CN102766801A

CN102766801A - 一种稀土微处理钢用稀土铝钙铁合金及其制备方法

Info

Publication number: CN102766801A
Application number: CN2012102910248A
Authority: CN
Inventors: 曲俊涛; 成国光
Original assignee: BAOTOU BEIKE VENTURE ADVANCED MATERIALS Co Ltd
Current assignee: BAOTOU BEIKE VENTURE ADVANCED MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2012-11-07

Abstract

一种稀土微处理钢用稀土铝钙铁合金及其制备方法，属于铁合金技术领域。该稀土铝钙铁合金成分为：28～65wt％铝，0.5～5wt％钙，0.1～0.99wt％稀土，杂质元素碳小于0.05wt%,硅小于0.4%，硫小于0.02%,磷小于0.02%。其它不可避免的杂质元素总量小于1％,余量为铁。制备方法是利用纯铝锭、稀土、金属钙和低碳优质废钢通过感应炉三步法熔炼工艺制备出符合要求的成品合金。优点在于，减少了稀土资源的消耗，降低了成本。

Description

一种稀土微处理钢用稀土铝钙铁合金及其制备方法

技术领域

本发明属于铁合金技术领域，尤其涉及到一种稀土微处理钢用稀土铝钙铁合金及其制备方法。

背景技术

高档次钢板(如：汽车面板、家电面板用钢等)均对钢材的深冲性能、成形性和焊接性能提出了越来越严格的要求。研究表明：钢液高的洁净度是保证钢材具有优良使用性能的重要基础，同时钢中含有微量元素(如：稀土等)有利于改善钢的深冲性等关键材料性能指标。所以如何在冶炼过程中高效地提高洁净度，同时又使钢材中含有稀土等微量元素是冶金工作者所关注的研究课题。

上述所提及的这类钢通常为低碳铝镇静钢。为了在冶炼过程中获得很低的碳含量，往往需要在钢液中保持有很高的氧浓度，这就导致了脱碳后的钢液中仍会有较高的残余氧含量，这些残余氧如果得不到有效的去除，对钢的使用性能具有很大的危害性。为此，要加入大量的铝对钢液进行脱氧，但是由于铝的大量加入所生成的氧化铝脱氧产物同样对浇铸顺行、钢材质量带来很大的危害。为了消除氧化铝夹杂物的危害，目前主要采取的办法有：(1)延长精炼搅拌时间，促进夹杂物上浮。但这种方法必然会延长精炼时间，增加生产成本和降低产量。(2)改变钢液精炼渣系来吸附从钢液中上浮到钢液表面的氧化铝夹杂物。这种方法同样存在着精炼时间长，炉渣成分难以得到精确控制等不足。除此以外，现在广泛所用的工艺是在钢液中添加钙元素，使得与钢中氧化铝夹杂物相结合形成钙铝复合氧化物,尤其是形成如12CaO·7Al₂O₃这种低熔点大颗粒夹杂物，这种夹杂物一方面容易从钢液中上浮去除，另一方面由于其熔点较低，在浇注过程不容易造成水口结瘤，保证浇注顺行。

由于金属钙在炼钢温度下容易气化，因此不容易加入，收得率很低。研究工作者提出了将钙元素制成以块状含钙合金的办法在钢液冶炼或精炼过程加入。文献1(郭庆成：用于钢液终脱氧的铝钙铁合金及其生产方法，公开号CN1439728A),及文献2(郭庆成等：一种用于炼钢脱氧的高钙无硅钙铁合金及其制备方法，公开号CN101086029A)提出了钙铝铁合金及文献3(谢应凯：炼钢复合脱氧剂－铝钙铁合金，公开号CN101086028A)提出了在铝钙合金的基础上可以添加锰、硅和钛等元素均属于这类工艺。

除了钙能使氧化铝夹杂物变性以外，近年来，国内外对稀土在钢中夹杂物的改性和变质作用十分重视。文献4(Hiroshi Hirata等：SteelHaving Finely Dispersed Inclusions,US Patent 2006/0157162A1 )记载：当钢液中含有一定量的稀土RE元素后，会形成REAlO₃这种低熔点、低硬度的夹杂物，同时提到，当稀土与钙等元素进一步结合可以避免Al₂O₃团簇的形成，生产出高洁净钢(如：轴承钢)。其添加的工艺是：首先进行铝脱氧，然后加入稀土进行夹杂物去除和变性。文献5(渠天盛等：稀土铝铁合金，公开号CN101078074A) 发明了一种新的稀土铝铁合金，该合金使用方便、脱氧及去除夹杂物效率高、而且少量残余稀土在改善钢的性能方面能发挥出有益作用。但在合金中没有添加有益的钙元素，使其在使氧化铝夹杂物变性和去除方面的效果受到影响。

