CN113913673B

CN113913673B - 一种用含镁合金控制钢中夹杂物尺寸和数量的方法

Info

Publication number: CN113913673B
Application number: CN202111134068.5A
Authority: CN
Inventors: 岳江波; 李利巍; 邹航; 徐进桥; 肖邦志; 朱万军; 邓伟; 黄治军; 汪波; 刘小国
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2041-09-27
Also published as: CN113913673A

Abstract

本申请涉及炼钢领域，尤其涉及一种用含镁合金控制钢中夹杂物尺寸和数量的方法。所述方法包括以下步骤：将钢水进行合金化处理，得到合金化钢水；将含镁合金加入所述合金化钢水，得到含镁钢水；将所述含镁钢水进行连铸，得到连铸坯；其中，所述含镁合金的添加量根据所述合金化钢水的铝含量确定，所述连铸开始的时机为所述含镁钢水中镁的质量浓度≥0.0002ppm时，所述含镁合金中余下的一种或几种金属元素的脱氧能力分别小于铁元素的脱氧能力；不影响镁形成固体的MgO·Al₂O₃尖晶石，且随机分布在钢中，析出大量＜3μm的氧化物，且随着这种氧化物的数量增加，提高了钢坯的耐疲劳和耐腐蚀性能，可以诱导针状铁素体形核作用，提高厚板焊接冲击韧性。

Description

一种用含镁合金控制钢中夹杂物尺寸和数量的方法

技术领域

本申请涉及炼钢领域，尤其涉及一种用含镁合金控制钢中夹杂物尺寸和数量的方法。

背景技术

镁的氧化物在钢铁中最早用于大线能量焊接和改善热影响区韧性。冶金过程中，在实验室和工业小批量试验中，用镁的氧化物处理钢液后，普遍存在镁活性大、收得率低、镁的氧化物数量波动大，镁处理后仍然存在大尺寸夹杂物的问题。

专利公开号CN106399633A，“一种船板钢钢液镁处理工艺”，采用Mg-A1包芯合金线在LF合金微调完成后进行，喂入位置为钢包二透气砖对侧，距钢包中心1/3～1/2半径处，喂线速度2.5～4.0m·s^-1，喂线后软吹≥12min；在船板钢精炼过程中，以Mg-Al-Fe合金的方式加入钢液进行钢液镁处理，该合金利用铝可与镁和铁易形成任意比例合金的特点制备，能够控制船板钢洁净度和钢中夹杂物成分、数量、粒度及其分布；本申请的方法，提高船板钢洁净度和非金属夹杂物控制水平，从而改善船板钢的力学性能及其稳定性。

专利公开CN102181802 A，“一种镁处理的易焊接高强韧性X80G管线钢的制备方法”一，真空感应炉试制了镁处理钢，通过控制Ti/Mg比的成分，使X80G管线钢具有很好的大线能量焊接性能。

在国内，对于钢液Mg处理技术研究主要用于实验和基础理论研究阶段，工业化技术推广应用在车轮钢有少量应用。但对于如何提高用镁氧化物冶金控制粒子的数量和尺寸的工艺方法未见报道。

发明内容

本申请提供了一种用含镁合金控制钢中夹杂物尺寸和数量的方法，以解决现有Mg处理技术无法控制钢中夹杂物尺寸和数量的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种用含镁合金控制钢中夹杂物尺寸和数量的方法，所述方法包括以下步骤：

将钢水进行合金化处理，得到合金化钢水；

将含镁合金加入所述合金化钢水，得到含镁钢水；

将所述含镁钢水进行连铸，得到连铸坯；

其中，所述含镁合金的添加量根据所述合金化钢水的铝含量确定，所述连铸开始的时机为所述含镁钢水中镁的质量浓度≥0.0002ppm时，所述含镁合金中余下的一种或几种金属元素的脱氧能力分别小于铁元素的脱氧能力。

