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CN106521083A - 镁钙铝铁合金包芯线芯料及其应用 - Google Patents

镁钙铝铁合金包芯线芯料及其应用 Download PDF

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CN106521083A CN201610996794.0A CN201610996794A CN106521083A CN 106521083 A CN106521083 A CN 106521083A CN 201610996794 A CN201610996794 A CN 201610996794A CN 106521083 A CN106521083 A CN 106521083A
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刘辉
王阳
成娟
杨乾坤
张东
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Abstract

本发明公开了一种镁钙铝铁合金包芯线芯料及其应用，一种镁钙铝合金包芯线芯料，其特征在于，其化学成分按如下质量百分比配置制成：镁含量为6～25wt.％，钙含量为5～24wt.％，铝的含量为5～35wt.％，其余为铁及不可避免的杂质，且其中镁和钙的质量比为：(6:11)～(18:11)之间。在钢液精炼时，采用镁钙铝合金包芯线芯料制成包芯线加入钢液中，对含硫钢中的硫化物进行改质处理。在精炼时，喂入本发明镁钙铝合金包芯线芯料制成包芯线能有效调控硫化物的形态，改善钢的易切削性和综合性能。

Description

镁钙铝铁合金包芯线芯料及其应用
技术领域
本发明涉及一种包芯线的芯料及其在钢液精炼处理工艺中的应用，特别是涉及一种含镁钙的复合材料包芯线的芯料及其在钢液精炼处理工艺中的应用，应用于钢铁冶金技术领域。
背景技术
钢加入一定量的硫可以改善切削性能。目前含硫钢主要包括含硫量为0.02wt.％～0.04wt.％的齿轮钢、含硫量为0.03wt.％～0.08wt.％的非调质钢、含硫量为0.08wt.％～0.4wt.％的易切削钢等。含硫钢通常含一定的锰元素，通过控制钢中锰硫比来改善钢的热脆现象。含硫钢中硫化物夹杂的形态决定了钢的易切削性能的好坏，尤其A类夹杂物的形态是钢的易切削性能的主要影响因素，也是含硫钢品质高低(评级)的重要判断依据。如若含硫钢改质好,在光学显微镜下钢中夹杂物(轧材或锻件)的长宽比通常小于3，硫化物通常呈球状或椭球状；如硫化物改质不好，则通常为细长条形态，长宽比通常大于3，甚至大于10。
目前，为控制含硫钢中硫化物的形态，也称为硫化物改质，国内常采用钙处理工艺，钙处理就是在精炼后的钢液中加入一定量的含钙的包芯线(纯钙线或硅钙线)，一方面，钙与钢中铝氧化物形成低熔点的CaO-Al2O3系夹杂物，例如：12CaO.7Al2O3，使夹杂物可以从钢液中上浮去除，提升钢的清洁度；另一方面，钙处理能控制硫化物(MnS)的成分和形态，加入钙后会生成(Ca、Mn)S，CaO-Al2O3与CaS等复合夹杂物，降低单独的MnS的百分比，因为单独的MnS硬度低，轧钢时易变形；而(Ca、Mn)S或复合夹杂物硬度高，轧钢过程不易变形，有利于改善硫化物形态，降低长宽比，优化含硫钢的切削性能及综合性能。
