本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高鎂合金結(jié)構(gòu)鋼，特別涉及一種提高鋼液中鎂元素收得率的方法。

背景技術(shù)：

鎂元素對(duì)去除鋼液中的夾雜物具有顯著的作用，主要是由于鎂與硫、氧都有很強(qiáng)的親合力，易形成含鎂的夾雜物，有助于加速夾雜物的上浮，改善鋼的潔凈度；其次鎂可以對(duì)夾雜物變性，使夾雜物無害化；此外鎂還可以凈化晶界、改善鋼的晶界強(qiáng)度從而提高鋼的性能。

由于金屬鎂的蒸氣壓很高，且在煉鋼溫度下鎂的反應(yīng)十分劇烈，至今尚未開發(fā)出比較好的向鋼中加鎂的工藝手段。目前，向鋼液中加入的鎂量都比較少且收得率都比較低，已有的加鎂工藝手段主要有以下幾種。

(1)沖入法

沖入法的操作最為簡(jiǎn)單，通常是采用塊狀含鎂鐵合金(一般為fesimg合金，即fesi合金中含有3～5wt％的mg)。

在初煉爐出鋼前加在鋼包內(nèi)，出鋼過程中利用鋼水沖擊將含鎂鐵合金混沖入鋼水。目前，人們所嘗試的鋼中加鎂處理通常采用這一方法，但是這種方法并不成功，存在的主要問題是鎂劇烈燃燒，造成出鋼過程白光沖天，致使出鋼過程無法操作，浪費(fèi)嚴(yán)重，鎂的吸收率極低且很不穩(wěn)定，因此沖入法的實(shí)際效果不佳。

(2)喂線法

喂線法是將密度較小，容易氧化的精煉劑做成線材，用喂線機(jī)將其投入鋼水深處，對(duì)鋼水進(jìn)行爐外精煉的一種方法，該方法在目前的球鐵生產(chǎn)中已有應(yīng)用。使用喂線法加鎂，采用的合金線可以是鎂及鎂合金線也可以是各種含鎂包芯線，芯劑可以是稀土鎂合金、高鎂合金、鈍化鎂粒等。方法存在的主要問題是在喂線過程中，鎂提前熔化汽化，造成鎂大量的以蒸氣形式外溢，致使鋼水劇烈翻滾，輕則與空氣接觸造成二次氧化，重則導(dǎo)致鋼水大翻事故，同樣無法在鋼水鎂處理中得到應(yīng)用，較早出現(xiàn)的壓入法也存在同樣問題。

(3)鎂合金加入法

目前市面上銷售的鎂合金一般鎂含量較高(15％以上)。加入到鋼液中以后會(huì)發(fā)生劇烈的反應(yīng)，操作的安全性低，鋼水的翻滾劇烈甚至發(fā)生噴濺、爆炸。因此，使用目前市面上銷售的金屬鎂，勢(shì)必要降低合金的原始投入量，同樣無法有效提高鋼液中的鎂含量。

鋼水鎂處理工藝的核心問題是，如何保證鋼水對(duì)加入的鎂具有較高的吸收率，即提高鎂在鋼液中的收得率，降低鎂在鋼液中的燒損量。這樣就不會(huì)造成鎂以蒸氣的形式大量溢出和燒損，鋼水也就不會(huì)劇烈翻滾，既保障了操作安全又保證了處理效果，還不會(huì)造成浪費(fèi)。為達(dá)到高的吸收率，就必須保證鎂蒸氣與鋼水保持較長(zhǎng)的接觸時(shí)間，因此鎂的氣化過程應(yīng)該被控制在鋼水的深處，這樣鎂蒸氣氣泡在上升的過程中能夠與鋼水充分接觸反應(yīng)，最理想狀況是在鎂蒸氣氣泡溢出鋼水之前，已經(jīng)與鋼中氧及夾雜物完全反應(yīng)而形成新的夾雜物。因此，如何將鎂元素成功加入到鋼液中并提高其在鋼液中的收得率是至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)，也是亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)目前鎂元素在鋼液中收得率低且加入技術(shù)所存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明通過使用加壓感應(yīng)爐裝置，以fe-ni-mg的合金形式將易揮發(fā)元素鎂加入鋼液中，從而增加鎂與鋼液的接觸時(shí)間。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種提高鋼液中鎂元素收得率的方法，該方法包括以下步驟：