随着研究的深入，许多研究工作者，提出了采用稀土、钙和铝铁等多元素相复合的新办法。文献6(谢应凯：用于炼钢稀土铝基复合合金，公开号 CN101092657A)提出了一种稀土铝基复合合金，稀土含量1～10%，并可以添加1～5%的钙等元素。文献7(渠天盛等：一种稀土铝钙铁合金，公开号CN101519747A)也提出了一种稀土铝钙合金，其成分中，稀土含量1～20%，钙含量1～10%，文献8(陈向明等：稀土铝锰钙铁合金及其生产方法，公开号CN102181606A)，稀土含量1～10%，钙含量1～3%。这些铝、钙、稀土等多元素的复合提高了合金在钢液中的精炼效率。

但随着对稀土资源保护的越来越重视，稀土的价格越来越昂贵，如何用最少的稀土添加量来达到优良的冶金效果和好的材料性能十分重要。本专利发明人研究发现：对上述所涉及的钢铁材料来讲，钢材中含有(0.01～5)ppm，也就是(0.01～5)×10^-4wt%微量的稀土就能使得钢材性能得到有效改善。反之，过多的稀土添加量会生成过多的稀土夹杂物，影响生产顺行和钢材质量，同时消耗的稀土资源，合金成本也明显提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土微处理钢用稀土铝钙铁合金及其制备方法，减少了稀土资源的消耗，降低了成本。

本发明稀土微处理钢用稀土铝钙铁合金成分为：28～65wt％铝，0.5～5wt％钙，0.1～0.99wt％稀土，杂质元素碳小于0.05wt%,硅小于0.4%，硫小于0.02%,磷小于0.02%。其它不可避免的杂质元素总量小于1％,余量为铁。

所述的稀土为含有铈、镧元素的其中单一组元或双元素组合，也包含以镧、铈元素为主的其它混合稀土，但镧和铈的总含量应占总稀土含量的90%以上。

本发明稀土铝钙铁合金的制备方法：利用纯铝锭、稀土、金属钙和低碳优质废钢通过感应炉三步法熔炼工艺制备出符合要求的成品合金。具体工艺步骤如下：

（1）第一步：以纯铝锭、稀土为原料利用真空感应炉熔化和混合制备出一定成分的稀土铝初始合金，冶炼温度控制在950～1050℃，全部熔化后均匀混合4～10min，然后在空气下浇铸成块状的稀土铝初始合金，其大小为（30～60）mm×（30～60）mm×（20～40）mm。该稀土铝初始合金成分为：铝60～80%，稀土25～45%。

（2）第二步：将铝锭在带有氩气保护气氛的感应炉熔化，熔化结束，添加钙合金，冶炼温度控制在950～1050℃，均匀混合4～10min，然后浇铸成铝钙中间合金。该铝钙中间合金成分为：铝60～80%，钙25～45%。大小为（30～60）mm×（30～60）mm×（20～40）mm。

（3）第三步：选用优质废钢(Fe含量≥98.5%,其它为杂质元素)，并与铝锭在常规感应炉中熔化，熔化结束后，再添加在上述步骤（1）和步骤（2）中已经分别制备好的稀土铝初始合金和铝钙中间合金，成分均匀混合4～10min，合金出炉温度控制在1050～1150℃。浇铸成（30～60）mm×（30～60）mm×（20～40）mm的合金块，空气中自然冷却制成合金成品。

本发明合金不仅保持了前人在稀土、铝、钙多元素复合脱氧的优越性，其关键是显著降低了稀土含量，使得合金成本明显下降，通过与钙、铝含量的严格优化组合，可以获得理想的精炼效率，同时可以使钢液中残留(0.01～5)×10^-4wt%的稀土含量，使钢材的实物质量得到改善。

