CN111593161A - 一种超低氮低合金钢的冶炼方法 - Google Patents

一种超低氮低合金钢的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

一种超低氮低合金钢的冶炼方法:经铁水脱硫后转炉冶炼，并进行如下控制：在自开始底吹的700~705s内将底吹氩气的强度调至0.04~0.06Nm3/min.吨钢；在不点吹的前提下一次拉碳出钢；转炉出钢前30s内加入改质剂；出钢温度不超过1700℃；钢水进入钢包的期间不底部吹氩；RH真空处理：真空度≤67pa；控制加入的微合金总含量不低于3.5wt%；真空处理结束时，控制N≤0.0012wt%，S≤0.0007wt%，O≤0.00007wt%；连铸成坯：期间控制中间包钢水浇筑时的N≤0.0013wt%。本发明通过优化冶炼工艺，使钢中的氮含量N≤0.0013%，能减少汽车面板开裂废品发生率至20*10‑6以下。

Description

一种超低氮低合金钢的冶炼方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼方法，具体属于一种超低氮低合金钢的冶炼方法。
背景技术
一般来说，钢中的N是有害元素，如中厚板钢中，如N含量超过标准，易产生气孔裂纹等。氮元素对汽车用钢和硅钢等的力学和磁性影响非常敏感，如硅钢的N含量在0.0013wt%以下时比在0.0015wt%以上时，硅钢片的铁损更稳定且要小0.04W-0.06W,因此，除了把N元素作为有利的强化元素的个别钢种以外，绝大多数的钢种都要求低氮含量。
氮对车轮钢钢材性能具有易造成焊接热影响区脆化，形成裂纹，导致终端产品合格率低，生产成本高。
对于元素N，在现有技术中，在真空结束后采用，均采用钢包底部吹氩气，目的在于消除钢水循环不良，但这样却导致增N达 5*10-6。如经检索的：
刊登于《炼钢》（2012,28（1）：41-47页），名称为《车轮钢氮控制工艺优化》的文献，其对车轮钢的生产过程进行了跟踪研究，全过程研究了“LD-LF-CC” 工艺生产车轮钢各工序氮含量的变化。其通过优化并控制工艺，推行全程控氮，使车轮钢成品中N含量稳定在45*10-6以内，平均在31.61*10-6,减少了质量异议，提高了车轮钢的质量。其中：在转炉冶炼阶段，采用全程底吹氩气模式，严格控制补吹等技术措施，可将车轮钢进站钢水的N含量控制在25*10-6以下；在LF炉精炼阶段，采用微正压操作，以避免出站钢水翻腾，可将精炼钢水增N的质量分数控制在7*10-6以下；在连铸阶段，采用全程保护浇铸，可将连铸钢水增N的质量分数控制在3*10-6以下。其就是全程底吹氩气模式，再加上在冶炼工艺上未采取其它技术措施，如转炉渣的改质，出钢时的钢包渣的改质等，使车轮钢进站钢水的N含量在25*10-6以下；
刊登于《炼钢》（2014,30（3）：9-11页），名称为《首钢迁钢IF钢氮工艺生产实践》的文献，介绍了在生产高强IF钢过程中对于氮成分控制方面所做的探索和研究，总结高强IF钢的生产技术和防止增氮技术。低氮钢的生产工艺包括转炉冶炼工序减少补吹次数和时间、合理控制复吹条件，顶渣改质造高氮容量渣；RH精炼工序处理中期快速提高真空度，提高循环氩气流量、真空室化冷钢及惰性气体保护技术、浸渍管防增氮改造。实践表明，通过这些技术的开发和应用，迁钢冶炼低氮钢平均氮质量分数目前稳定在15*10-6左右。该文献为LD-RH-CC，由于在所冶炼的IF钢中S和O含量较高，因此对降低钢中N也不利。
刊登于《炼钢》（2015,31（2）：1-4页），名称为《全三脱铁水转炉少渣冶炼低氮钢生产实践》的文献，其在“全三脱”铁水转炉少渣冶炼工艺过程中，通过对历史生产数据影响钢水氮含量因素进行的分析研究结果表明：转炉顶枪漏氮对钢水增氮有很大影响；采用硅铁作为提温剂可以有效控制钢水中N在12*10-6左右；脱碳转炉采用全程底吹氩钢水N可以降低3.3*10-6；转炉熔池内C=0.3%-0.4%时，加入矿石可有效降低钢水氮含量；转炉后吹以及出钢时间热长，钢中氮含量热高；采取优化措施后，脱碳转炉出钢后，可稳定控制钢包内钢水w(N)≤15*10-6，达到了冶炼低氮钢（w(N)≤30*10-6）的控制要求。该文献由于没有对转炉出钢前的转炉渣进行改质，导致出钢时N的含量在15*10-6以内。
