專利名稱：：一種硅鈣合金冶金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種冶金材料，.具體地說，本發(fā)明涉及一種新型硅藥合金。
背景技術(shù)：
：過去二十多年來，冶金界發(fā)現(xiàn)某些細(xì)小彌散的氧化物顆?？梢燥@著改善鋼材的某些性能，典型的例子是氧化物冶金技術(shù)，這一技術(shù)為日本的研究人員首創(chuàng)并應(yīng)用到鋼鐵生產(chǎn)中。其基本的原理是在鋼中形成細(xì)小彌散的TiO,"=1.5或者2)氧化物顆粒，這些顆粒在焊接熱循環(huán)過程中將成為新相的析出核心，在奧氏體晶粒內(nèi)部誘發(fā)出針狀鐵素體組織，這種針狀鐵素體組織可以大幅度提高鋼材焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性。這一技術(shù)首先在日本的一些高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)鋼如管線鋼、大線能量焊接用鋼等品種上得到應(yīng)用，在這些鋼中，11的含量在0.01-0.02%，其中大部分形成了氧化物和氮化物，少部分固溶在鋼中，氮化物和氧化物對于改善鋼的性能鋼有非常重要的效果，氧化物的效果更好，且鋼中的氧化鈦數(shù)量越多，效果越顯著。為了得到細(xì)小彌散的氧化鈦夾雜物顆粒，需要在煉鋼過程中實(shí)施夾雜物控制技術(shù)，即通過特定的合金對鋼水進(jìn)行脫氧，使鋼中形成合適種類的夾雜物并抑制其它夾雜物的形成。目前采用的方法是用Ti脫氧，使之形成鈦的氧化物并留存下來，日本的鋼廠發(fā)明了這項(xiàng)技術(shù)并應(yīng)用到管線鋼等厚板產(chǎn)品的生產(chǎn)上。對于結(jié)構(gòu)鋼厚板，氧化物冶金技術(shù)可以通過夾雜物來控制鋼材組織來提高焊接熱影響區(qū)沖擊韌性。要保障鋼板的低溫沖擊性能，鋼板含硫量應(yīng)很低，或使鋼中的硫化物球化，此外，鋼中需要有盡可能低的氧化鋁夾雜物含量。常規(guī)的辦法是采用硅鈣合金處理，硅鈣合金是一種較為理想的復(fù)合脫氧劑、脫硫劑，被應(yīng)用于優(yōu)質(zhì)鋼、低碳鋼、不銹鋼等鋼種和鎳基合金、鈦基合金等特殊合金的生產(chǎn)當(dāng)中，并適合作轉(zhuǎn)爐煉鋼用的增溫劑，還可用作鑄鐵的孕育劑和球墨鑄鐵生產(chǎn)中的添加劑。硅鈣合金是由元素硅、鈣和鐵組成的三元合金，主要有塊狀和粉狀兩種物理狀態(tài)，含Ca量一般在24-31。/。之間，含Si量在55-65%之間。通過向鋼中添加鈣和硅的合金，一方面使鋼中的氧化鋁形成低熔點(diǎn)的鋁酸鈣夾雜物排出鋼液進(jìn)入渣中，另一方面使鋼中的硫化物球化。但是，由于鈣是一種非常活潑的元素，加入鈣可以將鋼中的氧化鈦還原出來，即變成氧化鈣和金屬鈦，反應(yīng)式如下式(1):3[Ca]+(Ti203)==3(Ca0)+2[Ti](1)這和氧化物冶金技術(shù)需要獲得盡可能多的氧化鈦夾雜物的目標(biāo)相矛盾。所以，日本的鋼廠在實(shí)施氧化物冶金技術(shù)時(shí)，不進(jìn)行鈣處理，而代之以將鋼中硫含量控制在0.0010wt。/。以下，同時(shí)在煉鋼連鑄過程中盡可能去除氧化鋁夾雜物。但世界上只有很少的鋼廠能夠達(dá)到這樣苛刻的條件。在這種情況下，在實(shí)施氧化物冶金過程中，為保障鋼板的最終使用性能，必須對鋼進(jìn)行鈣處理，同時(shí)設(shè)法維持鋼中有用夾雜物的濃度在合理的水平。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種新型硅鈣合金，以解決上述問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種硅鈣合金冶金材料，其特征在于，其質(zhì)量百分比組成為:納米Ti02210%硅鈣合金9098%其中Ti02為粉末狀態(tài)，硅鈣合金為合金顆粒形式。所述硅鈣合金含有藥1535%硅3060%添加成分0.512%其余為不可避免的雜質(zhì)。所述添加成分選自Ti、Si、Al、Ba、Mg、Fe中的一種或幾種。所述雜質(zhì)少于8%。所述TiO2的細(xì)度《50納米。所述硅鈣合金混合均勻，無大于6毫米顆粒。本發(fā)明還提供該硅鈣合金冶金材料在冶金工業(yè)中的應(yīng)用。本發(fā)明的主要思想基于以下兩個(gè)方面1、通過改變反應(yīng)式(1)左右兩邊反應(yīng)物的濃度(活度)使反應(yīng)不能向右進(jìn)行；2、通過混合粉末向鋼水中引入更多的Ti02顆粒，使鋼液在完成鈣處理的同時(shí)不影響鋼中有用夾雜物Ti203的數(shù)量和分布。