CN106521089A - 一种实心金属钙高镁稀土镁合金复合包芯线 - Google Patents

Abstract

一种实心金属钙高镁稀土镁合金复合包芯线，该包芯线外层为0.3‑0.5毫米厚普通钢带，芯层包括稀土镁合金粉末层、中间保护层和实芯金属钙线，实芯金属钙线由中间保护层包裹，稀土镁合金粉末层包裹中间保护层，实芯金属钙线与稀土镁合金粉末层的质量比为1:2~5，高镁稀土镁合金粉末的粒度小于3mm。通过采用包芯线的方法来加入到微合金化钢中可以使钙、镁处理过程平稳并获得较高吸收率，使目前面临的问题得到较好解决。并且，保存时间更长，收得率更加稳定的优点，具有显著的经济效益。

Description

一种实心金属钙高镁稀土镁合金复合包芯线

技术领域

本发明涉及一种合金粉包芯线。

背景技术

我国钢铁产业正处于历史上最高峰时期，未来几年内，预计我国年钢产量将达到18亿吨，包芯线市场将达到50亿元以上。根据国际钢铁协会统计，2011年世界各国的钢产总量达到16亿吨，增幅15%；而中国以7亿吨的产量蝉联世界第一，另外，随着科学技术的不断进步，各种工程结构设计日益趋向高参数、轻量化及大型化，对钢铁材料性能的要求强度更高、韧性更优良，包芯线喂线处理技术对此起着不可缺少非常重要的作用。

获得更高纯净度、更高均匀性的产品是目前钢铁生产和研究的热点，也是冶金技术的发展方向。就目前的生产技术条件，钢中杂质元素含量的控制已经达到较高水平(钢中杂质总量:S+P+N+H+T•O≤100×10-6)，而随着钢水中杂质元素含量的进一步降低，钢中夹杂物对钢铁产品产生的不良影响作用就更加明显，因此，根据产品的不同质量要求来控制和改善钢中夹杂物的性状就显得尤为重要。

最为典型、应用最为广泛的夹杂物变性处理技术是铝脱氧钢的钙处理。钙处理可以将钢中Al2O3 夹杂转变成低熔点的复合氧化物，有利于其聚合长大从钢水中排除，不仅可以防止水口冻结，而且可以减少钢中氧化物夹杂的数量；同时，滞留在钢中的夹杂物其形状几乎为圆形并无规则地分布于钢中，可以减轻对钢性能的危害。但是钙处理存在的问题是：虽然钢中氧化物夹杂的数量可以大幅度减少，但残留下来的夹杂物往往尺寸比较大，由于CaO •Al2O3夹杂物不易变形，轧制过程中会在夹杂物周围沿变形方向形成微裂纹、空洞，导致钢的一系列性能的恶化。特别是那些对于疲劳性能有苛刻要求的钢种，在生产中则不允许采用钙处理。对于更高质量要求的纯净钢产品，寻找新的夹杂物变性手段，以减轻和消除铝脱氧钢中夹杂物所造成的危害，已经成为钢铁产品生产中一个迫切需要解决的问题。

在炼钢温度下镁不仅与氧和硫具有极好的亲和力，而且还具有极强的对夹杂物形态与尺寸的控制能力。对于铝脱氧钢，镁处理在进一步降低钢中的溶解氧的同时，可以将钢中的Al2O3夹杂变为高熔点的MgO •Al2O3，由于其在钢水中以固态存在，没有聚合长大的过程，因此，其氧化物夹杂的尺寸可以非常细小，弥散分布于钢中。研究表明钢中存在的MgO•Al2O3夹杂尺寸可以控制在5μm以内，对钢的力学性能基本没有负面影响。同样，钢中加镁在进一步降低硫含量的同时，使钢中硫化物以细小的MgS或MgS-MnS的形式存在，减轻因MnS夹杂对钢性能带来的影响。

虽然对钢水采用镁处理的优点非常突出，但是，由于镁元素自身特点（低熔点，650℃；低沸点，1080℃；高的蒸气压，炼钢温度1600℃时大于2.0Mpa），在没有有效的镁加入方法之前，在炼钢生产过程中，对钢水进行镁处理还存在很大困难。

钙处理是目前特殊钢冶炼的必需工艺，钢水钙处理是以喷射冶金方法或喂线法将金属钙或合金加入钢液深部，达到脱氧、脱硫、使非金属夹杂变性等冶金效果的炉外精练技术。由于金属钙的熔点低（838℃），沸点也低（1450℃），在钢液中的溶解度很小（当1600℃、钙蒸汽压为0.186MPa时为0.03%），钙的密度也很小（1.55g/cm³），加入钢液中极易上浮到钢渣表面上与空气中的氧及渣液中的氧化物反应而烧损掉。故一般使用含金属钙的包芯线如CaSi包芯线（Ca28%～32%）或cafe包芯线（Ca约30%,Fe约70%），且处理时要尽量加到金属液深部，利用金属液的静压，使钙在变成钙气泡之前即与钢中的氧、硫等起反应，不至于一加进去就变成钙气泡上浮损失掉。尽管如此，金属钙的收得率仍仅有7～18%左右，大量的金属钙都无谓浪费了。经过大量的研究发现，由粉剂（硅钙粉或金属钙、铁粉）组成的包芯线进入钢包后，在高温的作用下已经软化，即使较高的喂线速度，包芯线也无法穿透高温钢水进入深部，大多位于钢水的上部,很容易形成钙气泡上浮到钢渣表面而烧损掉。