可选的，所述含镁合金包括Ni-Mg合金和/或Cr-Mg合金，其中，以质量分数计，镁的含量为10～30％；所述含量第一的金属元素包括镍或铬。

可选的，所述含镁合金的粒度≤30mm。

可选的，所述钢包中的保护氛围包括大气氛围或含氩气氛围。

可选的，所述合金化钢水中，以质量分数计，氧含量为0.0015％～0.003％，硫含量为0.0015％～0.003％。

可选的，所述连铸坯中镁的质量浓度≥0.0002ppm。

可选的，所述连铸坯中夹杂物的尺寸均＜15μm。

可选的，所述连铸坯中，每32.1mm²的面积中，尺寸为1～5μm的夹杂物数量＞470个。

可选的，所述钢水的保炉渣的氧势为20-30ppm。

第二方面，本申请提供了一种如第一方面所述的方法制得的连铸坯，经过轧制获得优质的钢板，所述钢板的焊接韧性在-30℃时≥280J；疲劳极限≥480MPa。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的该方法，在用含镁合金处理的钢水的过程中，根据所述铝含量添加含镁合金，得到满足目标钢种要求的钢水，同时保证在所述含镁合金中，余下的一种或几种金属元素的脱氧能力小于铁元素的脱氧能力，不影响镁形成固体的MgO·Al2O₃尖晶石；当镁的质量浓度≥0.0002ppm时，将所述钢包钢水进行连铸，用含镁合金处理后，钢中镁会随着时间延长逐渐衰减，镁的质量浓度≥0.0002ppm时进行连铸，有助于保证连铸坯中有足够的镁元素形成氧化物，同时保证MgO·Al₂O₃尖晶石的数量，且尖晶石不呈簇状，随机分布在钢中，析出大量＜3μm的氧化物，且随着这种氧化物的数量增加，提高了钢坯的耐疲劳和耐腐蚀性能，可以诱导针状铁素体形核作用，提高厚板焊接冲击韧性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种用含镁合金控制钢中夹杂物尺寸和数量的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

第一方面，本申请提供了一种用含镁合金控制钢中夹杂物尺寸和数量的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

S1.将钢水进行合金化处理，得到合金化钢水；

S2.将含镁合金加入所述合金化钢水，得到含镁钢水；

S3.将所述含镁钢水进行连铸，得到连铸坯；

本申请实施例中，最好的是控制含量第一的金属元素的脱氧能力小于铁元素的脱氧能力的原因是使钢中氧更多的与镁合金形成MgO、减少其它元素形成的氧化物数量，从而增加小尺寸MgO的原始数量；对纯Mg的活性进行了钝化处理，具有使用M给合金安全和收得率更高的有益效果；如果选用Al或Si，合金采用Al-Mg、Si-Mg等含镁合金，会有一定量的A1或Si参与脱氧反应、减少了MgO数量的不利效果；也可以控制所述含镁合金中余下的一种或几种金属元素的脱氧能力分别小于铁元素的脱氧能力。

本申请实施例中，可以在用含镁合金处理真空精炼钢水后，镁处理后真空精炼钢水中镁含量可以达到0.0002～0.0018％；也可以在钢水完成合金化后达到低硫、低氧热力学条件也可以进行Mg合金化处理。

本申请实施例中，加入方式有喂线法和投入法，采用喂线操作，喂线深度约为0.50～0.80H(钢水深度)，喂线速度3～6m/秒，喂线后软吹氩气3-8分钟，Mg处理均能达到良好改性效果；用含镁合金处理真空精炼钢水后为了确保喷溅较少，在初始喂Mg合金线时，可以降低速度，待加入Mg合金线钢液面沸腾平稳后逐渐升速；Mg处理后，适当的搅拌必不可少，但不可使钢水裸露，同时搅拌时确保钢水流场是让Mg合金循环进入钢水内部，不是向钢水表面运动。

本申请实施例中，投入含镁合金，细化钢中夹杂物尺寸，实现钢液中Mg氧化物改性为大量MgO·Al₂O₃、和MgO·Al₂O₃-S小尺寸颗粒状。

本申请实施例中，在镁的质量浓度≥0.0002ppm时，将所述钢包钢水进行连铸的原因是用含镁合金处理后，钢中镁会随着时间延长逐渐衰减，会造成Mg合金化形成的小尺寸夹杂物的数量的不利后果；在浓度≥0.0002ppm时，具有确保一定数量MgO的有益效果。

本申请实施例中，为确保镁处理效果，镁处理后钢中镁含量可以达到0.0002～0.0018％，钢中小尺寸夹杂物已经形成，且较稳定时尽快完成浇铸作业，防止钢中Mg进一步衰减后钢中有效的小尺寸氧化物夹杂物数量变小和大尺寸夹杂物变多。

作为一种可选的实施方式，所述含镁合金包括Ni-Mg合金和/或Cr-Mg合金，其中，以质量分数计，镁的含量为10～30％；所述含量第一的金属元素包括镍或铬。

本申请实施例中，所述含镁合金中含量第一的金属元素具有不参与脱氧的作用，可以达到增加原始小尺寸MgO的效果。

作为一种可选的实施方式，所述含镁合金的粒度≤30mm。

本申请实施例中，所述含镁合金的粒度≤≤30mm，具有·有效增加Mg合金收得率和安全性的有益效果，如果粒度大于30mm，会影响收得率，并具有局部Mg浓度过高、炼钢过程喷发引发危险的不利效果；采用合金包芯线加入时，含镁合金粒度可以为1-3mm。