但从国内含硫钢的实物效果看，钙处理的效果不尽理想，实物质量与国外高品质含硫钢的质量尚有较大的差距。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种镁钙铝铁合金包芯线芯料及其应用，创造性地提出一种含“镁钙铝铁”的包芯线的芯料的配方，在含硫钢的镁钙复合改质工艺基础上，在精炼过程对钢液复合添加微量的本发明镁钙铝铁包芯线，代替传统的“钙线”或“硅钙线”，通过调控硫化物的形态，改善含硫钢的品质。由于金属镁与钙的熔点、沸点低，在1600℃左右的炼钢温度下具有较高的蒸汽压，加入钢水后迅速气化，很难加入钢中，收得率极低，因此本发明以含钙、镁的合金形式的包芯线加入，用于含硫钢硫化物的改质，在精炼时喂入本发明包芯线可有效调控硫化物的形态，改善钢的易切削性和综合性能。
为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：
一种镁钙铝铁合金包芯线芯料，其化学成分按如下质量百分比配置制成：镁含量为6～25wt.％，钙含量为5～24wt.％，铝的含量为5～35wt.％，其余为铁及不可避免的杂质，且其中镁和钙的质量比为：(6:11)～(18:11)之间，加入铁目的为降低芯料中钙镁铝的百分含量，使喂线反应平缓进行，避免喂线反应过于激烈，避免发生强烈的喷溅或爆炸事故。
作为本发明优选的技术方案，其化学成分按如下质量百分比配置制成：镁含量为10～19wt.％，钙含量为9～18wt.％，铝含量为5～35wt.％。
作为上述方案的进一步优选的技术方案，其中镁和钙的质量比在：(9:11)～(15:11)之间。
一种镁钙铝铁合金包芯线芯料的应用，在钢液精炼时，采用镁钙铝铁合金包芯线芯料制成包芯线加入钢液中，对含硫钢中的硫化物进行改质处理。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明包芯线芯料的化学成分中，钙可以改善夹杂物的形态和提高钢液的洁净度；镁具有比钙更佳的改善夹杂物的形态和提高钢液洁净度的效果；铝的作用是：一、具有稳定镁、钙，提高喂线效果的作用；二、铝具有脱氧作用，可进一步脱除钢中的氧，提升钙镁的变质效果；三、铝镁钙均为强脱氧剂，他们的合金相比硅镁钙合金洁净度更高，相应带入钢中的杂质成分更少，更有利于提高钢的质量；铁加入的目的为降低芯料中钙镁铝的含量(百分比)，避免喂线时反应过于激烈，避免强列的喷溅或爆炸。
2.利用本发明包芯线芯料进行镁钙复合改质工艺效果好，由于镁钙复合改质是基于钙改质、镁改质两种效果的叠加；Mg对含硫钢中硫化物夹杂的作用，表现为MnS凝固析出时，更容易在Mg与钢液反应后生长的高熔点脱氧产物上析出，如MgO、mMgO.nAl2O3，通常大小为纳米级，且弥散分布，这样析出时会有较小的形核能，比析出单独的MnS有更低的形核能，易形成包裹性的复合硫化物，即内部氧化物和外部硫化物；而单纯钙处理生成的CaS，由于尺寸相对较大，MnS很难附着在其表面上析出，很难形成包裹性的复合夹杂物，所以本发明包芯线芯料在钢液精炼过程中的应用具有明显优势。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种镁钙铝铁合金包芯线芯料，其化学成分按如下质量百分比配置制成：镁含量为6wt.％，钙含量为5wt.％，铝含量为30wt.％，其余为铁及不可避免的杂质。
实验测试分析：
将本实施例镁钙铝铁合金包芯线芯料制成包芯线加入含硫量为0.025～0.4wt.％的含硫特殊钢的钢液中，对含硫钢中的硫化物进行改质处理，通过改质处理，将钢中的硫化物由硫化锰夹杂为主，向硫化锰与复合硫化物(硫化物与氧化镁、氧化钙、硅铝酸盐、钙铝酸盐等组成的)共存的状态转变：单独MnS为75％，复合硫化物为25％。钢中单独存在的硫化锰夹杂，由于硬度较低，在轧制(锻造)的过程易变形为长条形(长宽比大于3)，产生各项异性，使钢材的评级及综合性能降低；而复合硫化物的硬度通常比钢的基体高，在轧钢(锻造)的过程中，复合硫化物不易变形，这样在轧材(锻件)中硫化物椭球形(长宽比小于3)的比例显著提高，可以充分改善钢的各向异性，提升含硫特殊钢的评级质量及综合性能。参见表1本发明各实施例的镁钙铝铁合金包芯线和对比例的传统钙线用于含硫钢中的硫化物进行改质处理的实验结果对比表。
