CN101967535A - 一种在低合金钢中获得细小氧化物的合金丝及其制造方法与用途 - Google Patents

Abstract

一种在低合金钢中获得细小氧化物的合金丝及其制造方法与用途，属于低合金钢钢铁材料技术领域。该合金丝包裹的合金粉末以质量％计，包含Ti粉：10-50％、Mg粉：5～25％、Zr粉：5～25％、Al粉：2～10％中的一种或多种，余量为铁粉及不可避免的杂质，还应满足Ti粉/Mg粉≥4，Ti粉/Zr粉≥2、Ti/Al≥10。所述的合金粉末的粒度为1μm-1mm，包裹铁皮的厚度为0.2-1mm，合金丝经拉拔后的直径为1-8mm。优点在于，合金丝用于低合金钢炼钢生产过程中，能在钢中能获得大量弥散分布且粒度范围为0.5～3μm的细小含Ti氧化物。

Description

一种在低合金钢中获得细小氧化物的合金丝及其制造方法与用途

技术领域

本发明属于低合金钢钢铁材料技术领域，特别是涉及一种在低合金钢中获得细小氧化物的合金丝及其制造方法与用途，在炼钢过程中获得细小氧化物的合金丝。

背景技术

利用含Ti氧化物即所谓的“氧化物冶金”的技术思路可以显著提高钢在大线能量焊接条件下的低温韧性，这主要是由于Ti及Ti的复合氧化物具有促进晶内针状铁素体形核的能力，而晶内针状铁素体组织相互交错排列，韧性较高。但是Ti的氧化物是在钢液中形成，容易上浮和长大，如何在钢中获得细小的Ti氧化物和含Ti复合氧化物成为Ti氧化物冶金技术的关键。传统Al脱氧钢通过采用强脱氧剂Al来去除钢中的氧，钢中大部分氧化物被有效去除，无法在钢中获得细小的氧化物颗粒。

美国专利“含有细小氧化物的钢及其制造工艺”(公开号：US006129791A)介绍了细小的氧化物在钢中能有效抑止再加热过程中奥氏体晶粒的长大，但是未给出在工业生产条件下如何获得细小氧化物的方法。欧洲专利“大线能量焊接时具有优良低温韧性低合金高强钢”(公开号：EP 1052303A2)介绍了采用Ti-Mg复合的方法可以在试验钢中获得细小的氧化物粒子，但是该试验方法仅适用于实验室真空冶炼炉冶炼，中国专利“可大线能量焊接厚钢板制造过程中添加镁的方法”介绍了通过在铸模底部均匀铺垫NiMg合金的方法获得钢中稳定的Mg收得率从而形成Mg的细小氧化物，但是该方法也仅适合于实验室真空冶炼炉冶炼。中国专利“一种炼钢用钢水脱氧剂及其设备方法”(申请号：CN101020942A)介绍了一种含镁、稀土的合金丝，该合金丝主要用于钢水脱氧，无法获得大量细小的氧化物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在低合金钢中获得细小氧化物的合金丝及其制造方法与用途，一种廉价合金丝的制造方法，该合金丝通过喂丝机在炼钢过程中喂入，并在钢中形成大量弥散分布且细小的氧化物颗粒。

本发明的合金丝采用纯铁皮包裹合金粉末并拉拔成合金丝；

包裹的合金粉末中包含Ti粉：10-50％、Mg粉：5～25％、Zr粉：5～25％、Al粉：2～10％中的一种或多种，余量为铁粉及不可避免的杂质，还应满足按重量比Ti粉/Mg粉≥4，Ti粉/Zr粉≥2、Ti/Al≥10；

包裹合金粉末的粒度范围为1μm-1mm；

包裹纯铁皮的厚度为0.2-1mm；合金丝经拉拔后的直径为1-8mm。

本发明的是采用纯铁皮包裹合金粉末，再拉拔成直径为1-8mm的合金丝；

包裹的合金粉末中包含Ti粉：10-50％、Mg粉：5～25％、Zr粉：5～25％、Al粉：2～10％中的一种或多种，余量为铁粉及不可避免的杂质，还应满足按重量比Ti粉/Mg粉≥4，Ti粉/Zr粉≥2、Ti/Al≥10。

本发明合金丝的用途是用于在低合金钢炼钢过程中获得大量弥散分布且细小的氧化物颗粒，粒度范围0.5～3μm的细小含Ti氧化物颗粒。

本发明提供合金丝中包裹的合金粉末的成分设计理由如下：

Ti粉是本发明合金丝中包裹的主体合金粉末，Ti和钢中的氮、氧结合会形成氮化钛和氧化钛，但是Ti-O结合的能力大于Ti-N结合的能力，氧化钛优先于氮化钛形成。10％的Ti粉保证在钢液中获得足够的Ti的氧化物，超过50％的Ti时无法形成细小的Ti及Ti的复合氧化物，本发明控制Ti粉的含量为10～50％。

Mg粉添加到合金粉末中会促进钢液中形成Mg的氧化物以及Mg-Ti等复合氧化物，Mg有利于细化钢中的Ti的氧化物以及其它类型的氧化物夹杂，Mg粉含量最低满足5％时能起到细化氧化物的作用，但是当Mg粉含量超过25％时钢液中容易形成大量尺寸较大的Mg的氧化物。本发明控制Mg粉的含量为5～25％。

Zr粉添加到合金粉末中会促进钢液中形成Zr的氧化物以及Zr-Ti、Zr-Mg、Zr-Ti-Mg等复合氧化物，Zr的加入可以细化钢中Ti的氧化物以及其它类型的氧化物夹杂，Zr粉含量最低满足5％时能起到细化钢中氧化物的作用，但是当Zr粉含量超过25％时钢液中容易形成尺寸较大的Zr的氧化物。本发明控制Zr粉的含量为5～25％。