刊登于冶金工业出版社2010-1，名称为《连铸坯质量控制》的文献，对在炼钢-精炼-连铸过程中钢洁净度控制的概论中，论述了钢中五大有害杂质元素S、P、N、H、O单独控制水平演变，其对杂质元素N的演变预测见下表：
表1 钢中有害杂质元素N单独控制水平演变
杂质元素 1960年 1970年 1980年 1990年 1996年 2000年 将来预计
N(%) 0.015 0.0030 0.0070 0.0050 0.0040 0.0030 0.0020
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种通过优化冶炼工艺，使钢中的氮含量N≤0.0013%，进一步提高钢的质量，进而能降低硅钢的铁损0.1W，或减少汽车面板用钢的开裂废品发生率至20*10-6以下，更加满足高端用户的需求的超低氮低合金钢的冶炼方法。
实现上述目的的措施：
一种超低氮低合金钢的冶炼方法,其步骤为:
1） 经铁水脱硫后进行转炉冶炼，期间进行如下控制：
A、全程采用顶底复合吹炼，顶吹氧气，氧气的纯度不低于99.5%；
B、底吹采用全程供氩气，并在自开始底吹的700~705s内将底吹氩气的强度调整至0.04~0.06Nm3/min.吨钢；
C、在不进行点吹的前提下采用一次拉碳出钢；
D、转炉出钢前30s内按照常规量加入改质剂；准备出钢，控制转炉出钢温度不超过1700℃：转炉炼钢出钢结束时，控制钢水中的S≤0.005wt%，N≤0.0012wt%；
E、在钢水进入钢包的过程中不启动底部吹氩，并向钢包中按照0.48~0.52kg/吨钢加入含碳在1.8~2.3%碳锰铁，及按照1.9~2.1kg/吨钢的加入活性石灰；控制钢包渣的碱度不低于2.0，钢包液面渣厚度在25~35mm；
2）进行RH真空处理，期间进行如下控制：
A、控制真空度≤67pa；
B、控制***管***钢液的深度不低于500mm；
C、进行微合金化：根据具体钢种微合金元素加入量的设定，控制加入的微合金总含量不低于3.5wt%；
D、真空处理结束时，控制N≤0.0012wt%，S≤0.0007wt%，O≤0.00007wt%；
3）连铸成坯，期间进行如下控制
A、控制浇注机械手工作液压压力在9±0.1MPa；
B、控制中间包钢水浇筑时的N≤0.0013wt%。
进一步地：在步骤2）的真空处理期间，***管***钢液的深度不低于510mm；且***管的使用次数不超过30次。
进一步地：步骤2）的RH真空处理期间，真空度控制在≤60pa。
进一步地：所述改质剂，其中的MgO占28~32wt%，CaO占48~53wt%。
进一步地：步骤1）的转炉出钢期间，出钢温度不超过1690℃。
本发明中主要工艺的机理及作用
本发明之所以在自开始底吹的700~705s内将底吹氩气的强度调整至0.04~0.06Nm3/min.吨钢，是由于底吹氩强度＞0.06 Nm3/min.吨钢，炉内易产生翻腾现象，使钢水与大气接触加剧，从而使出钢时的氮含量平均在16×10-6，比正常水平高出4×10-6；控制底吹氩强度在0.04-0.06 Nm3/min. 吨钢，是控氮的重要条件，其能增大脱氮反应面积。
本发明之所以在不进行点吹的前提下采用一次拉碳出钢，是由于点吹时熔池碳含量较低、CO发生量小，氧流冲开渣面使钢液裸露，火点区钢液吸氮速度大于脱氮速度，增N量大。一次拉碳出钢，能使吸氮速率常数降低。
本发明之所以控制转炉出钢温度不超过1700℃，进一步地不超过1690℃，是由于氮的溶解度随钢水温度升高而变大，在满足连铸工艺的前提下，出钢温度不必太高，以使N含量降低。
本发明之所以在出钢至进行RH真空处理的同时，停止钢包底吹氩，是由于进行钢包底吹氩会增大吸氮速率常数。
本发明之所以控制真空度≤67pa，进一步地控制真空度≤60pa，是由于，真空度越小，与其平衡的钢水中的N含量越低，脱N的热力学条件越好。
