本發(fā)明涉及一種合金粉包芯線。
背景技術(shù)：
我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)正處于歷史上最高峰時(shí)期，未來幾年內(nèi)，預(yù)計(jì)我國年鋼產(chǎn)量將達(dá)到18億噸，包芯線市場將達(dá)到50億元以上。根據(jù)國際鋼鐵協(xié)會統(tǒng)計(jì)，2011年世界各國的鋼產(chǎn)總量達(dá)到16億噸，增幅15%；而中國以7億噸的產(chǎn)量蟬聯(lián)世界第一，另外，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)日益趨向高參數(shù)、輕量化及大型化，對鋼鐵材料性能的要求強(qiáng)度更高、韌性更優(yōu)良，包芯線喂線處理技術(shù)對此起著不可缺少非常重要的作用。
獲得更高純凈度、更高均勻性的產(chǎn)品是目前鋼鐵生產(chǎn)和研究的熱點(diǎn)，也是冶金技術(shù)的發(fā)展方向。就目前的生產(chǎn)技術(shù)條件，鋼中雜質(zhì)元素含量的控制已經(jīng)達(dá)到較高水平(鋼中雜質(zhì)總量:S+P+N+H+T?O≤100×10-6)，而隨著鋼水中雜質(zhì)元素含量的進(jìn)一步降低，鋼中夾雜物對鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)生的不良影響作用就更加明顯，因此，根據(jù)產(chǎn)品的不同質(zhì)量要求來控制和改善鋼中夾雜物的性狀就顯得尤為重要。
最為典型、應(yīng)用最為廣泛的夾雜物變性處理技術(shù)是鋁脫氧鋼的鈣處理。鈣處理可以將鋼中Al2O3 夾雜轉(zhuǎn)變成低熔點(diǎn)的復(fù)合氧化物，有利于其聚合長大從鋼水中排除，不僅可以防止水口凍結(jié)，而且可以減少鋼中氧化物夾雜的數(shù)量；同時(shí)，滯留在鋼中的夾雜物其形狀幾乎為圓形并無規(guī)則地分布于鋼中，可以減輕對鋼性能的危害。但是鈣處理存在的問題是：雖然鋼中氧化物夾雜的數(shù)量可以大幅度減少，但殘留下來的夾雜物往往尺寸比較大，由于CaO ?Al2O3夾雜物不易變形，軋制過程中會在夾雜物周圍沿變形方向形成微裂紋、空洞，導(dǎo)致鋼的一系列性能的惡化。特別是那些對于疲勞性能有苛刻要求的鋼種，在生產(chǎn)中則不允許采用鈣處理。對于更高質(zhì)量要求的純凈鋼產(chǎn)品，尋找新的夾雜物變性手段，以減輕和消除鋁脫氧鋼中夾雜物所造成的危害，已經(jīng)成為鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)中一個(gè)迫切需要解決的問題。
在煉鋼溫度下鎂不僅與氧和硫具有極好的親和力，而且還具有極強(qiáng)的對夾雜物形態(tài)與尺寸的控制能力。對于鋁脫氧鋼，鎂處理在進(jìn)一步降低鋼中的溶解氧的同時(shí)，可以將鋼中的Al2O3夾雜變?yōu)楦呷埸c(diǎn)的MgO ?Al2O3，由于其在鋼水中以固態(tài)存在，沒有聚合長大的過程，因此，其氧化物夾雜的尺寸可以非常細(xì)小，彌散分布于鋼中。研究表明鋼中存在的MgO?Al2O3夾雜尺寸可以控制在5μm以內(nèi)，對鋼的力學(xué)性能基本沒有負(fù)面影響。同樣，鋼中加鎂在進(jìn)一步降低硫含量的同時(shí)，使鋼中硫化物以細(xì)小的MgS或MgS-MnS的形式存在，減輕因MnS夾雜對鋼性能帶來的影響。
