CN104263876B - 一种用于高强度钢生产的增氮增锰方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高强度钢生产的增氮增锰方法。采用在LF炉精炼工序向钢水中喂入氮化锰包芯线进行增氮、增锰，所述的氮化锰包芯线直径12～14mm,氮化锰包芯线的芯粉重450～500g/m，皮重125～175g/m质量比组成；所述氮化锰包芯线按每吨钢水喂入280～300米氮化锰包芯线，实现完全增氮，钢水增氮稳定控制在50-60ppm，实现完全增氮的同时完成部分增锰，增锰量为0.09～0.10％。本发明各工序中不需要吹氮气，实现增氮量一步可控，可在精炼部分增锰的同时完成钢水增氮，提高了钢水氮收得率。

Description

一种用于高强度钢生产的增氮增锰方法

技术领域

本发明涉及一种用于高强度钢生产的增氮增锰方法，属钢铁冶金炼钢技术领域。

背景技术

Ti、V、Nb微合金化技术，以其显著的经济技术优势在世界范围内得到广泛的应用，而氮能提高钢的强度和塑性，扩大奥氏体区，细化晶粒，改善其加工性能，因此，采用钒氮微合金化技术，在低钒含量下获得了高强度，明显节约了钒的用量，降低了钢的成本，尤其是在高强度钢中体现明显。CN102732686A公开一种采用两步真空法生产钒氮微合金化高强钢的方法，在钒氮微合金化高强钢的冶炼工序中增加真空处理工序，对经过钒氮含量调整后的钢水进行脱氢增氮，所述的真空处理工序采取全程钢包底吹氮气工艺，所述的真空处理工序采用两步真空冶炼处理法对真空冶炼处理的功能进行有效分解，以达到脱氢保氮的作用。采用本发明的方法，冶炼的钢中不但氢含量可达1.5ppm以下，氮含量可控制在120～220ppm，全氧可控制在20ppm以下，而且在轧制压缩比偏小厚度规格在40mm以上的厚规格钢板延伸性能合格率可达98％以上，提高了钒氮合金化钢种的综合性能，降低了钒氮合金用量，提高了钢板成材率，降低了成本。CN103952511A公开了一种高强钢钢水氮含量控制方法，将冶炼高强钢过程中钢水增氮工艺进行转炉冶炼工艺、精炼炉冶炼工艺及连铸保护浇铸工艺三个阶段的优化，通过脱氧造渣、合金化顺序的改进，控制三阶段增氮节点，实现转炉出钢后钢水氮含量控制在0.0030％以内，LF+RH过程钢水增氮稳定控制在0.0010％以内，连铸工序钢水增氮稳定控制在0.0005％以内，最终实现高合金高强钢连铸坯中的氮含量控制在0.0045％以内，该方法大大提高了铸坯内部和表面质量。

研究结果表明,钒氮微合金化技术主要是通过钢中增氮后对钒的析出动力学的影响,优化了钒的析出状态,增加了钒的析出强化效应,以及由此带来的细晶强化效应等作用,从而改善钢的性能。钢中增氮常用钒氮合金化法，但存在增氮量不足缺陷，因此开发使用氮化锰包芯线增氮工艺，解决此类问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于高强度钢生产的增氮增锰方法，主要是应用于复吹转炉和LF精炼冶炼高强度钢时的增氮工艺。特别是用于S450J0、Q550D、Q690D高强度钢生产的增氮增锰方法。

术语说明：

1、高强度钢，是指力学性能中屈服强度、抗拉强度、冲击功等级别较高的一类钢种,例如Q550D、Q690D、S450j0等钢种，钢成分根据钢种按规定标准设计。本发明对钢成分不做限定。其中，不同钢种的锰含量范围也略有不同，例如某高强钢锰成分要求在1.30-1.50％，则其下限约是1.30-1.32％，中限是1.40％左右，本领域的技术人员可以根据现有技术确定。

2、增锰量，是质量分数，是以转炉正常出钢后钢水中锰含量为基础，再增加锰的含量。例如出钢后钢水锰含量为0.12％，喂入包芯线增锰量0.09～0.10％时，则喂入包芯线后钢水锰含量总数为0.21-0.32％。

本发明的技术方案如下：

一种用于高强度钢生产的增氮增锰方法，高强度钢生产的工艺包括铁水预处理，顶底复吹转炉冶炼，LF炉精炼，连铸工序，其特征在于，采用在LF炉精炼工序向钢水中喂入氮化锰包芯线进行增氮、增锰，所述的氮化锰包芯线直径12～14mm,氮化锰包芯线的芯粉重450～500g/m，皮重125～175g/m质量比组成，***为纯铁皮材质；氮化锰包芯线的芯粉中，质量百分比含量组成如下：