本发明之所以控制加入的微合金总含量不低于3.5wt%，是由于微合金总含量不低于3.5wt%时，钢中的O和S就更容易降低，解决降低钢水中表面活性元素[O]、[S]的浓度的问题；
本发明与现有技术相比，通过优化冶炼工艺，使钢中的氮含量N≤0.0013%，进一步提高钢的质量，进而能减少汽车面板用钢的开裂废品发生率至20*10-6以下，更加满足高端用户的需求。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
实施例1
一种超低氮低合金钢的冶炼方法,其步骤为:
1） 经铁水脱硫后进行转炉冶炼，期间进行如下控制：
A、全程采用顶底复合吹炼，顶吹氧气，氧气的纯度在99.6%；
B、底吹采用全程供氩气，并在自开始底吹到701s时，将底吹氩气的强度调整至0.041Nm3/min.吨钢；
C、在不进行点吹的前提下采用一次拉碳出钢；
D、转炉出钢前29s时按照常规量加入改质剂；准备出钢，转炉出钢温度为1695℃：转炉炼钢出钢结束时，钢水中的S为0.0048wt%，N在0.0012wt%；
所述改质剂的组成原料种类不变，仅要求：MgO占28.5wt%，CaO占50wt%，其余量为剩余其它原料种类量之和；
E、在钢水进入钢包不启动底部吹氩的前提下，向钢包中按照0.48kg/吨钢加入含碳在1.9%的碳锰铁，及按照1.93kg/吨钢的加入活性石灰；钢包渣的碱度在2.5，钢包液面渣厚度在29mm；在出钢至进行RH真空处理的同时，停止了钢包底吹氩；
2）进行RH真空处理，期间进行如下控制：
A、控制真空度在60pa；
B、控制***管***钢液的深度在511mm；
C、进行微合金化：根据具体钢种微合金元素加入量的设定，加入的微合金总含量在3.8wt%；
D、真空处理结束时， N在0.0011wt%，S在0.0007wt%，O在0.00006wt%；
3）连铸成坯，期间进行如下控制
A、控制浇注机械手工作液压压力在9.1MPa；
B、控制中间包钢水浇铸时的N在0.0011wt%。
经检测，本实施例钢中的N含量为0.0011wt%，钢的质量得到提高，未发现有裂纹产生。
实施例2
一种超低氮低合金钢的冶炼方法,其步骤为:
1） 经铁水脱硫后进行转炉冶炼，期间进行如下控制：
A、全程采用顶底复合吹炼，顶吹氧气，氧气的纯度在于99.62%；
B、底吹采用全程供氩气，并在自开始底吹到703s时，将底吹氩气的强度调整至0.051Nm3/min.吨钢；
C、在不进行点吹的前提下采用一次拉碳出钢；
D、转炉出钢前25s时按照常规量加入改质剂；准备出钢，转炉出钢温度为1693℃：转炉炼钢出钢结束时，钢水中的S为0.0046wt%，N在0.0011wt%；
所述改质剂的组成原料种类不变，仅要求：MgO占29wt%，CaO占49wt%，其余量为剩余其它原料种类量之和；
E、在钢水进入钢包的过程中常规启动底部吹氩，并向钢包中按照0.49kg/吨钢加入含碳在1.98%的碳锰铁，及按照1.95kg/吨钢的加入活性石灰；钢包渣的碱度在2.3，钢包液面渣厚度在26mm；在出钢至进行RH真空处理的同时，停止了钢包底吹氩；
2）进行RH真空处理，期间进行如下控制：
A、控制真空度在59pa；
B、控制***管***钢液的深度在515mm；
C、进行微合金化：根据具体钢种微合金元素加入量的设定，加入的微合金总含量在3.6wt%；
D、真空处理结束时， N在0.0010wt%，S在0.0006wt%，O在0.00006wt%；
3）连铸成坯，期间进行如下控制
A、控制浇注机械手工作液压压力在9.0MPa；
B、控制中间包钢水浇铸时的N在0.0010wt%。
经检测，本实施例钢中的N含量为0.0010wt%，钢的质量得到提高，未发现有裂纹产生。
实施例3
一种超低氮低合金钢的冶炼方法,其步骤为:
1） 经铁水脱硫后进行转炉冶炼，期间进行如下控制：
A、全程采用顶底复合吹炼，顶吹氧气，氧气的纯度在于99.65%；
B、底吹采用全程供氩气，并在自开始底吹到705s时，将底吹氩气的强度调整至0.055Nm3/min.吨钢；
C、在不进行点吹的前提下采用一次拉碳出钢；