具体实施方式

实施例1

（1）称量铝块15Kg,稀土金属5Kg，在真空感应炉中熔化45min，熔化结束后，均匀混合6min后出炉浇铸成稀土铝初始合金。整个冶炼过程温度控制在970℃。该初始合金成分为：铝79.3%,稀土20.3%，余量为冶炼过程带来的杂质。

（2）称量铝块15Kg,在带有保护气氛的感应炉中熔化45min，熔化结束后，逐步添加钙金属5Kg，均匀混合5min后出炉浇铸成铝钙中间合金。整个冶炼过程温度控制在1020℃。该中间合金成分为：铝77.1%,钙22.5%，余量为冶炼过程带来的杂质。

（3）选用优质铁48Kg,在带有保护气氛的中频炉中熔化，40min中后逐步添加铝锭35Kg，熔化均匀后添加第一步已经制备好的稀土铝初始合金7Kg，和铝钙中间合金10Kg。成分均匀混合7min，合金出炉温度控制在1080℃。浇铸成特定规格大小，自然冷却制成合金成品。

所制备出的产品成分为：Al: 45.2wt%, RE 0.9wt%，Ca 1.9wt%,余量为铁，杂质元素总含量小于1%。达到了目标成分。

实施例2：

（1）称量铝块60Kg,稀土金属20Kg，在真空感应炉中熔化45min，熔化结束后，均匀混合5min后出炉浇铸成稀土铝初始合金。整个冶炼过程温度控制在940℃。该初始合金成分为：铝78.1%,稀土21.3%，余量为冶炼过程带来的杂质。

（2）称量铝块60Kg,在带有保护气氛的感应炉中熔化45min，熔化结束后，逐步添加钙金属20Kg，均匀混合5min后出炉浇铸成铝钙中间合金。整个冶炼过程温度控制在980℃。该中间合金成分为：铝76.4%,钙22.8%，余量为冶炼过程带来的杂质。

（3）选用优质铁192Kg,在带有保护气氛的中频炉中熔化，40min中后逐步添加铝锭140Kg，熔化均匀后添加第一步已经制备好的稀土铝初始合金28Kg，和铝钙中间合金40Kg。成分均匀混合6min，合金出炉温度控制在1100℃。浇铸成特定规格大小，自然冷却制成合金成品。

所制备出的产品成分为：Al: 46.1wt%,RE 0.89wt%，Ca2.0wt%,余量为铁，杂质元素总含量小于1%。达到了目标成分。

Claims

1.一种稀土微处理钢用稀土铝钙铁合金，其特征在于，成分为：28～65wt％铝，0.5～5wt％钙，0.1～0.99wt％稀土，杂质元素碳小于0.05wt%,硅小于0.4%，硫小于0.02%,磷小于0.02%。其它不可避免的杂质元素总量小于1％,余量为铁。

2.根据权利要求1所述的稀土微处理钢用稀土铝钙铁合金，其特征在于，所述的稀土为含有铈、镧元素的其中单一组元或双元素组合。

3.根据权利要求1所述的稀土微处理钢用稀土铝钙铁合金，其特征在于，所述的稀土包含以镧、铈元素为主的混合稀土，其中，镧和铈的总含量应占总稀土含量的90%以上。

4.一种权利要求1所述的稀土铝钙铁合金的制备方法，其特征在于，工艺步骤如下：

（1）以纯铝锭、稀土为原料利用真空感应炉熔化和混合制备出一定成分的稀土铝初始合金，冶炼温度控制在950～1050℃，全部熔化后均匀混合4～10min，然后在空气下浇铸成块状的稀土铝初始合金，该稀土铝初始合金成分为：铝60～80%，稀土25～45%。

（2）将铝锭在带有氩气保护气氛的感应炉熔化，熔化结束，添加钙合金，冶炼温度控制在950～1050℃，均匀混合4～10min，然后浇铸成铝钙中间合金；该铝钙中间合金成分为：铝60～80%，钙25～45%；

（3）选用优质废钢，并与铝锭在常规感应炉中熔化，熔化结束后，再添加在上述步骤（1）和步骤（2）中已经分别制备好的稀土铝初始合金和铝钙中间合金，成分均匀混合4～10min，合金出炉温度控制在1050～1150℃了；浇铸成合金块，空气中自然冷却制成合金成品。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的优质废钢是指Fe含量≥98.5%的废钢。