CN102634638A

CN102634638A - 一种棒线材合金钢的钙处理方法

Info

Publication number: CN102634638A
Application number: CN2012101102357A
Authority: CN
Inventors: 朱苗勇; 邓志银; 田新中; 胡黎宁; 祭程; 阴峻峰; 钟保军; 戴永刚; 苏庆林
Original assignee: Northeastern University China; Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Northeastern University China; Xingtai Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及一种棒线材合金钢的钙处理方法。本发明采用“转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→方坯连铸”生产工艺，在LF精炼结束时，向钢液喂入铁钙线、硅钙线或实心钙线，喂线速度50~250m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为（0.08~0.16），再经软吹后再进行RH处理，RH处理结束后再进行轻钙处理，向钢液喂入铁钙线、硅钙线或实心钙线，喂线速度50~250m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为（0.04~0.08），然后进行软吹，浇注。本发明的该处理方法生产高品质钢，夹杂物级别不会恶化，钢水可浇性好，连浇炉数增加，钢水的钙含量较低而不影响浇注性能，同时使夹杂物塑性化，改善钢的力学性能。

Description

一种棒线材合金钢的钙处理方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及一种棒线材合金钢的钙处理方法。

背景技术

随着社会的发展，工业上对钢的综合性能要求日趋严格，对合金结构钢提出了更高强度、更高安全性、长寿命和低成本的迫切要求。大量的研究表明，钢中夹杂物严重地影响着钢的各种力学性能，因此，提高钢液的纯净度，控制钢液的非金属夹杂物显得异常重要。在冶金工业中，一方面通过应用各种冶炼工艺使夹杂物含量越来越少，尺寸越来越小；另一方面则是将夹杂物改性，使夹杂物在热加工中较易变形，使其塑性化，如钙处理技术。

对棒线材合金钢进行铝脱氧时，常会存在钢水可浇性差，连铸水口粘接和堵塞等问题，通过对其进行合理的钙处理能生成12CaO∙7Al₂O₃和CaO∙Al₂O₃等低熔点夹杂物，这类夹杂物不会粘结在水口上，不会造成水口堵塞，能够大大改善铝镇静钢的浇铸性能。进行钙处理时，一般在浇涛前一次性向钢水中加入足够的钙，对钢液进行处理，但是这种钙处理变性得到的非金属液态夹杂物浸润角大，不易上浮，容易残留在钢中而生成少量大尺寸的CaO-Al₂O₃系夹杂物，因此钙处理后的夹杂物级别往往会恶化。此外，若钙含量控制过低，夹杂物变性不够，生成的仍是高熔点夹杂物，并不能改善钢水的可浇性；若钙处理控制过高，还会生成高熔点的硫化钙夹杂物，这类夹杂物不但不利于解决钢水可浇性差等问题，反而会增加水口粘结和堵塞的几率。部分棒线材合金钢，如焊丝钢，要求成品的钙含量尽量低，生产时为满足钙含量达标，通常钙处理不恰当，导致钢水可浇性差，连浇炉数低，使生产成本大大增加。由上可见，合理控制钙处理极为重要。

发明内容

为了解决棒线材合金钢钙处理后的夹杂物级别恶化问题，本发明提供一种棒线材合金钢的钙处理方法，目的是改善钢水的洁净度，并提高钢水的可浇性，控制钢水的钙含量。

实现本发明的技术方案是：采用“转炉冶炼→LF（钢包）精炼→RH（脱气循环）精炼→方坯连铸”生产工艺，在LF精炼结束时对钢水进行钙处理，经软吹后再进行RH处理，RH处理结束后再进行轻钙处理，然后进行软吹。第一次钙处理的目的是使钢液中的夹杂物在RH处理前就变性，并经过RH的循环碰撞可以尽快去除；第二次钙处理的目的是对随着温度降低而析出的夹杂物进行变性，由于析出的夹杂物量相对少，因此采用轻钙处理。具体的操作步骤如下：

（1）对转炉冶炼的钢液采用铝进行脱氧，使钢液中氧气含量<10×10^-4%，然后进行LF精炼，精炼过程中控制炉渣中的成分为CaO：47~65wt%，Al₂O₃：18~30wt%，SiO₂：3~25wt%，MgO：5~10wt%，FeO：<1wt%，LF精炼时间30~55min；

（2）LF精炼结束后，向钢液喂入铁钙线、硅钙线或实心钙线，喂线速度50~250m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为（0.08~0.16）；

（3）喂线完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间为2~10min，软吹气量控制在20~50NL/min；

（4）对钢液进行RH真空处理，控制真空度＜267Pa，处理时间20~40min，纯脱气时间10~30min，提升气量为1300~1600NL/min；

（5）RH真空处理完毕后，向钢液喂入铁钙线、硅钙线或实心钙线，喂线速度50~250m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为（0.04~0.08）；

（6）喂线完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间10~25min，软吹气量控制20~50NL/min；