D、转炉出钢前25s时按照常规量加入改质剂；准备出钢，转炉出钢温度为1688℃：转炉炼钢出钢结束时，钢水中的S为0.0042wt%，N在0.0011wt%；
所述改质剂的组成原料种类不变，仅要求：MgO占28.0wt%，CaO占50.5wt%，其余量为剩余其它原料种类量之和；
E、在钢水进入钢包的过程中常规启动底部吹氩，并向钢包中按照0.51kg/吨钢加入含碳在2.0%的碳锰铁，及按照1.92kg/吨钢的加入活性石灰；钢包渣的碱度在2.4，钢包液面渣厚度在30mm；在出钢至进行RH真空处理的同时，停止了钢包底吹氩；
2）进行RH真空处理，期间进行如下控制：
A、控制真空度在55pa；
B、控制***管***钢液的深度在520mm；
C、进行微合金化：根据具体钢种微合金元素加入量的设定，加入的微合金总含量在3.75wt%；
D、真空处理结束时， N在0.0010wt%，S在0.0005wt%，O在0.00004wt%；
3）连铸成坯，期间进行如下控制
A、控制浇注机械手工作液压压力在9.0MPa；
B、控制中间包钢水浇铸时的N在0.0010wt%。
经检测，本实施例钢中的N含量为0.0010wt%，钢的质量得到提高，未发现有裂纹产生。
实施例4
一种超低氮低合金钢的冶炼方法,其步骤为:
1） 经铁水脱硫后进行转炉冶炼，期间进行如下控制：
A、全程采用顶底复合吹炼，顶吹氧气，氧气的纯度在于99.58%；
B、底吹采用全程供氩气，并在自开始底吹到702s时，将底吹氩气的强度调整至0.056Nm3/min.吨钢；
C、在不进行点吹的前提下采用一次拉碳出钢；
D、转炉出钢前25s时按照常规量加入改质剂；准备出钢，转炉出钢温度为1690℃：转炉炼钢出钢结束时，钢水中的S为0.0040wt%，N在0.0011wt%；
所述改质剂的组成原料种类不变，仅要求：MgO占30.0wt%，CaO占49.5wt%，其余量为剩余其它原料种类量之和；
E、在钢水进入钢包的过程中常规启动底部吹氩，并向钢包中按照0.48kg/吨钢加入含碳在1.85%的碳锰铁，及按照1.96kg/吨钢的加入活性石灰；钢包渣的碱度在2.4，钢包液面渣厚度在28mm；在出钢至进行RH真空处理的同时，停止了钢包底吹氩；
2）进行RH真空处理，期间进行如下控制：
A、控制真空度在56pa；
B、控制***管***钢液的深度在518mm；
C、进行微合金化：根据具体钢种微合金元素加入量的设定，加入的微合金总含量在3.7wt%；
D、真空处理结束时， N在0.0010wt%，S在0.0004wt%，O在0.00004wt%；
3）连铸成坯，期间进行如下控制
A、控制浇注机械手工作液压压力在9.0MPa；
B、控制中间包钢水浇铸时的N在0.0010wt%。
经检测，本实施例钢中的N含量为0.0010wt%，钢的质量得到提高，未发现有裂纹产生。
实施例5
一种超低氮低合金钢的冶炼方法,其步骤为:
1） 经铁水脱硫后进行转炉冶炼，期间进行如下控制：
A、全程采用顶底复合吹炼，顶吹氧气，氧气的纯度在于99.58%；
B、底吹采用全程供氩气，并在自开始底吹到702s时，将底吹氩气的强度调整至0.058Nm3/min.吨钢；
C、在不进行点吹的前提下采用一次拉碳出钢；
D、转炉出钢前25s时按照常规量加入改质剂；准备出钢，转炉出钢温度为1689℃：转炉炼钢出钢结束时，钢水中的S为0.0038wt%，N在0.0010wt%；
所述改质剂的组成原料种类不变，仅要求：MgO占28.0wt%，CaO占50wt%，其余量为剩余其它原料种类量之和；
E、在钢水进入钢包的过程中常规启动底部吹氩，并向钢包中按照0.51kg/吨钢加入含碳在1.97%的碳锰铁，及按照1.98kg/吨钢的加入活性石灰；钢包渣的碱度在2.3，钢包液面渣厚度在26mm；在出钢至进行RH真空处理的同时，停止了钢包底吹氩；
2）进行RH真空处理，期间进行如下控制：
A、控制真空度在55pa；
B、控制***管***钢液的深度在522mm；
C、进行微合金化：根据具体钢种微合金元素加入量的设定，加入的微合金总含量在3.9wt%；
D、真空处理结束时， N在0.0009wt%，S在0.0003wt%，O在0.00004wt%；