发明内容

本发明的目的是提供一种实心金属钙高镁稀土镁合金复合包芯线，通过采用包芯线的方法来加入到微合金化钢中可以使钙、镁处理过程平稳并获得较高吸收率，使目前面临的问题得到较好解决。并且，保存时间更长，收得率更加稳定的优点，具有显著的经济效益。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种实心金属钙高镁稀土镁合金复合包芯线，该包芯线外层为0.3-0.5毫米厚普通钢带，芯层包括稀土镁合金粉末层、中间保护层和实芯金属钙线，实芯金属钙线由中间保护层包裹，稀土镁合金粉末层包裹中间保护层，实芯金属钙线与稀土镁合金粉末层的质量比为1:2~5，高镁稀土镁合金粉末的粒度小于3mm，按质量百分比高镁稀土镁合金粉末由以下的元素组分构成：

Mg 40~50%，

Ca 0.5~2.5%，

Al 1.0~2.5%，

Si 25~35%，

Ti 1~2.5%，

Ba 0.5~3.5%，

Mn 2.5~5.0%，

稀土元素 1.0~2.0%，

P ≤0.1%，

S ≤0.1%；

Fe 余量。

作为优选，高镁稀土镁合金粉末按质量百分比由以下的元素组分构成：

Mg 42~45%，

Ca 1.0~2.0%，

Al 1.5~2.0%，

Si 28~32%，

Ti 1.5~2.0%，

Ba 1.0~3.0%，

Mn 3.0~4.0%，

稀土元素 1.0~2.0%，

P ≤0.1%，

S ≤0.1%；

Fe 余量。

作为优选，高镁稀土镁合金粉末的粒度为0.1~2.0mm。

本发明加入铝可细化晶粒，提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。加入锰不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能。加入钛使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。

Ba是活性元素，可降低钢水中夹杂物含量、增加了钢水的流动，使钢水更加均匀。复合使用Ca、Ba脱氧，其产物可形成多元互溶体，降低脱氧产物的活度和熔点。Ba可以起到促进Ca的作用，有利于脱氧进行，使钢液净化效果更好，有利于钢中夹杂物聚集上浮。复合使用Ca、Ba脱氧，反应产物为低熔点的复合氧化物，有利于钢中夹杂物聚集上浮。并且能降低脱氧产物的活度和熔点，有利于脱氧进行，使钢液净化效果更好。

本发明应用于包芯线。外层为0.3-0.5毫米厚普通钢带，心部为稀土镁合金粉末，介于两者之间的是具有隔热功能的粉料层。采用上述结构的镁芯包芯线可以通过调整粉料层的厚度和物性来调整其导热效果，从而调整喂线处理过程中镁芯线的温度，防止其提前熔化汽化，以达到将镁送入钢水预定深度的目的，这样就可以使镁处理过程平稳并获得较高吸收率，使目前面临的问题得到较好解决。 采用稀土镁芯包芯线处理，加镁过程比采用普通结构含镁包芯线平稳，镁可以有效的加入钢水中，并获得比较稳定的收得率。 经过镁处理后，钢中夹杂物类型、形态和尺寸明显变化。大尺寸的Al2O3 夹杂转变为细小的MgO•Al2O3，同时使钢中MnS夹杂以细小的MgS或MgS-MnS的形式存在。通过采用稀土镁包芯线的方法来加入镁不仅能够解决回收率低的问题，而且还解决加镁过程中钢水大翻滚问题，开发稀土镁包芯线应用，具有显著的经济效益。

采用中间保护层（钢壳）、里层实芯金属钙线的特殊结构，使得包芯线的高温强度大大提高，极大提高了包芯线的穿透能力，使得金属钙能够真正地加入到钢水深部，利用钢水静压，使金属钙在变成气泡以前即与钢中氧、硫等反应，大大提高金属钙收得率；另外金属钙的比表面积大大缩小，因此降低了金属钙的气化速度，增加了金属钙被钢水吸收的时间，因而能在钢液取得更高的回收率且稳定。

具体实施方式

实施例1

一种实心金属钙高镁稀土镁合金复合包芯线，该包芯线外层为0.3-0.5毫米厚普通钢带，芯层包括稀土镁合金粉末层、中间保护层和实芯金属钙线，实芯金属钙线由中间保护层包裹，稀土镁合金粉末层包裹中间保护层，实芯金属钙线与稀土镁合金粉末层的质量比为1:3，高镁稀土镁合金粉末的粒度小于3mm，按质量百分比高镁稀土镁合金粉末由以下的元素组分构成：