Al粉添加到合金粉末中可以促进钢液中形成Al的氧化物以及其它类型复合氧化物等，Al含量最低满足2％时可以促进复合氧化物的形成，还可以有效去除钢中多于的自由氧。Al含量超过10％时会形成尺寸较大的Al氧化物。本发明控制Al粉含量为2～10％。

Fe粉作为余量主要是由于降低了Ti、Mg、Zr、Al粉在钢液中的反应程度，同时Fe粉作为基体熔于钢液中不会改变钢液的成分。

本发明的特征在于上述包裹的合金粉末中按重量比Ti粉/Mg粉≥4，这主要是由于Ti粉/Mg粉＜4时，Mg细化Ti氧化物及其复合氧化物的效果欠佳；Ti粉/Zr粉≥2时，Zr细化Ti氧化物及其复合氧化物的效果最好，Ti/Al≥10时Al对氧化物的形成无明显影响，同时能有效去除钢液中多于的自由氧含量。

本发明提供合金丝包裹合金粉末的粒度范围以1μm-1mm为宜。合金粉末过细时，容易带来自燃、爆炸等运输、保存上的问题，同时由于团聚等原因在进入钢液是容易引起飞溅。合金粉末粗大时，合金丝带入钢液中的气体较多，同时影响合金的收得率。本发明提供的合金丝通过纯铁皮包裹合金粉末的方法获得，其中纯铁皮的厚度为0.2-1mm。合金丝与钢液接触时，首先是外层包裹的纯铁皮的熔化过程，随后是合金粉末进入到钢液中与钢液发生反应。纯铁皮过薄时(小于0.2mm)，合金丝进入钢液前就开始发生溶解，合金粉末主要在钢液表面发生反应，合金收得率较低。纯铁皮较厚时，合金丝的钢度较大，影响送丝速度，同时会造成未熔的铁皮留在钢中形成缺陷。

本发明的合金丝采用拉拔成型的方法拉拔成直径为1-8mm的合金丝。合金丝的直径小于1mm时，合金喂入量难以保证，送丝工艺要求复杂。合金丝直径大于8mm时，送丝速度较慢，合金粉末主要在钢液表面发生反应，收得率低。

本发明提供的合金丝可以通过喂丝机在钢包、中间包或结晶器喂入并获得应用。

本发明合金丝的制造方法可以产生如下有益效果：

采用本发明方法制造的合金丝用于低合金钢炼钢生产过程中，能在钢中能获得大量粒度范围0.5～3μm的细小含Ti氧化物颗粒，这些氧化物对钢的力学性能无明显影响，但在后续的焊接过程中能起到有益作用。

具体实施方式：

下面将通过不同的实施例和对比例的比较来描述本发明。这些实施例仅用于解释的目的，本发明不限于这些实施例中。

表1为实施例和对比例中各种合金丝的合金配比。这些合金丝均用于E36钢的制造过程中，E36钢基体的化学成分示于表2。E36钢加入实施例和对比例的合金丝后，取钢连铸坯的心部位置进行氧化物观察，并采用SEM能谱分析以及定量分析统计的方法统计了钢中的球形氧化物，钢中氧化物类型和平均粒度的统计结果示于表3。

由表1和表3可见，在相同的低合金钢中，加入本发明的各种合金丝时，钢中形成了大量粒度为0.5-3μm的含Ti氧化物。

表1 实施例与对比例合金丝中的合金粉配比(wt，％)

表2 E36钢基体的化学成分(wt，％)

C

Si

Mn

S

P

Al

Ti

Mg

Zr

0.10

0.30

1.40

0.004

0.015

＜0.005

＜0.001

＜0.001

＜0.001

表3实施例与对比例合金丝用于E36钢生产时形成氧化物的特征

实施例5

√

√

√

1.3

实施例6

√

√

√

1.5

实施例7

√

2.3

对比例1

√

√

√

4.2

对比例2

√

√

√

5.5

对比例3

√

√

√

6.0

对比例4

5.7

注：打“√”表示此类氧化物存在，对比例4中的氧化物主要为Si、Mn的氧化物。

Claims (3)

1.一种在低合金钢中获得细小氧化物的合金丝，其特征在于：采用纯铁皮包裹合金粉末并拉拔成合金丝；

包裹的合金粉末中包含Ti粉：10-50％ 、Mg粉：5～25％、Zr粉：5～25％、Al粉：2～10％中的一种或多种，余量为铁粉及不可避免的杂质，还应满足按重量比Ti粉/Mg粉≥4，Ti粉/Zr粉≥2、Ti/Al≥10；

包裹合金粉末的粒度范围为1μm-1mm；

包裹纯铁皮的厚度为0.2-1mm；

合金丝经拉拔后的直径为1-8mm。

2.一种制备权利要求1所述的合金丝的方法，其特征在于，采用纯铁皮包裹合金粉末，再拉拔成直径为1-8mm的合金丝；

包裹的合金粉末中包含Ti粉：10-50％、Mg粉：5～25％、Zr粉：5～25％、Al粉：2～10％中的一种或多种，余量为铁粉及不可避免的杂质，还应满足按重量比Ti粉/Mg粉≥4，Ti粉，/Zr粉≥2、Ti/Al≥10。

3.一种制备权利要求1所述的合金丝的用途，其特征在于，合金丝用于在低合金钢炼钢过程中获得大量弥散分布且细小的氧化物颗粒；粒度范围0.5～3μm。