作为一种可选的实施方式，所述钢包中的保护氛围包括大气氛围或含氩气氛围。

本申请实施例中，在所述钢包中进行镁处理，可以是常规的大气氛围，也可以是含氩气氛围，氩气的真空度可以为30-80KPa，优选的氩气压力50KPa左右。

作为一种可选的实施方式，所述合金化钢水中，以质量分数计，氧含量为0.0015％～0.003％，硫含量为0.0015％～0.003％。

本申请实施例中，在含镁合金添加前，控制氧含量和硫含量的原因是，控制氧含量可以确保钢中有一定自由氧可以与镁合金加入后形成一定量一次小尺寸MgO，当氧含量较低同时又有一定量的硫时，Mg可以和硫直接反应生成MgS，而一次MgS尺寸相对MgO尺寸较大，对细化原始氧化物夹杂物尺寸不利。

本申请实施例中，Mg处理钢水不应该长时间停留，减少炉衬对Mg处理后低氧洁净钢水的污染和二次氧化。此外，Mg处理前钢水中S含量过高也会影响Mg对氧化物改性效果，在较低氧含量钢液中Mg会与钢中S结合形成MgS夹杂，从而影响Mg直接形成小尺寸MgO。相关实验数据表明，较高的钢水温度对Mg处理收得率也不利。综上，Mg处理前钢水状态应该确保所有合金化微调结束、较低氧、硫含量、合适的温度。

作为一种可选的实施方式，所述连铸坯中镁的质量浓度≥0.0002ppm。

本申请实施例中，控制所述连铸坯中镁的质量浓度≥0.0002ppm的原因是，炼钢Mg处理后会有一定Mg形成MgO，且随着时间，Mg有衰减趋势，规定铸坯中Mg含量最低含量，可以确保一定数量MgO的有益效果。

作为一种可选的实施方式，所述连铸坯中夹杂物的尺寸均＜15μm。

作为一种可选的实施方式，所述连铸坯中，每32.1mm²的面积中，尺寸为1～5μm的夹杂物数量＞470个。

作为一种可选的实施方式，所述钢水的保炉渣的氧势为20-30ppm。

本申请实施例中，控制所述钢水的氧势为20-30ppm的原因是钢中具有一定量的氧，可以为Mg处理时形成一定数量的MgO提供一定的氧。如果进行合金化处理是在真空精炼时进行，对钢水进行真空精炼处理之前，还包括对铁水进行LF精炼处理，得到LF精炼钢水，所述钢水的保炉渣的氧势为20-30ppm。

第二方面，本申请提供了一种如第一方面所述的方法制得的连铸坯，经过轧制获得优质的钢板，所述钢板的焊接韧性在-30℃时≥280J；疲劳极限≥480MPa，具有较好的综合力学性能，体现在疲劳、焊接韧性和抗酸等腐蚀性。

下面将结合实施例、对比例及实验数据对本发明的方法进行详细说明。

实施例1-3和对比例1-2中，用含镁合金处理时，采用的工艺流程为：高炉铁水→铁水脱硫→转炉顶底复合吹炼→LF炉→RH(Mg)处理→连铸。在炼钢LF炉完成了脱氧、脱硫任务，并对钢包顶部炉渣进行了熔渣改质，大幅降低了炉渣的氧化性，经真空RH处理钢中气体危害元素N、H、O进一步降低，钢中O、S含量(0.0015～0.003％)。在RH喂线工位开展喂Mg线操作的流程为：

首先Mg合金线选择，实施例1-3选择Ni-Mg合金，对比例1选择Al-Mg合金、和对比例2选择不处理三种方式，其中Al-Mg和不处理为对比例；

钢包喂线流程：喂线操作在真空处理结束后进行，打开钢包炉盖，通过喂丝机喂Mg-Ni/Al-Mg线400米。喂线前开始软吹，使钢水循环流动起来，喂线时吹氩强度应增至钢包中心渣面被吹开，镁线喂入钢液，喂线深度约为0.50～0.80H(钢水深度)，喂线速度3～6m/秒，喂线后软吹氩气3-8分钟，氩气搅拌时确保钢水流场是让Mg合金循环进入钢水内部，不是直接向钢水表面运动，促进Mg氧化物冶金处理效果。