通过改质处理，将钢中的硫化物由单独硫化锰夹杂为主，向单独硫化物与复合硫化物共存的状态转变，本实施例芯料的化学成分中，钙可以改善夹杂物的形态和提高钢液的洁净度；镁具有比钙更佳的改善夹杂物的形态和提高钢液洁净度的效果；铝的作用是：一、具有稳定镁、钙，提高喂线效果的作用；二、铝具有脱氧作用，可进一步脱除钢中夹杂物，提升钙镁的变质效果；三、铝镁钙均为强脱氧剂；铁的作用是降低药芯中钙镁铝的含量(百分比)，避免喂线时反应过于激烈，避免强列的喷溅或爆炸。本实施例采用的镁钙铝铁合金包芯线芯料甚至相比硅镁钙合金芯料洁净度更高，相应带入钢中的杂质成分更少，更有利于提高钢的质量。利用本实施例镁钙铝铁合金包芯线芯料制备的包芯线在钢液精炼时用于含硫钢硫化物改质的效果好，能显著改善钢的易切削性和综合性能。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种镁钙铝铁合金包芯线芯料，其化学成分按如下质量百分比配置制成：镁含量为25wt.％，钙含量为24wt.％，铝含量为30wt.％，其余为铁不可避免的杂质。
实验测试分析：
将本实施例镁钙铝铁合金包芯线芯料制成包芯线加入含硫量为0.025～0.4wt.％的含硫特殊钢的钢液中，对含硫钢中的硫化物进行改质处理，由于钙镁比例增加，改质效果明显改善，单独MnS为63％，复合硫化物为37％，轧材(锻件)中硫化物椭球形的比例进一步提高，提升了含硫特殊钢的评级质量，但冶金反应较为剧烈，有明显的喷溅发生。参见表1本发明各实施例的镁钙铝铁合金包芯线和对比例的传统钙线用于含硫钢中的硫化物进行改质处理的实验结果对比表。利用本实施例镁钙铝铁合金包芯线芯料制备的包芯线在钢液精炼时用于含硫钢硫化物改质的效果好，能显著改善钢的易切削性和综合性能。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种镁钙铝铁合金包芯线芯料，其化学成分按如下质量百分比配置制成：镁含量为10wt.％，钙含量为9wt.％，铝含量为30wt.％，其余为铁不可避免的杂质。
实验测试分析：
将本实施例镁钙铝铁合金包芯线芯料制成包芯线加入含硫量0.025～0.40wt.％的含硫特殊钢的钢液中，对含硫钢中的硫化物进行改质处理，由于钙镁比例进一步优化，冶金反应更加平缓(钙镁含量过高时，可能会引起爆炸)，轧材(锻件)中硫化物椭球形的比例较好，单独MnS为78％,复合硫化物为22％，可提升含硫特殊钢的评级质量。参见表1本发明各实施例的镁钙铝铁合金包芯线和对比例的传统钙线用于含硫钢中的硫化物进行改质处理的实验结果对比表。利用本实施例镁钙铝铁合金包芯线芯料制备的包芯线在钢液精炼时用于含硫钢硫化物改质的效果好，能显著改善钢的易切削性和综合性能。
实施例四：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种镁钙铝铁合金包芯线芯料，其化学成分按如下质量百分比配置制成：镁含量为19wt.％，钙含量为18wt.％，其余为铝不可避免的杂质。
实验测试分析：