雖然對鋼水采用鎂處理的優(yōu)點(diǎn)非常突出，但是，由于鎂元素自身特點(diǎn)（低熔點(diǎn)，650℃；低沸點(diǎn)，1080℃；高的蒸氣壓，煉鋼溫度1600℃時(shí)大于2.0Mpa），在沒有有效的鎂加入方法之前，在煉鋼生產(chǎn)過程中，對鋼水進(jìn)行鎂處理還存在很大困難。
鈣處理是目前特殊鋼冶煉的必需工藝，鋼水鈣處理是以噴射冶金方法或喂線法將金屬鈣或合金加入鋼液深部，達(dá)到脫氧、脫硫、使非金屬夾雜變性等冶金效果的爐外精練技術(shù)。由于金屬鈣的熔點(diǎn)低（838℃），沸點(diǎn)也低（1450℃），在鋼液中的溶解度很?。ó?dāng)1600℃、鈣蒸汽壓為0.186MPa時(shí)為0.03%），鈣的密度也很?。?.55g/cm3），加入鋼液中極易上浮到鋼渣表面上與空氣中的氧及渣液中的氧化物反應(yīng)而燒損掉。故一般使用含金屬鈣的包芯線如CaSi包芯線（Ca28%～32%）或cafe包芯線（Ca約30%,Fe約70%），且處理時(shí)要盡量加到金屬液深部，利用金屬液的靜壓，使鈣在變成鈣氣泡之前即與鋼中的氧、硫等起反應(yīng)，不至于一加進(jìn)去就變成鈣氣泡上浮損失掉。盡管如此，金屬鈣的收得率仍僅有7～18%左右，大量的金屬鈣都無謂浪費(fèi)了。經(jīng)過大量的研究發(fā)現(xiàn)，由粉劑（硅鈣粉或金屬鈣、鐵粉）組成的包芯線進(jìn)入鋼包后，在高溫的作用下已經(jīng)軟化，即使較高的喂線速度，包芯線也無法穿透高溫鋼水進(jìn)入深部，大多位于鋼水的上部,很容易形成鈣氣泡上浮到鋼渣表面而燒損掉。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)心金屬鈣以及含多種元素的鎂稀土合金的復(fù)合包芯線，通過采用包芯線的方法來加入到微合金化鋼中可以使鈣、鎂處理過程平穩(wěn)并獲得較高吸收率，使目前面臨的問題得到較好解決。并且，保存時(shí)間更長，收得率更加穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案：
一種實(shí)心金屬鈣以及含多種元素的鎂稀土合金的復(fù)合包芯線，該包芯線外層為0.3-0.5毫米厚普通鋼帶，芯層包括稀土鎂合金粉末層、中間保護(hù)層和實(shí)芯金屬鈣線，實(shí)芯金屬鈣線由中間保護(hù)層包裹，稀土鎂合金粉末層包裹中間保護(hù)層，實(shí)芯金屬鈣線與稀土鎂合金粉末層的質(zhì)量比為1:2~5，稀土鎂合金粉末的粒度小于3mm，按質(zhì)量百分比稀土鎂合金粉末由以下的元素組分構(gòu)成：
Mg 10~20%，
Ca 0.5~2.5%，
Al 1.0~2.5%，
Si 25~35%，
Ti 1~2.5%，
Ba 0.5~3.5%，
Mn 2.5~5.0%，
Nb 0.5~1.0%，
V 0.5~1.0%，
稀土元素 1.0~5.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 余量。
作為優(yōu)選，稀土鎂合金粉末按質(zhì)量百分比由以下的元素組分構(gòu)成：
Mg 12~15%，
Ca 1.0~2.0%，
Al 1.5~2.0%，
Si 28~32%，
Ti 1.5~2.0%，
Ba 1.0~3.0%，
Mn 3.0~4.0%，
Nb 0.5~1.0%，
V 0.5~1.0%，
稀土元素 1.0~5.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 余量。
作為優(yōu)選，稀土鎂合金粉末的粒度為0.1~2.0mm。