Mn≥80％，N≥7％，C≤0.1％，P≤0.03％,Si≤1.0％,S≤0.02％；各成分之和为100％；

以120吨的顶底复吹转炉计，所述氮化锰包芯线按280～300米/炉喂入氮化锰包芯线，实现完全增氮，钢水增氮稳定控制在50-60ppm，实现完全增氮的同时完成部分增锰，增锰量为0.09～0.10％。各工序中不需要吹氮气。

如果换用其他吨位的顶底复吹转炉，可以按比例换算出每炉钢水的氮化锰包芯线的用量，本领域的人员在此基础上的用量变换，均在本发明的保护范围内。

根据本发明的方法，优选的，所述精炼工序向钢水中喂入氮化锰包芯线的方式是：钢包进站后先吹氩化渣，然后一次性喂入氮化锰包芯线。

根据本发明的方法，优选的，氮化锰包芯线的芯粉中，质量百分比含量组成如下：Mn：80-82.5％，N：7-7.5％，C≤0.1％，P≤0.03％,Si≤1.0％,S≤0.02％；各成分之和为100％。

根据本发明的方法，优选的，转炉出钢前，根据精炼工序氮化锰包芯线喂入量计算增锰量，合金化时将钢水锰含量控制在成分下限。

根据本发明的方法，优选的，精炼工序根据钢水初样成分，还需要配加一定量的中碳锰铁，将钢水锰含量配至中限，完成增锰操作。中碳锰铁是一种炼钢用合金，作用是调整钢水锰元素含量。精炼工序除了喂入氮化锰包芯线外，若锰元素仍不够则需要补加中碳锰铁；特别是氮锰线喂入量有严格限制，不可一次性加入过多，否则会影响钢水质量。

根据本发明的方法，优选的，所述氮化锰包芯线通过喂线机喂入钢水中，喂线速度2.8-3.5米/秒。喂入包芯线的速度过快会使钢水液化然后有强烈的反应，氮回收率就大大降低了；而速度过慢又会使包芯线满足不了钢水的压力使之出现残渣，合金回收率同样会下降，因此必须控制包芯线喂入的速度在一定范围才能确保提高氮回收率。

根据本发明，一种优选的方案是，一种用于高强度钢生产的增氮增锰方法，包括步骤如下：

(1)在顶底复吹转炉冶炼工序中，转炉出钢前，根据精炼工序氮化锰包芯线喂入量计算增锰量，合金化时将钢水锰含量控制在成分下限；该下限根据具体生产钢种确定。

(2)根据高强度钢种钢成分，在精炼工序向钢水中喂入280～300米氮化锰包芯线进行增氮、增锰，增锰量按0.09～0.10％，部分增锰的同时完成增氮操作，钢水增氮稳定控制在50-60ppm；

(3)精炼工序中喂入氮化锰包芯线后，根据钢水初样成分再定量配加中碳锰铁，将钢水锰含量配至成分中限，完成增锰操作。

本说明书中未加详细限定的，均按本领域现有技术即可。

根据本领域的习惯表示方式，本发明氮锰包芯线理化指标见下表1：

表1

本发明的有益效果：

1、本发明采用氮化锰包芯线比较现有技术高压底吹氮法钢中增氮，合金中氮的收得率高、并且稳定。本发明各工序中不需要吹氮气，实现增氮量一步可控。另一方面，氮化锰包芯线较钒氮合金便宜。

2、本发明增氮、增锰工艺设计可在精炼部分增锰的同时完成钢水增氮，提高了钢水氮收得率。氮的平均收得率提高90％左右；生产钢坯的低倍质量良好；钢材的机械性能的各项指标不仅符合钢种的要求，并且其强度、冲击值都相对提高。

3、本发明采用氮化锰包芯线由于可用喂线机喂线，比较现有技术氮硅锰合金代替了人工投加块状合金，从而降低工人劳动强度降低，作业环境也得到改善，同时采用喂线工艺，氮、锰在钢水中烧损减少，元素回收率得到提高。

4、本发明采用喂入氮化锰包芯线进行增氮、增锰，通过增氮促进V析出同时细化晶粒，以析出强化和细晶强化为主要强化手段，能够获得屈服强度大于500MPa、抗拉强度大于750MPa、断后总延伸率大于20％的塑性和冷弯性能优良的高强度汽车结构用钢。

本发明可以满足在精炼工序生产高强度钢时钢水增氮要求。该种炼钢工艺实现了钢水增氮以提高钢材强度的目的。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例中的百分含量均为质量分数，特别说明的除外。实施例中使用的氮化锰包芯线成分如下表2：