将本实施例镁钙铝合金包芯线芯料制成包芯线加入含硫量为0.025～0.40wt.％的含硫特殊钢的钢液中，对含硫钢中的硫化物进行改质处理，由于成分的优化，改质效果明显，单独MnS为66％，复合硫化物为34％，可提升含硫特殊钢的评级质量。例如，我们使用该包芯线对含硫0.05％的非调质钢进行工业实验，钢中单独硫化锰夹杂比例为67.5％，而钢中复合夹杂物的比例为32.5％,喂线过程反应平稳，没有喷溅现象发生。参见表1本发明各实施例的镁钙铝铁合金包芯线和对比例的传统钙线用于含硫钢中的硫化物进行改质处理的实验结果对比表。利用本实施例镁钙铝铁合金包芯线芯料制备的包芯线在钢液精炼时用于含硫钢硫化物改质的效果好，能显著改善钢的易切削性和综合性能。
对比例：
在本对比中，采用传统改质工艺使用的钙线(97％含量的纯钙线)，将钙线加入含硫量为0.025-0.40wt.％的含硫特殊钢的钢液中，对含硫钢中的硫化物进行改质处理，该钢的改质效果一般，钢中复合硫化物夹杂物的比例通常不超过15％，85％以上的硫化物为单独的硫化锰。参见表1本发明各实施例的镁钙铝铁合金包芯线和对比例的传统钙线用于含硫钢中的硫化物进行改质处理的实验结果对比表。
表1.本发明各实施例的镁钙铝铁铁合金包芯线和对比例的传统钙线用于含硫钢中的硫化物进行改质处理的实验结果对比表。
对比序列 芯料配方 改质处理实验结果参数一 改质处理实验结果参数二
实施例一 镁：6％，钙：5％,铝：30％ 单独MnS：75％； 复合硫化物：25％
实施例二 镁：25％，钙：24％,铝：30％ 单独MnS：63％ 复合硫化物：37％
实施例三 镁：10％，钙：9％,铝：30％ 单独MnS：78％ 复合硫化物：22％
实施例四 镁：19％，钙：18％,铝：30％ 单独MnS：66％ 复合硫化物：34％
对比例 含97％的纯钙线 单独MnS：88％ 复合硫化物：12％
从上表1对比可知，本发明上述实施例采用镁钙铝铁铁合金包芯线芯料的配方，用于含硫钢硫化物的改质，在精炼时喂入本发明上述实施例包芯线可有效调控硫化物的形态，改善钢的易切削性和综合性能。对比例进行钙处理生成的CaS，由于尺度相对较大，MnS很难附着在其表面上析出，很难形成包裹性的复合夹杂物。而本发明上述实施例进行镁钙复合改质是基于钙改质、镁改质两种效果的叠加；Mg对含硫钢中硫化物夹杂的作用，表现为MnS凝固析出时，更容易在Mg与钢液反应后生长的高熔点脱氧产物上析出，产生纳米级的MgO和mMgO.nAl2O3，且弥散分布，这样析出时会有较小的形核能，比析出单独的MnS有更低的形核能，易形成包裹性的复合硫化物，有效改变内部氧化物和外部硫化物的分布状态和形貌。本发明上述实施例采用的镁钙铝铁合金包芯线芯料甚至相比硅镁钙合金芯料洁净度更高，相应带入钢中的杂质成分更少，更有利于提高钢的质量。
上面结合表1对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明镁钙铝铁合金包芯线芯料及其应用的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种镁钙铝合金包芯线芯料，其特征在于，其化学成分按如下质量百分比配置制成：镁含量为6～25wt.％，钙含量为5～24wt.％，铝的含量为5～35wt.％，其余为铁及不可避免的杂质，且其中镁和钙的质量比为：(6:11)～(18:11)之间。
2.根据权利要求1所述镁钙铝合金包芯线芯料，其特征在于，其化学成分按如下质量百分比配置制成：镁含量为10～19wt.％，钙含量为9～18wt.％，铝的含量为5～35wt.％。
3.根据权利要求1或2所述镁钙铝合金包芯线芯料，其特征在于：其中镁和钙的质量比在：(9:11)～(15:11)之间。
4.一种权利要求1所述镁钙铝合金包芯线芯料的应用，其特征在于：在钢液精炼时，采用镁钙铝合金包芯线芯料制成包芯线加入钢液中，对含硫钢中的硫化物进行改质处理。
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