本發(fā)明加入鋁可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。加入錳不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能。加入鈦使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時(shí)效敏感性和冷脆性。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。
Ba是活性元素，可降低鋼水中夾雜物含量、增加了鋼水的流動，使鋼水更加均勻。復(fù)合使用Ca、Ba脫氧，其產(chǎn)物可形成多元互溶體，降低脫氧產(chǎn)物的活度和熔點(diǎn)。Ba可以起到促進(jìn)Ca的作用，有利于脫氧進(jìn)行，使鋼液凈化效果更好，有利于鋼中夾雜物聚集上浮。復(fù)合使用Ca、Ba脫氧，反應(yīng)產(chǎn)物為低熔點(diǎn)的復(fù)合氧化物，有利于鋼中夾雜物聚集上浮。并且能降低脫氧產(chǎn)物的活度和熔點(diǎn)，有利于脫氧進(jìn)行，使鋼液凈化效果更好。
本發(fā)明應(yīng)用于包芯線。外層為0.3-0.5毫米厚普通鋼帶，心部為稀土鎂合金粉末，介于兩者之間的是具有隔熱功能的粉料層。采用上述結(jié)構(gòu)的鎂芯包芯線可以通過調(diào)整粉料層的厚度和物性來調(diào)整其導(dǎo)熱效果，從而調(diào)整喂線處理過程中鎂芯線的溫度，防止其提前熔化汽化，以達(dá)到將鎂送入鋼水預(yù)定深度的目的，這樣就可以使鎂處理過程平穩(wěn)并獲得較高吸收率，使目前面臨的問題得到較好解決。 采用稀土鎂芯包芯線處理，加鎂過程比采用普通結(jié)構(gòu)含鎂包芯線平穩(wěn)，鎂可以有效的加入鋼水中，并獲得比較穩(wěn)定的收得率。 經(jīng)過鎂處理后，鋼中夾雜物類型、形態(tài)和尺寸明顯變化。大尺寸的Al2O3 夾雜轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的MgO?Al2O3，同時(shí)使鋼中MnS夾雜以細(xì)小的MgS或MgS-MnS的形式存在。通過采用稀土鎂包芯線的方法來加入鎂不僅能夠解決回收率低的問題，而且還解決加鎂過程中鋼水大翻滾問題，開發(fā)稀土鎂包芯線應(yīng)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
采用中間保護(hù)層（鋼殼）、里層實(shí)芯金屬鈣線的特殊結(jié)構(gòu)，使得包芯線的高溫強(qiáng)度大大提高，極大提高了包芯線的穿透能力，使得金屬鈣能夠真正地加入到鋼水深部，利用鋼水靜壓，使金屬鈣在變成氣泡以前即與鋼中氧、硫等反應(yīng)，大大提高金屬鈣收得率；另外金屬鈣的比表面積大大縮小，因此降低了金屬鈣的氣化速度，增加了金屬鈣被鋼水吸收的時(shí)間，因而能在鋼液取得更高的回收率且穩(wěn)定。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種實(shí)心金屬鈣以及含多種元素的鎂稀土合金的復(fù)合包芯線，該包芯線外層為0.3-0.5毫米厚普通鋼帶，芯層包括稀土鎂合金粉末層、中間保護(hù)層和實(shí)芯金屬鈣線，實(shí)芯金屬鈣線由中間保護(hù)層包裹，稀土鎂合金粉末層包裹中間保護(hù)層，實(shí)芯金屬鈣線與稀土鎂合金粉末層的質(zhì)量比為1:3，稀土鎂合金粉末的粒度小于3mm，按質(zhì)量百分比稀土鎂合金粉末由以下的元素組分構(gòu)成：