a.將適量鐵粉與鎳粉按質(zhì)量比1:4～1:1混合，再與鎂粉混合，并壓鑄成型，獲得fe-ni-mg合金，其中鎂在合金中的質(zhì)量百分比為4～6％；

b.依據(jù)目標(biāo)鋼種的元素成分，計(jì)算所需原料的重量，配制冶煉原料，將冶煉原料裝入加壓感應(yīng)爐的坩堝中；其中冶煉原料包括工業(yè)純鐵、工業(yè)硅、金屬錳、金屬鉻、金屬鉬和釩鐵；原料的具體成分如表1所示

c.啟動(dòng)外部抽氣系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空；

d.待冶煉原料融化后通入氬氣，加壓至0.5～2mpa，然后將步驟a制得的fe-ni-mg合金由料倉(cāng)加料口分批次加入，每次加入不超過25g；每噸鋼液fe-ni-mg合金的加入量為13～16kg；

e.保壓30～40min后減壓出爐。待鋼樣完全冷卻后，對(duì)其成分進(jìn)行檢測(cè)。

表1實(shí)驗(yàn)原料成分/wt,％

本發(fā)明的提高鋼液中鎂元素收得率的方法，有益效果為：

(1)采用fe-ni-mg合金的加入形式，有效地節(jié)約了成本，同時(shí)也能使合金較好地進(jìn)入鋼液深處，以便鎂蒸氣氣泡在上升的過程中能夠與鋼水充分接觸反應(yīng)，可有效提高鎂在鋼液中的收得率。

(2)利用加壓感應(yīng)爐加壓有效地控制了鋼液中的鎂含量，提高了鎂在鋼液中的收得率，使整個(gè)操作過程能夠更加安全平緩的進(jìn)行，所制備的高鎂合金結(jié)構(gòu)鋼晶粒細(xì)化，網(wǎng)狀碳化物減少，在降低成本的情況下提高了鋼的耐磨性、強(qiáng)度韌性及疲勞壽命等性能。

附圖說明

圖1是氧含量隨時(shí)間變化規(guī)律圖。

圖2是各爐鋼硫、磷含量對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實(shí)施，下面結(jié)合具體實(shí)施例1～3對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。本實(shí)驗(yàn)中所選鋼種為合金結(jié)構(gòu)鋼(30crni2mova)，屬于低合金中碳結(jié)構(gòu)鋼，是一種亞共析鋼，具體成分如表2所示。

表2實(shí)驗(yàn)鋼種成分/wt,％

實(shí)施例1

一種提高鋼液中鎂元素收得率的方法包括以下步驟：

a.首先將鐵粉與鎳粉按1:4與鎂粉混合，并壓鑄成小塊狀，其中鎂占合金的6％。

b.將冶煉原料裝入加壓感應(yīng)爐的mgo坩堝中，原料包括工業(yè)純鐵、工業(yè)硅、金屬錳、金屬鉻、金屬鉬和釩鐵；

c.啟動(dòng)外部抽氣系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，真空度控制在10pa以內(nèi)；

d.待冶煉原料全部融化后開始通入氬氣，加壓至0.5mpa，然后將a中事先處理好的fe-ni-mg合金由料倉(cāng)加料口分批次加入，每次加入不超過25g，每噸鋼液fe-ni-mg合金的加入量為13kg；

e.保壓30min后減壓出爐，待鋼樣1^#完全冷卻后，對(duì)其成分進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表3所示；

f.將剩余的坯料重新加熱到900℃，保溫1h，隨爐冷卻到600℃，再將坯料加熱到1050℃，保溫3h，取出用油冷卻至室溫后重新加熱到350℃，保溫3h，后隨爐冷卻至室溫。