3）连铸成坯，期间进行如下控制
A、控制浇注机械手工作液压压力在9.1MPa；
B、控制中间包钢水浇铸时的N在0.0009wt%。
经检测，本实施例钢中的N含量为0.0009wt%，钢的质量得到提高，未发现有裂纹产生。
实施例6
一种超低氮低合金钢的冶炼方法,其步骤为:
1） 经铁水脱硫后进行转炉冶炼，期间进行如下控制：
A、全程采用顶底复合吹炼，顶吹氧气，氧气的纯度在于99.61%；
B、底吹采用全程供氩气，并在自开始底吹到702s时，将底吹氩气的强度调整至0.057Nm3/min.吨钢；
C、在不进行点吹的前提下采用一次拉碳出钢；
D、转炉出钢前25s时按照常规量加入改质剂；准备出钢，转炉出钢温度为1695℃：转炉炼钢出钢结束时，钢水中的S为0.0043wt%，N在0.0010wt%；
所述改质剂的组成原料种类不变，仅要求：MgO占28.0wt%，CaO占50wt%，其余量为剩余其它原料种类量之和；
E、在钢水进入钢包的过程中常规启动底部吹氩，并向钢包中按照0.48kg/吨钢加入含碳在1.9%的碳锰铁，及按照1.93kg/吨钢的加入活性石灰；钢包渣的碱度在2.3，钢包液面渣厚度在26mm；在出钢至进行RH真空处理的同时，停止了钢包底吹氩；
2）进行RH真空处理，期间进行如下控制：
A、控制真空度在55pa；
B、控制***管***钢液的深度在516mm；
C、进行微合金化：根据具体钢种微合金元素加入量的设定，加入的微合金总含量在4.0wt%；
D、真空处理结束时， N在0.0010wt%，S在0.0003wt%，O在0.00005wt%；
3）连铸成坯，期间进行如下控制
A、控制浇注机械手工作液压压力在9.1MPa；
B、控制中间包钢水浇铸时的N在0.0010wt%。
经检测，本实施例钢中的N含量为0.0010wt%，钢的质量得到提高，未发现有裂纹产生。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (5)

1.一种超低氮低合金钢的冶炼方法,其步骤为:
1） 经铁水脱硫后进行转炉冶炼，期间进行如下控制：
A、全程采用顶底复合吹炼，顶吹氧气，氧气的纯度不低于99.5%；
B、底吹采用全程供氩气，并在自开始底吹的700~705s内将底吹氩气的强度调整至0.04~0.06Nm3/min.吨钢；
C、在不进行点吹的前提下采用一次拉碳出钢；
D、转炉出钢前30s内按照常规量加入改质剂；准备出钢，控制转炉出钢温度不超过1700℃：转炉炼钢出钢结束时，控制钢水中的S≤0.005wt%，N≤0.0012wt%；
E、在钢水进入钢包的过程中不启动底部吹氩，并向钢包中按照0.48~0.52kg/吨钢加入含碳在1.8~2.3%碳锰铁，及按照1.9~2.1kg/吨钢的加入活性石灰；控制钢包渣的碱度不低于2.0，钢包液面渣厚度在25~35mm；
2）进行RH真空处理，期间进行如下控制：
A、控制真空度≤67pa；
B、控制***管***钢液的深度不低于500mm；
C、进行微合金化：根据具体钢种微合金元素加入量的设定，控制加入的微合金总含量不低于3.5wt%；
D、真空处理结束时，控制N≤0.0012wt%，S≤0.0007wt%，O≤0.00007wt%；
3）连铸成坯，期间进行如下控制
A、控制浇注机械手工作液压压力在9±0.1MPa；
B、控制中间包钢水浇筑时的N≤0.0013wt%。
2.如权利要求1所述的一种超低氮低合金钢的冶炼方法，其特征在于：在步骤2）的真空处理期间，***管***钢液的深度不低于510mm；且***管的使用次数不超过30次。
3.如权利要求1所述的一种超低氮低合金钢的冶炼方法，其特征在于：步骤2）的RH真空处理期间，真空度控制在≤60pa。
4.如权利要求1所述的一种超低氮低合金钢的冶炼方法，其特征在于：所述改质剂，其中的MgO占28~32wt%，CaO占48~53wt%。
5.如权利要求1所述的一种超低氮低合金钢的冶炼方法，其特征在于：步骤1）的转炉出钢期间，出钢温度不超过1690℃。
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