Mg 42%，

Ca 2.0%，

Al 1.5%，

Si 25%，

Ti 2.0%，

Ba 3.0%，

Mn 4.0%，

稀土元素 1.0%，

P ≤0.1%，

S ≤0.1%；

Fe 余量。

此种包芯线在精炼后期以一定的放线速度插到钢液中， Mg的回收率平均35%，喂线后Ca的收得率比较稳定，平均收得率为30％，平均脱硫率26％，最高脱硫率33％，最低硫含量0.006％，平均脱氧率20％，最低氧含量0.00082％，喂线后钢水浇注正常，铸坯质量良好，表明本发明实心金属钙包芯线还可以促进夹杂物变性，净化钢水和改善钢水浇注性能，并且可以消除中间包和连铸过程中的水口结瘤现象。

实施例2

一种实心金属钙高镁稀土镁合金复合包芯线，该包芯线外层为0.3-0.5毫米厚普通钢带，芯层包括稀土镁合金粉末层、中间保护层和实芯金属钙线，实芯金属钙线由中间保护层包裹，稀土镁合金粉末层包裹中间保护层，实芯金属钙线与稀土镁合金粉末层的质量比为1:3，高镁稀土镁合金粉末的粒度小于3mm，按质量百分比高镁稀土镁合金粉末由以下的元素组分构成：

Mg 45%，

Ca 2.5%，

Al 2.0%，

Si 30%，

Ti 2.5%，

Ba 2.0%，

Mn 3.0%，

稀土元素 1.0%，

P ≤0.1%，

S ≤0.1%；

Fe 余量。

此种包芯线在精炼后期以一定的放线速度插到钢液中， Mg的回收率平均35%，喂线后Ca的收得率比较稳定，平均收得率为30％，平均脱硫率26％，最高脱硫率33％，最低硫含量0.006％，平均脱氧率20％，最低氧含量0.00082％，喂线后钢水浇注正常，铸坯质量良好，表明本发明实心金属钙包芯线还可以促进夹杂物变性，净化钢水和改善钢水浇注性能，并且可以消除中间包和连铸过程中的水口结瘤现象。

实施例3

一种实心金属钙高镁稀土镁合金复合包芯线，该包芯线外层为0.3-0.5毫米厚普通钢带，芯层包括稀土镁合金粉末层、中间保护层和实芯金属钙线，实芯金属钙线由中间保护层包裹，稀土镁合金粉末层包裹中间保护层，实芯金属钙线与稀土镁合金粉末层的质量比为1:4，高镁稀土镁合金粉末的粒度小于3mm，按质量百分比高镁稀土镁合金粉末由以下的元素组分构成：

Mg 48%，

Ca 1.5%，

Al 2.0%

Si 30%，

Ti 1.5%，

Ba 2.5%，

Mn 3.0%，

稀土元素 2.0%，

P ≤0.1%，

S ≤0.1%；

Fe 余量。

此种包芯线在精炼后期以一定的放线速度插到钢液中， Mg的回收率平均35%，喂线后Ca的收得率比较稳定，平均收得率为30％，平均脱硫率26％，最高脱硫率33％，最低硫含量0.006％，平均脱氧率20％，最低氧含量0.00082％，喂线后钢水浇注正常，铸坯质量良好，表明本发明实心金属钙包芯线还可以促进夹杂物变性，净化钢水和改善钢水浇注性能，并且可以消除中间包和连铸过程中的水口结瘤现象。

Claims (3)

1.一种实心金属钙高镁稀土镁合金复合包芯线，其特征在于该包芯线外层为0.3-0.5毫米厚普通钢带，芯层包括稀土镁合金粉末层、中间保护层和实芯金属钙线，实芯金属钙线由中间保护层包裹，稀土镁合金粉末层包裹中间保护层，实芯金属钙线与稀土镁合金粉末层的质量比为1:2~5，高镁稀土镁合金粉末的粒度小于3mm，按质量百分比高镁稀土镁合金粉末由以下的元素组分构成：

Mg 40~50%，

Ca 0.5~2.5%，

Al 1.0~2.5%，

Si 25~35%，

Ti 1~2.5%，

Ba 0.5~3.5%，

Mn 2.5~5.0%，

稀土元素 1.0~2.0%，

P ≤0.1%，

S ≤0.1%；

Fe 余量。

2.根据权利要求1所述的一种高镁稀土镁合金包芯线，其特征在于该高镁稀土镁合金粉末按质量百分比由以下的元素组分构成：

Mg 42~45%，

Ca 1.0~2.0%，

Al 1.5~2.0%，

Si 28~32%，

Ti 1.5~2.0%，

Ba 1.0~3.0%，

Mn 3.0~4.0%，

稀土元素 1.0~2.0%，

P ≤0.1%，

S ≤0.1%；

Fe 余量。

3.根据权利要求1或2所述的一种高镁稀土镁合金包芯线，其特征在于该高镁稀土镁合金粉末的粒度为0.1~2.0mm。