CN101476019A

CN101476019A - 微铝的硅钡钙镁复合合金

Info

Publication number: CN101476019A
Application number: CNA2009100085615A
Authority: CN
Inventors: 陈丽萍
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2009-07-08

Abstract

本发明提供一种适用于高速重轨钢脱氧的微铝的硅钡钙镁复合合金，该合金含有：Si：50－60％、Ca：12－18％、Ba：10－20％、1％≤Mg＜2％、Al≤1.5％，余为铁及不可避免的杂质。由于该合金中的铝含量小于1.5％，更好是小于1.0％，因而使得用其脱氧的成品高速重轨钢中的铝含量低于0.004％，从而满足了TB/T2344－2003标准的要求，并使该重轨钢具有优良的抗疲劳、抗疲劳裂纹扩展速度性能以及焊接性能。

Description

微铝的硅钡钙镁复合合金

技术领域

本发明涉及用于钢水脱氧的复合合金，特别是涉及适用于重轨钢脱氧的，微铝的硅钡钙镁复合合金。

技术背景

随着火车时速的不断提高，随之对重轨性能，特别是其抗疲劳、抗疲劳裂纹扩展速度性能以及焊接性能的要求也日益提高。提高上述性能的重要措施之一是，降低重轨钢中的，以Al₂O₃为基的脆性夹杂物的含量。为控制这种脆性夹杂物的含量，TB/T2344-2003标准将时速200公里以上的重轨钢中的铝含量限制在0.004％(重量)以下。TB/T2344-2003标准之所以将铝含量限制在0.004％(重量)以下，其原因在于，只有限制了重轨钢中的铝含量，才能有效地限制成品重轨中的以Al₂O₃为基的脆性夹杂物的含量，从而才能使成品重轨钢产品具有合格的抗疲劳、抗疲劳裂纹扩展速度性能、焊接性能及其它力学性能。所述的以Al₂O₃为基的脆性夹杂物主要由于炼钢原料，特别是合金化剂和脱氧剂中所含的铝被钢水中的氧所氧化而生成的。为减少钢中的上述的以Al₂O₃为基的脆性夹杂物的含量，则必须减少所述合金化剂和脱氧剂中的铝含量。生产重轨钢所用的合金化剂是锰铁合金，如高碳锰铁。通常该合金是用高炉法生产的。由于工艺特点的限制，用高炉法生产高碳锰铁时，难于对其中的铝含量进行有效地控制，因而只有有效地控制住脱氧剂中的铝含量才能有效地控制住重轨中的，以Al₂O₃为基的脆性夹杂物的含量。

如上所述，为了控制重轨钢中的以Al₂O₃为基的脆性夹杂物的含量，则必须控制重轨钢中的铝含量。显而易见地是，生产重轨钢时不能用铝或含铝的合金进行钢水的终脱氧。目前被广泛用于重轨钢脱氧的非铝脱氧剂是硅钙钡合金和硅钙钡镁合金。相比之下，用这两种合金脱氧而产生的脱氧产物即夹杂物，在形态和力学性能方面，硅钙钡镁合金所产生的脱氧产物较具优势。所述的硅钙钡镁合金已被多篇专利文献，如CN03111436.9、CN01115450.0、CN01100410.X和CN200610081412.8号中国发明专利所披露，但是上述专利文献对于应将其中所含的铝限定至何种程度均未论述。上述专利文献未限定所述合金中的铝含量，并不意味着该合金中就不含铝，而是对铝的含量的多少，未作任何要求。究其原因，可能是，所述硅钙钡镁合金并非专门用于替代铝作终脱氧剂，更可能是，相关发明人尚未明确，究竟应将所述硅钙钡镁合金中的铝含量限于何种程度，方能满足生产重轨钢的要求。虽然在本申请人的，已获授权的CN200610081412.8号中国发明专利中，提出了新型低铝含镁复合脱氧剂的概念，但并未公开所谓的“低铝”究竟是低到何种程度的铝含量。为使重轨钢中的，以Al₂O₃为基的脆性夹杂物的含量尽可能地降低而期望所谓的“无铝脱氧剂”，即完全不含铝的脱氧剂固然不可能，而不遗余力地将所述脱氧剂中铝含量降至最低限度以降低重轨钢中的夹杂物含量，则在经济上不不可取，技术上也不可行。因此，为顺利地生产重轨钢，本技术领域期待着既能满足上述TB/T2344-2003标准关于铝含量的要求，又有经济合理性和技术可能性的微铝的硅钡钙镁复合合金的出现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微铝的硅钡钙镁复合合金，按重量百分比计(若无说明，本文中的百分比均为重量百分比)，该合金含有：硅，50—60％、钙，12—18％、钡，10—20％、1％≤镁<2％、铝≤1.5％，余为铁及不可避免的杂质。