Mg 10%，
Ca 2.0%，
Al 1.5%，
Si 25%，
Ti 2.0%，
Ba 3.0%，
Mn 4.0%，
Nb 1.0%，
V 0.5%，
稀土元素 2.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 余量。
此種包芯線在精煉后期以一定的放線速度插到鋼液中， Mg的回收率平均35%，喂線后Ca的收得率比較穩(wěn)定，平均收得率為30％，平均脫硫率26％，最高脫硫率33％，最低硫含量0.006％，平均脫氧率20％，最低氧含量0.00082％，喂線后鋼水澆注正常，鑄坯質(zhì)量良好，表明本發(fā)明實(shí)心金屬鈣包芯線還可以促進(jìn)夾雜物變性，凈化鋼水和改善鋼水澆注性能，并且可以消除中間包和連鑄過程中的水口結(jié)瘤現(xiàn)象。
實(shí)施例2
一種實(shí)心金屬鈣以及含多種元素的鎂稀土合金的復(fù)合包芯線，該包芯線外層為0.3-0.5毫米厚普通鋼帶，芯層包括稀土鎂合金粉末層、中間保護(hù)層和實(shí)芯金屬鈣線，實(shí)芯金屬鈣線由中間保護(hù)層包裹，稀土鎂合金粉末層包裹中間保護(hù)層，實(shí)芯金屬鈣線與稀土鎂合金粉末層的質(zhì)量比為1:3，稀土鎂合金粉末的粒度小于3mm，按質(zhì)量百分比稀土鎂合金粉末由以下的元素組分構(gòu)成：
Mg 15%，
Ca 2.5%，
Al 2.0%，
Si 30%，
Ti 25%，
Ba 2.0%，
Mn 3.0%，
Nb 1.0%，
V 0.5%，
稀土元素 2.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 余量。
此種包芯線在精煉后期以一定的放線速度插到鋼液中， Mg的回收率平均35%，喂線后Ca的收得率比較穩(wěn)定，平均收得率為30％，平均脫硫率26％，最高脫硫率33％，最低硫含量0.006％，平均脫氧率20％，最低氧含量0.00082％，喂線后鋼水澆注正常，鑄坯質(zhì)量良好，表明本發(fā)明實(shí)心金屬鈣包芯線還可以促進(jìn)夾雜物變性，凈化鋼水和改善鋼水澆注性能，并且可以消除中間包和連鑄過程中的水口結(jié)瘤現(xiàn)象。
實(shí)施例3
一種實(shí)心金屬鈣以及含多種元素的鎂稀土合金的復(fù)合包芯線，該包芯線外層為0.3-0.5毫米厚普通鋼帶，芯層包括稀土鎂合金粉末層、中間保護(hù)層和實(shí)芯金屬鈣線，實(shí)芯金屬鈣線由中間保護(hù)層包裹，稀土鎂合金粉末層包裹中間保護(hù)層，實(shí)芯金屬鈣線與稀土鎂合金粉末層的質(zhì)量比為1:3，稀土鎂合金粉末的粒度小于3mm，按質(zhì)量百分比稀土鎂合金粉末由以下的元素組分構(gòu)成：
Mg 18%，
Ca 1.5%，
Al 2.0%
Si 30%，
Ti 1.5%，
Ba 2.5%，
Mn 3.0%，
Nb 1.0%，
V 0.5%，
稀土元素 2.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 余量。
此種包芯線在精煉后期以一定的放線速度插到鋼液中， Mg的回收率平均35%，喂線后Ca的收得率比較穩(wěn)定，平均收得率為30％，平均脫硫率26％，最高脫硫率33％，最低硫含量0.006％，平均脫氧率20％，最低氧含量0.00082％，喂線后鋼水澆注正常，鑄坯質(zhì)量良好，表明本發(fā)明實(shí)心金屬鈣包芯線還可以促進(jìn)夾雜物變性，凈化鋼水和改善鋼水澆注性能，并且可以消除中間包和連鑄過程中的水口結(jié)瘤現(xiàn)象。