（7）最后向钢水中加入中间包覆盖剂，采用连铸钢包长水口吹氩保护浇注，得到铸坯。

其中，所述的棒线材合金钢为冷镦钢、预应力钢或齿轮钢等以铝脱氧的棒线材合金钢，并不仅局限于这三种钢种；

步骤（2）中所述的喂入的钙线中，铁钙线的直径为13

0.6mm，其中铁含量64~70wt%，钙含量30~36wt%，余量为杂质；硅钙线的直径为13

0.6mm，其中硅含量为50~65wt%，钙含量28~50wt%，余量为杂质；实心钙线的直径为9.50.5mm，其中钙含量≥97%，余量为杂质；

步骤（7）中所述的中间包覆盖剂的成分为：CaO：45~55wt%，Al₂O₃：30~40wt%，SiO₂：≤9wt%，MgO：≤6wt%。

本发明的有益效果是：

（1）生产高品质钢，采用本发明的钙处理方案后，夹杂物级别不会恶化。常规工艺通常是在浇注前一次性加钙进行钙处理，易生成较大的夹杂物且不易上浮，导致夹杂物超标；本发明将第一次钙处理放在LF处理结束后，夹杂物在此时即转变为液态的夹杂物，即使生成较大的夹杂物，经过RH的循环处理和两次软吹操作，液态夹杂物上浮时间至少比常规工艺长30min，尺寸较大的夹杂物（直径大于10μm）也完全可以碰撞聚合并从钢液中排出，此外，本发明在第一次钙处理后有软吹处理，这样可以均匀钢水中的钙，使夹杂物能更好地变性，可以避免直接进入RH处理后夹杂物变性不完全的问题，第二段钙处理对析出的夹杂物进行变性，这类夹杂物尺寸小，而且数量也极少，变性后经过软吹也不会导致夹杂物级别恶化。

（2）钢水可浇性好，连浇炉数增加，生产成本降低。本发明方案中第一次钙处理后钢中的夹杂物呈液态，第二次轻钙处理使析出的夹杂物也能得到有效变性，因此无论是脱氧过程生成的夹杂物还是温度降低过程析出的夹杂物均不易在水口粘结，不能造成水口堵塞，钢水的可浇性大大改善。这样连浇炉数可以大大增加，使吨钢的生产成本降低。

（3）钢水的钙含量较低而不影响浇注性能。在真空条件下，钢中的溶解钙易生成钙蒸气从钢中逸出，因此在RH处理过程中，钢中的溶解钙含量会越来越少，第二次轻钙处理比常规钙处理工艺钙含量低很多，通常可以将钙含量控制20×10^-4%以内甚至更低，因此在不影响浇注性能的前提下，可以有效地控制钢水中钙含量，这对钙含量控制严格的钢种是极为有利的。

（4）使夹杂物塑性化，改善钢的力学性能。因夹杂物熔点低，在钢中呈现液态球状。在热轧时，熔点低的夹杂物可以发生稍许变形，由于较低熔点的球状夹杂物与钢基体界面应力集中程度降低，这也有利于改善钢材的力学性能。

表1为原有钙处理工艺与本发明所得的夹杂物评级。评级方法参照GB/T 10561-2005，从表1可以看出，本发明相比原钙处理工艺D类夹杂物级别明显降低，可以满足D类夹杂物≤1级的要求。

表1 原有钙处理工艺与本发明所得的夹杂物评级

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具体实施方式

实施例1

本实施例以生产棒线材冷镦钢ML40Cr进行说明。

（1）转炉冶炼的钢液采用铝进行脱氧，使钢液中氧含量<10×10^-4%后，进行LF精炼，精炼过程中控制炉渣中的成分为CaO：65wt%，Al₂O₃：26wt%，SiO₂：3wt%，MgO：5wt%，FeO：0.3wt%，余量为杂质，LF精炼时间30min；

（2）LF精炼结束时，向钢液喂入直径为12.4mm铁钙线，其中铁含量64wt%，钙含量30wt%，余量为杂质；喂线速度200m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为0.16：

（3）喂线完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间为10min，软吹气量控制在50NL/min；

（4）对钢液进行RH真空处理，控制真空度小于267Pa，处理时间20min，纯脱气时间10min，提升气量为1300NL/min；

（5）RH真空处理完毕后，向钢液喂入直径为12.4mm铁钙线，喂线速度200m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为0.08。

（6）喂线完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间10min，软吹气量控制50NL/min。

（7）加入中间包覆盖剂，其中CaO：45wt%，Al₂O₃：40wt%，SiO₂：9wt%，MgO： 6wt%，采用连铸钢包长水口吹氩保护浇注，得到铸坯。

最终产品ML40Cr钢种棒线材合金钢的各组分含量为：C：0.40wt%、Si：0.22wt%、Mn ：0.76wt%、P：0.015 wt%、S：0.008wt%、Cr：0.97 wt%、Al：0.04wt%，余量为铁。钢的全氧含量为7.1×10^-4%，钢液中钙含量为30×10^-4%，D类夹杂物评级为1.0级，夹杂物均呈球状，绝大多数为钙铝酸盐。

