ^ S ^ 0.010%, O ≤ Al ≤ 0.0015%, O ≤ O ≤ 0.0020%, O ≤ H ≤ 0.0010%, O ≤ N ≤ 0.0010%,余量為Fe。
2.如權(quán)利要求1所述的一種超低鋁鋼，其特征在于:超低鋁鋼的化學(xué)成分，按質(zhì)量百分比計(jì)算為:C 0.15%, Si 1.00%, Mn 1.20%, Ti 0.02%, Ni0.15%, Mo 0.25%, V 0.03%,P ≤ 0.010%, S ≤ 0.010%, Al ( 0.0015%, O ≤ 0.0020%, H ≤ 0.0010%, N ≤ 0.0010%，余量為Fe。
3.如權(quán)利要求1所述的一種超低鋁鋼的冶煉方法，其特征在于包括如下步驟: (1)采用鐵水預(yù)處理深脫S、P； (2)轉(zhuǎn)爐脫碳，出鋼時(shí)用無(wú)鋁硅鐵和錳鐵脫氧合金化； (3)吹氬排渣，鋼包精煉深脫O、S、P并進(jìn)行T1、N1、Mo和V元素的微合金化； (4)RH真空循環(huán)脫氣； (5)鋼包軟吹氬排渣，進(jìn)入澆鑄工序，采用全保護(hù)澆鑄。
4.如權(quán)利要求3所述的一種超低鋁鋼的冶煉方法，其特征在于:步驟I所述的采用鐵水預(yù)處理深脫S、P指:鐵水預(yù)處理采用鎂-石灰-螢石脫硫，拔渣后吹氧脫磷，將S和P控制在0.010%以下。
5.如權(quán)利要求3所述的一種超低鋁鋼的冶煉方法，其特征在于:步驟2所述的轉(zhuǎn)爐脫碳，出鋼時(shí)用無(wú)鋁硅鐵和錳鐵脫氧合金化指:鐵水預(yù)處理后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐脫碳升溫，造渣的同時(shí)吹氧脫碳升溫，吹氧時(shí)間為12-18min，將碳含量控制在0.12%-0.18%范圍后，在1680°C下出鋼，出鋼過(guò)程用無(wú)鋁硅鐵和錳鐵進(jìn)行脫氧合金化，將鋼包內(nèi)鋼液中硅元素和錳元素的含量分別控制在:0.95%≤Si≤1.05%, 1.15%≤Mn≤1.25%范圍。
6.如權(quán)利要求5所述的一種超低鋁鋼的冶煉方法，其特征在于:所述的造渣是采用石灰(70wt%)-硼泥(15wt%)-氧化鐵(15wt%)進(jìn)行造洛。
7.如權(quán)利要求3所述的一種超低鋁鋼的冶煉方法，其特征在于:步驟3所述的吹氬排渣，鋼包精煉深脫O、S、P并進(jìn)行T1、N1、Mo和V元素的微合金化指:鋼包進(jìn)入精煉工位后，采用底吹氬氣排渣，造酸性還原渣進(jìn)一步脫O、S，還原渣堿度0.8-0.95，不穩(wěn)定氧化物(FeO+MnO)〈0.5%，A1203〈0.5%，然后通過(guò)喂絲法喂鈣進(jìn)行深脫O和S，將鋼中的氧降低到0.0020%以下，將鋼中的硫降低到0.010%以下，用無(wú)鋁的鐵合金進(jìn)行T1、N1、Mo、V元素的微合金化。
8.如權(quán)利要求7述的一種超低鋁鋼的冶煉方法，其特征在于:通過(guò)加入80wt%硅石-20wt%碳化鈣造酸性還原渣。
9.如權(quán)利要求3所述的一種超低鋁鋼的冶煉方法，其特征在于:步驟4所述的RH真空循環(huán)脫氣指:微合金化后鋼包進(jìn)入RH真空站處理，采用低于0.1Pa的高真空進(jìn)行循環(huán)脫氣處理，真空處理將氫、氮、氧含量控制在H≤0.0010%, N≤0.0010%, O≤0.0020%。
10.如權(quán)利要求3所述的一種超低鋁鋼的冶煉方法，其特征在于:步驟5所述的鋼包軟吹氬排渣，進(jìn)入澆鑄工序，采用全保護(hù)澆鑄指:真空處理后，鋼包軟吹氬15-25min后，鋼液溫度為1540-1560°C，進(jìn)入澆鑄工序，采用全保護(hù)澆鑄。
【文檔編號(hào)】C21C7/10GK103643117SQ201310667982
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】李桂榮, 王宏明 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)