本发明还提供一种微铝的硅钡钙镁复合合金，该复合合金除铝含量≤1.0％外，其余组分与上述复合合金相同。

此外，本发明还提供一种微铝的硅钡钙镁复合合金，该；合金除钙+钡≥28％之外，其余组分分别与上述复合合金相同。

另外，本发明还提供一种微铝的硅钡钙镁复合合金，该复合合金除铝含量≤0.8％外，其余组分分别与上述复合合金相同。

如上所述，对于铝含量未作任何限定的硅钡钙镁复合合金是一种已知的合金，上述被引证的专利文献对于选择硅、钡、钙和镁作为该类合金的组分及选定这些组分的含量的理由，已作了详尽的叙述，而且这些文献大都公开了硅钡钙镁复合合金的脱氧能力，譬如，在本申请人的，已获授权的CN200610081412.8号中国发明专利中，就公开了所述的硅钡钙镁复合合金可将重轨钢中的氧脱至8—11ppm(T[0])的水平，远低于TB/T2344-2003标准的，T[0]≤20ppm的规定。本申请人的上述CN200610081412.8号中国发明专利还进一步公开，由于该专利将所述复合合金中的镁含量限定为1％≤镁<2％，则既可将钢中的Al₂O₃夹杂转变为高熔点的，难以聚合长大的，因而尺寸细小的MgO·Al₂O₃夹杂物，又不会因镁含量过高，在脱氧时产生大量的烟雾。

在本发明的上述一个技术方案中，将所述复合合金中的钙和钡的含量进一步限定为：Ca+Ba≥28％，这种限定为的是确保该复合合金的脱氧能力，以防当钙和钡的含量均处于下限时可能影响该合金的脱氧能力。

但是，上述专利文献均未涉及，应将所述的硅钡钙镁复合合金中的铝含量限于何种水平才能满足TB/T2344-2003标准关于Al≤0.004％的要求，而本发明确定，为达到TB/T2344-2003标准关于Al≤0.004％的要求，应将所述的硅钡钙镁复合合金中的铝含量限于1.5％或以下，更好是限于1.0％或以下。对于所述硅钡钙镁复合合金中的铝含量的这一限定，正是本发明对现有技术的贡献。具体地说，由于用于炼钢的原材料所带入钢水中的铝的量与最终产品中的铝含量并无直接的对应关系，因而，本技术领域的普通技术人员也就不能仅根据TB/T2344-2003标准关于Al≤0.004％的要求，简单地，直接地推知用于脱氧的复合合金中的铝含量应该是多少，因为最终的重轨钢产品中的铝含量涉及铁水带入的铝量、脱氧步骤前的钢水碳含量及氧含量、脱氧剂和合金化剂中的铝含量、它们的加入量以及其中的铝的烧损程度等诸多因素。为探索重轨钢成品中的铝含量与所用脱氧剂中的铝含量间的关系，本发明人进行了大量的实验，并对取得的实验数据进行归纳、统计和分析后才得以确定：为满足TB/T2344-2003标准关于Al≤0.004％的规定，用于脱氧的硅钡钙镁复合合金中的铝含量应是1.5％或以下，更好是1.0％或以下。

至于本发明的微铝的硅钡钙镁复合合金的生产方法，本申请人推荐以下两种常规的生产方法：

1.感应炉熔融法。

该法系将按成品脱氧剂的成分要求，准备金属钙、金属钡、金属镁和硅铁、将其破碎然后入中频感应炉熔炼，最终得到本发明的微铝的硅钡钙镁复合合金。

2.矿热炉法。

该法以石灰、钡石、硅石为金属源；以木炭和/或石油焦为还原剂。将上述物料经破碎、混配后入矿热炉熔炼。将所得熔体倾入事先盛有金属镁锭的浇包内，经冲熔使镁锭融化并混合均匀后，即可得到本发明的微铝的硅钡钙镁复合合金。