实施例2

本实施例以生产棒线材预应力钢30MnSi进行说明。

（1）转炉冶炼的钢液采用铝进行脱氧，使钢液中氧含量<10×10^-4%后，进行LF精炼，精炼过程中控制炉渣中的成分为CaO：50wt%，Al₂O₃：18wt%，SiO₂：25wt%，MgO：6wt%，FeO：0.9wt%，余量为杂质，LF精炼时间55min；

（2）LF精炼结束时，向钢液喂入直径为13.6mm硅钙线，其中硅含量为65wt%，钙含量为28wt%，余量为杂质；喂线速度250m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为0.1；

（3）喂线完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间为10min，软吹气量控制在20NL/min；

（4）对钢液进行RH真空处理，控制真空度小于267Pa，处理时间40min，纯脱气时间30min，提升气量为1600NL/min；

（5）RH真空处理完毕后，向钢液喂入喂入直径为13.6mm硅钙线，喂线速度250m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为0.065。

（7）加入中间包覆盖剂，其中CaO：55wt%，Al₂O₃：32wt%，SiO₂：8wt%，MgO： 5wt%，采用连铸钢包长水口吹氩保护浇注，得到铸坯。

最终产品SWRH82B钢种棒线材合金钢的各组分含量为： C：0.31wt%、Si：0.86wt%、Mn：1.25 wt%、P：0.016 wt%、S：0.007 wt%、Al：0.02wt%，余量为铁。钢的全氧含量为7.1×10^-4%，钢液中钙含量为13×10^-4%，D类夹杂物评级为1.0级，夹杂物均呈球状，绝大多数为钙铝酸盐。

实施例3

本实施例以生产棒线材齿轮钢20CrMoH进行说明。

（1）转炉冶炼的钢液采用铝进行脱氧，使钢液中氧气含量<10×10^-4%后，进行LF精炼，精炼过程中控制炉渣中的成分为CaO：47wt%，Al₂O₃：30wt%，SiO₂：12wt%，MgO：9.9wt%，FeO：0.5wt%，余量为杂质，LF精炼时间40min；

（2）LF精炼结束时，向钢液喂入直径为10mm实心钙线，其中钙含量97%，余量为杂质；喂线速度50m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为0.08；

（3）喂线完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间为6min，软吹气量控制在30NL/min；

（4）对钢液进行RH真空处理，控制真空度小于267Pa，处理时间30min，纯脱气时间20min，提升气量为1400NL/min；

（5）RH真空处理完毕后，向钢液喂入喂入直径为10mm实心钙线，喂线速度50m/min，控制钢液中的钙铝质量百分比为0.04。

（6）喂线完毕后，对钢液进行软吹氩气，软吹时间15min，软吹气量控制20NL/min。

（7）加入中间包覆盖剂，其中CaO：50wt%，Al₂O₃：35wt%，SiO₂： 9wt%，MgO： 6wt%，采用连铸钢包长水口吹氩保护浇注，得到铸坯。

最终产品20CrMoH钢种棒线材合金钢的各组分含量为C：0.2wt%、Si：0.3wt%、Mn：0.55 wt%、P：0.015 wt%、S：0.008 wt%、Cr：0.9wt%、Al ：0.03wt%，余量为铁。钢的全氧含量为7.0×10^-4%，钢液中钙含量为12×10^-4%，D类夹杂物评级为1.0级，夹杂物均呈球状，绝大多数为钙铝酸盐。

Claims

1.一种棒线材合金钢的钙处理方法，其特征在于按照以下步骤进行：（1）对转炉冶炼的钢液采用铝进行脱氧，使钢液中氧气含量<10×10^-4%，然后进行LF精炼，精炼过程中控制炉渣中的成分为CaO：47~65wt%，Al₂O₃：18~30wt%，SiO₂：3~25wt%，MgO：5~10wt%，FeO：<1wt%，LF精炼时间30~55min；

2.根据权利要求1所述的一种棒线材合金钢的钙处理方法，其特征在于所述的棒线材合金钢是以铝脱氧的棒线材合金钢，为冷镦钢、预应力钢或齿轮钢。

3.根据权利要求1所述的一种棒线材合金钢的钙处理方法，其特征在于步骤（2）中所述的喂入的钙线中，铁钙线的直径为13

0.6mm，其中硅含量为50~65wt%，钙含量28~50wt%，余量为杂质；实心钙线的直径为9.5

0.5mm，其中钙含量≥97%，余量为杂质。

4.根据权利要求1所述的一种棒线材合金钢的钙处理方法，其特征在于步骤（7）中所述的中间包覆盖剂的成分为：CaO：45~55wt%，Al₂O₃：30~40wt%，SiO₂：≤9wt%，MgO：≤6wt%。