表1实施例1-3和对比例1-2中不同改性处理钢中夹杂物尺寸和数量分布。

表2实施例1-3和对比例1-2中钢板的性能。

由表可知，Mg处理后钢水进行连铸和并经过加热轧制为成品厚度12.7mm，对轧态下钢中夹杂物进行分析，钢中主要夹杂物未见大尺寸≥15μm夹杂物，夹杂物主要为颗粒状MgO·Al₂O₃和表面富集硫化物的颗粒状MgO·Al₂O₃。三种不同类型处理方式的夹杂物定量统计见表1，从表中可知，钢中夹杂物总量排序为Ni-Mg合金Al-Mg合金、不处理工艺，Ni-Mg含量最多，采用Ni-Mg作为氧化物冶金合金可以有效提高氧化物粒子的数量。由表2可知，使连铸坯轧制后的疲劳极限中采用Ni-Mg处理比Al-Mg和不处理的都高，且焊接韧性和抗H₂S腐蚀性都较好，不经过任何夹杂物改性处理的钢疲劳、焊接韧性和抗H₂S腐蚀性最差。

实施例4-6和对比例3-4，电炉生产某特种钢时采用的工艺流程为：电炉→VIM(真空感应炉)/VD(真空脱气)(Mg处理)→连铸/模铸。铝脱氧镇静钢在电炉完成了脱氧、脱硫任务，在真空进行真空处理使钢中气体危害元素N、H、O进一步降低。后续开展了真空Mg处理。实施例4-6中含镁合金处理，使用Ni-Mg合金，其中Nil-Mg合金中，以质量分数计，Ni：90％、Mg：10％，粒度2-20mm，采用从顶部投入法加入到钢液表面；对比例采用Al-Mg合金，对比例2采用不添加含镁合金进行。

(1)在真空炉真空精炼，钢水重量500kg，钢水成分到了目标要求，钢中全氧≤0.003％，然后在真空室内开展含镁合金处理工艺。含镁合金处理前填充保护气体Ar气50KPa，然后加入Ni-Mg合金，或A1-Mg合金，合金加入后进行提升功率进行电磁搅拌2分钟促进合金均匀化，然后浇铸成锭。钢中成品含量见表3。

表3实施例4-6和对比例3-4中不同改性处理钢中夹杂物尺寸和数量分布。

表4实施例4-6和对比例3-4中连钢板的性能。

电炉Mg处理后钢锭经热轧轧制为成品厚度12.7mm，对轧态下钢中夹杂物进行面扫描夹杂物统计分析，钢中主要夹杂物均未见大尺寸≥15μm夹杂物，夹杂物主要为颗粒状MgO·Al₂O₃和表面富集硫化物的颗粒状MgO·Al₂O₃。同时对夹杂物的定量统计。从表3可知，钢中夹杂物总量排序为Ni-Mg合金Al-Mg合金、不处理工艺，Ni-Mg含量最多，因此采用Ni-Mg作为氧化物冶金合金可以有效提高氧化物粒子的数量，由表4可知，使钢坯经过轧制后，综合理化性能见表4。钢中夹杂物总量排序为Ni-Mg合金A1-Mg合金、不处理工艺，Ni-Mg含量最多，采用Ni-Mg作为氧化物冶金合金可以有效提高小尺寸氧化物粒子的数量。由表4可知，性能中疲劳极限采用Ni-Mg处理比Al-Mg和不处理的都高，且焊接韧性和抗H2S腐蚀性都较好，不经过任何夹杂物改性处理的钢疲劳、焊接韧性和抗H₂S腐蚀性最差。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种用含镁合金控制钢中夹杂物尺寸和数量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将钢水进行合金化处理，得到合金化钢水，所述钢水的保炉渣的氧势为20-30ppm，所述合金化钢水中，以质量分数计，氧含量为0.0015%~0.003%，硫含量为0.0015%~0.003%；

将含镁合金加入所述合金化钢水，得到含镁钢水；

将所述含镁钢水进行连铸，得到连铸坯；

其中，所述含镁合金的添加方式采用喂线操作，喂线深度为钢水深度的0.50～0.80倍，喂线速度3～6m/秒，喂线后软吹氩气3-8分钟，所述连铸开始的时机为所述含镁钢水中镁的质量浓度 ≥ 0.0002ppm时，所述含镁合金中余下的一种或几种金属元素的脱氧能力分别小于铁元素的脱氧能力，所述含镁合金为Cr-Mg合金，其中，以质量分数计，镁的含量为10~30%；含量第一的金属元素为铬，所述连铸坯中，每32.1mm²的面积中，尺寸为1~5μm的夹杂物数量＞470个。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含镁合金的粒度≤30mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连铸坯中夹杂物的尺寸均<15μm。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的方法制得的连铸坯经过轧制成成品厚度的钢板，其特征在于，所述钢板焊接韧性在-30℃时≥280J；疲劳极限≥480MPa。