下面通过实施例进一步说明本发明。

具体实施方式

实施例1。(可满足Al≤0.8％要求)

备料：准备105Kg金属钙、145Kg金属钡、13Kg金属镁、728Kg72号硅铁和10Kg清洁废钢。上述物料的技术要求是：

金属钙：Ca≥99.9％，Al≤0.1％；

金属钡：Ba≥99.9％，Al≤0.1％；

金属镁：Mg≥99.9％，Al≤0.1％；

≥99.9％，Al≤0.1％；

72#硅铁：Si≥72％，Al≤1.2％；

废钢：C≤0.15％，清洁无泥土。

熔炼：

将上述备好的金属钙、钡和镁加于1000KW中频感应炉中，最后将所述72#硅铁覆盖于其上。通电使之全熔后，加入上述废钢，继续熔炼。待上述物料全熔后即得本发明的微铝的硅钡钙镁复合合金，其组成为：Ca：10.3％、Ba：13.5％，、Mg：1.1％、Si：53％、Al：0.68％，其余为Fe和不可避免的杂质。

实施例2.(可满足Al≤1.0％要求)

备料：准备如下物料，

经水洗的，SiO≥99％的硅石1650Kg；

经水洗的，BaSO≥92％的钡石570Kg；

经挑选的，无生烧、过烧的，CaO≥90％的石灰560Kg；

经挑选无土的，固定碳≥80％的木炭180Kg；

经挑选无土的，固定碳≥95％的石油焦780Kg；

镁锭13Kg。

熔炼：

将上述备好的硅石、钡石、石灰、木炭和石油焦于6300KVA的矿热炉熔炼；将备好的镁锭事先放入浇包备用；将得自矿热炉的熔体浇入该浇包，使其中的镁锭被冲熔后，即得本发明的微铝的硅钡钙镁复合合金，其组成为：Ca：11.1％、Ba：15％，、Mg：1.3％、Si：53％、Al：0.82％，其余为Fe和不可避免的杂质。

实施例3.

冶炼10炉U71Mn重轨钢，每炉的钢水量为100吨。当转炉吹炼完毕后，用按实施例1的方法制备的微铝的硅钡钙镁复合合金250Kg使钢水脱氧；加入高碳锰铁使之合金化；然后将此钢水入LF炉精炼。精炼后加200Kg按实施例1的方法制备的微铝的硅钡钙镁复合合金进行终脱氧；此后将此精炼后的钢水用VD进行真空脱气；最后将经过VD脱气处理的钢水用连铸法浇成319×410mm²的铸坯。

所得铸坯的检测结果：

T[0]：13.4—24.5ppm，平均18.7ppm。Al：均小于0.003％。B类夹杂物：1级。

实施例4.

按实施例3的工艺步骤冶炼100顿U75V重轨钢，但使用按实施例2的方法制备的，250Kg微铝的硅钡钙镁复合合金进行转炉钢水的预脱氧；用200Kg按该法制备的该种合金对经LF炉精炼的钢水进行终脱氧。

所得铸坯的检测结果：

T[0]：12.3—22.5ppm，平均17.4ppm。Al：均小于0.003％。B类夹杂物：1级。

由于本发明将所述的微铝的硅钡钙镁复合合金中的铝含量限定在1.5％以下，更好是限定在1.0％以下，从而保证了使用该合金脱氧的成品重轨钢中的铝含量在0.004％或以下，脆性的B类夹杂物的评级为1级，结果保证了成品钢具有良好的抗疲劳、抗疲劳裂纹扩展速度性能以及焊接性能。

Claims

1.一种微铝的硅钡钙镁复合合金，按重量百分比计，其含有：Si：50—60％、Ca：12—18％、Ba：10—20％、1％≤Mg<2％、Al≤1.5％，余为铁及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的微铝的硅钡钙镁复合合金，其中，所述的Al≤1.0％。

3.如权利要求1或2所述的微铝的硅钡钙镁复合合金，其中，所述的Ca+Ba≥28％。

4.如权利要求1或2所述的微铝的硅钡钙镁复合合金，其中，所述的Al≤0.8％。

5.如权利要求3所述的微铝的硅钡钙镁复合合金，其中，所述的Al≤0.8％。