表2

实施例1：S450J0钢种，120吨复吹转炉

采用铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→连铸工艺生产S450J0钢，其中采用本发明的方法进行增氮、增锰，其他操作均按现有技术即可。包括如下步骤：

a.采用预处理的铁水，各种合金使用前应烘烤干燥；

b.转炉终点控制目标：[C]≥0.08％、[P]≤0.025％、T≥1650℃；采用挡渣出钢，采用硅锰、硅铁和钒氮合金化，合金化时将钢水锰含量控制在成分下限(S450J0钢锰成分下限1.30％)，硅钙钡终脱氧，加入量2.0kg/t钢，加入白灰块600kg。

c.钢包进站后(取第一个成分样前)先向钢水中按每炉喂入290±5米氮化锰包芯线进行增氮、增锰，增锰量按0.09～0.10％。喂线速度3.0米/秒。精炼白渣操作，采用硅钙钡脱氧造渣，加入量根据实际炉渣情况而定，精炼末期喂钙铁线200米，喂线速度3.0米/秒。喂线后软吹氩时间不小于10分钟。

完成精炼工序中喂入氮化锰包芯线后，根据钢水初样成分再定量配加中碳锰铁，将钢水锰含量配至成分中限(S450J0中限1.40％)，完成增锰操作。

d.连铸钢水过热度小于30℃，拉速控制在0.8-0.9m/min。

通过上述实施方式，可使铁水预脱硫-顶底复吹转炉-LF精炼-连铸工艺条件下生产S450J0钢，钢中氮的质量百分数可达到(50～70)×10^-6。所得S450J0钢棒材屈服强度500MPa，抗拉强度760MPa，断后总延伸率22％。

实施例2：Q550D，120吨复吹转炉

采用铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→连铸工艺生产的Q550D钢，其中采用本发明的方法进行增氮、增锰，其他操作均按现有技术即可。按如下步骤进行：

a.采用预处理的铁水，各种合金使用前应烘烤干燥；

b.转炉终点控制目标：[C]≥0.06％、[P]≤0.020％、T≥1640℃；采用挡渣出钢，采用硅锰、铌铁、铬铁合金化，铝锰铁终脱氧，加入量3.5kg/t钢，加入白灰块600kg。合金化时将钢水锰含量控制在成分下限(Q550D的锰下限为1.20％)。

c.钢包进站后(取第一个成分样前)先向钢水中按每炉喂入295±5米氮化锰包芯线进行增氮、增锰，增锰量按0.09～0.10％。喂线速度3.1米/秒。精炼白渣操作，采用铝粒脱氧造渣，加入量根据实际炉渣情况而定，精炼末期喂钙铁线350米，喂线速度3.1米/秒。喂线后软吹氩时间不小于10分钟。完成精炼工序中喂入氮化锰包芯线后，根据钢水初样成分再定量配加中碳锰铁，将钢水锰含量配至成分中限(Q550D中限1.30％)，完成增锰操作。

d.连铸钢水过热度小于30℃，拉速控制在1.3-1.4m/min。

通过上述方法生产Q550D钢，钢中氮的质量百分数可达到(60～80)×10-6。所得Q550D钢板材屈服强度600MPa，抗拉强度820MPa，断后总延伸率21％。

Claims (5)

1.一种用于高强度钢生产的增氮增锰方法，高强度钢生产的工艺包括铁水预处理，顶底复吹转炉冶炼，LF炉精炼，连铸工序，其特征在于，采用在LF炉精炼工序向钢水中喂入氮化锰包芯线进行增氮、增锰，所述的氮化锰包芯线直径12～14mm,氮化锰包芯线的芯粉重450~500g/m，皮重125~175g/m，***为纯铁皮材质；氮化锰包芯线的芯粉中，质量百分比含量组成如下：

Mn≥80%，N≥7%，C≤0.1%，P≤0.03%,Si≤1.0%,S≤0.02%；各成分之和为100%；

以120吨的顶底复吹转炉计，按280~300米/炉喂入氮化锰包芯线，实现完全增氮，钢水增氮稳定控制在50-60ppm，实现完全增氮的同时完成部分增锰，增锰量为0.09~0.10%。

2.根据权利要求1所述的增氮增锰方法，其特征在于所述精炼工序向钢水中喂入氮化锰包芯线的方式是：钢包进站后先吹氩化渣，然后一次性喂入氮化锰包芯线。

3.根据权利要求1所述的增氮增锰方法，其特征在于转炉出钢前，根据精炼工序氮化锰包芯线喂入量计算增锰量，合金化时将钢水锰含量控制在成分下限。

4.根据权利要求1所述的增氮增锰方法，其特征在于精炼工序根据钢水初样成分，还需要配加一定量的中碳锰铁，将钢水锰含量配至中限，完成增锰操作。

5.根据权利要求1所述的增氮增锰方法，其特征在于所述氮化锰包芯线通过喂线机喂入钢水中，喂线速度2.8-3.5米/秒。