實(shí)施例2

一種提高鋼液中鎂元素收得率的方法包括以下步驟：

a.首先將鐵粉與鎳粉按1:1與鎂粉混合，并壓鑄成小塊狀，其中鎂占合金的4％。

b.將冶煉原料裝入加壓感應(yīng)爐的mgo坩堝中，原料包括工業(yè)純鐵、工業(yè)硅、金屬錳、金屬鉻、金屬鉬和釩鐵；

c.啟動(dòng)外部抽氣系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，真空度控制在10pa以內(nèi)，然后通入氬氣加壓至1.0mpa；

d.待冶煉原料融化后通入氬氣，加壓至1.0mpa，然后將a中事先處理好的fe-ni-mg合金由料倉(cāng)加料口分批次加入，每次加入不超過25g，每噸鋼液fe-ni-mg合金的加入量為16kg；

e.保壓40min后減壓出爐，待鋼樣2^#完全冷卻后，對(duì)其成分進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表3所示；

f.將剩余的坯料重新加熱到800℃，保溫2h，隨爐冷卻到500℃，再將坯料加熱到950℃，保溫2h，取出用油冷卻至室溫后重新加熱到450℃，保溫1h，后隨爐冷卻至室溫。

實(shí)施例3

一種提高鋼液中鎂元素收得率的方法包括以下步驟：

a.將鐵粉與鎳粉按1:1與鎂粉混合，并壓鑄成小塊狀，其中鎂占合金的4％。

b.將冶煉原料裝入加壓感應(yīng)爐的mgo坩堝中，原料包括工業(yè)純鐵、工業(yè)硅、金屬錳、金屬鉻、金屬鉬和釩鐵；

c.啟動(dòng)外部抽氣系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，真空度控制在10pa以內(nèi)，然后通入氬氣加壓至2.0mpa；

d.待冶煉原料融化后通入氬氣，加壓至2.0mpa，然后將a中事先處理好的fe-ni-mg合金由料倉(cāng)加料口分批次加入，每次加入不超過25g，每噸鋼液fe-ni-mg合金的加入量為16kg；

e.保壓40min后減壓出爐，待鋼樣3^#完全冷卻后，對(duì)其成分進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表3所示；

f.將剩余的坯料重新加熱到700℃，保溫4h，隨爐冷卻到400℃，再將坯料加熱到800℃，保溫1h，取出用油冷卻至室溫后重新加熱到200℃，保溫2h，后隨爐冷卻至室溫。

表3實(shí)驗(yàn)鋼成分分析/wt,％

由表3可以看出，三個(gè)爐次的鋼樣在2.0mpa以內(nèi)隨著壓力的增大鎂元素在鋼液中的收得率會(huì)顯著提高，通過加壓冶煉和凝固，有效地控制了鋼中的鎂含量，提高其利用率，進(jìn)一步發(fā)揮了鎂元素凈化鋼液、夾雜物變性和微合金化作用。

表4實(shí)施例性能測(cè)試結(jié)果

對(duì)各組實(shí)驗(yàn)的過程樣進(jìn)行氧含量分析，得到氧含量隨取樣時(shí)間變化規(guī)律如圖1，發(fā)現(xiàn)3組鋼起始氧含量相近，約為0.0070％，隨著取樣時(shí)間的延長(zhǎng)，3組中氧含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。2^#、3^#的氧含量要明顯低于3^#組，且氧含量趨于穩(wěn)定的時(shí)間要早于1^#組。這是由于2^#、3^#組采用鎂處理，鎂的脫氧能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋁，可以使2^#、3^#組的氧含量在短時(shí)間內(nèi)降到很低值，且鎂含量越高，脫氧效果越好。

分析1^#、2^#、3^#實(shí)驗(yàn)組中硫、磷的含量，如圖2所示。發(fā)現(xiàn)向鋼中加入鎂具有一定的脫硫、脫磷效果，且鎂含量越高，脫磷、脫硫的效果越好。

對(duì)實(shí)施例制備的30crni2mova鋼試樣進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4所示，由于鋼中加入了鎂，鋼的硬度、耐磨性、沖擊韌性、以及抗拉強(qiáng)度等性能得到了明顯的改善。

綜上所述，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。