后者的原理基于以下反應(yīng)2(Ti02)==(Ti203)+[0](2)因?yàn)榉磻?yīng)最先在混合粉末和鋼水界面間發(fā)生，在界面鄰近區(qū)域富含鈣和Ti02/Ti203，此時(shí)鈣將主要參與兩個(gè)反應(yīng)，其一如常規(guī)鈣處理那樣使硫化物球化，其二則是和界面附近的Ti(VTi203發(fā)生反應(yīng)，因?yàn)樵谶M(jìn)行喂線處理時(shí)，混合粉末和鋼水鄰近區(qū)域Ti02/Ti203的濃度大大高于鋼水中Ti203的平均濃度，故大部分^消耗在和混合粉末中Ti(VTi203的反應(yīng)。相應(yīng)地，和鋼水中已經(jīng)存在的11203反應(yīng)的|15減少，即降低了反應(yīng)(l)朝右發(fā)生的可能性。在通常情況下，由于Ti02顆粒與鋼液之間界面不浸潤，納米Ti02顆粒非常容易上浮進(jìn)入渣中或者團(tuán)聚成大顆粒最終上浮進(jìn)入渣中，因此采用其它方法直接向鋼液中加入的Ti02粉末幾乎難以在鋼液中停留。而根據(jù)本發(fā)明，由于混合粉末中少量界面活性元素如Ti、Si、Al、Ba或者M(jìn)g的存在，以及反應(yīng)界面因放熱反應(yīng)所形成的短時(shí)間局部高溫，改變了Ti02顆粒和鋼水之間的界面行為，阻礙了納米Ti02顆粒在鋼水中的上浮和團(tuán)聚過程，大量的納米Ti02顆粒通過反應(yīng)式(2)所示的還原反應(yīng)以TiA的形式進(jìn)入鋼液中，最終停留在鋼液內(nèi)部。該硅鈣合金可以直接加入鋼液中，但優(yōu)選的是通過鋼殼包裹起來制成包芯線，采用鋼帶將混合均勻的粉末合金包裹起來，外徑為12—20毫米，內(nèi)部混合粉末包裹致密，以保證操作更簡單、合金收得率更穩(wěn)定。本包芯線材料用于煉鋼過程的鈣處理。在鋼水的成分和溫度調(diào)整完畢后，向鋼水中直接添加這種材料或者通過喂絲機(jī)直接向鋼水中連續(xù)喂入，(除鋼殼以外)材料的加入數(shù)量為0.07—0.50公斤/噸鋼。有益效果1、本發(fā)明所采用的冶金材料的功能完全涵蓋原有硅鈣合金的作用。既能夠通過鈣處理使夾雜物球化，改善橫向性能，也能夠通過鈣和鋼液中氧化鋁夾雜物反應(yīng)形成低熔點(diǎn)夾雜物，從而減少甚至消除脆性的氧化鋁夾雜物，改善鋼材的沖擊性能。2、當(dāng)特定過程需要將鋼中的夾雜物控制為以氧化鈦為主時(shí)，采用本發(fā)明所述的冶5金材料，不會發(fā)生前述的公式(1)中的反應(yīng)，鋼中原有的氧化鈦的數(shù)量和種類不會有明顯變化。從而保障特定夾雜物的冶金功能的完成。具體實(shí)施例方式以下用實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。這些實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實(shí)施例h按一定重量比將下述三種材料通過混料機(jī)混合均勻粒度為-325目(45微米以下)的Ti02粉末、硅鈣合金粉末、一325目鐵粉，最終混合物中含Ti02粉末9%，含22%的鈣，57%的硅，1%的鋁，以及6%鐵，然后通過機(jī)器設(shè)備包裹成包芯線材料，外徑為16毫米。在真空感應(yīng)爐內(nèi)將鋼水熔化和脫氧，然后調(diào)整成分，鋼水成分范圍及目標(biāo)如表l。事后分析證實(shí)鋼液中形成了以氧化鈦為主的夾雜物，在溫度保持在1550—157(TC范圍時(shí)，取合適長度的包芯線材料使其加入量為0.3公斤/噸鋼插入鋼液中熔化后出鋼，澆注成錠，鋼錠經(jīng)鍛造和熱軋生產(chǎn)成18mm鋼板，在鋼板上取樣作夾雜物分析和力學(xué)性能分析，部分試樣采用Gleeble熱模擬機(jī)模擬焊接后作低溫沖擊測試，最后分析鄰近斷口區(qū)域焊接熱影響區(qū)組織。表l鋼水成分范圍<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>作為對比，對比試驗(yàn)鋼的成分符合表l要求且非常接近于前者，除喂入的包芯線成分不一致以外，全部操作過程盡可能和前一爐鋼相同，后續(xù)的熱加工和檢測項(xiàng)目完全相同。其中包芯線材料釆用目前鋼廠常用的主要成分為含鈣26%和硅55%的合金，不含Ti02粉末。結(jié)果表明，同對比鋼相比，采用新型包芯線材料處理的鋼板(以下稱試驗(yàn)鋼)在組織性能上的對比明顯，主要差別表現(xiàn)在焊接熱影響區(qū)低溫沖擊韌性、夾雜物組成以及悍接熱影響區(qū)組織構(gòu)成上。其中一2(TC焊接熱影響區(qū)沖擊功提高一倍以上(三個(gè)試樣平均值)。夾雜物分析證實(shí)，對比鋼中氧化鈦的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于試驗(yàn)鋼板，夾雜物主要為氧化鋁和硫化錳，且夾雜物的粒度較試驗(yàn)鋼粗大。金相組織方面，焯接熱影響區(qū)的組織也有明顯差別，而兩者的強(qiáng)度和塑性無顯著差異。表2實(shí)施效果對比比較項(xiàng)巨力學(xué)性能-20。C焊接熱影響區(qū)AkvJ500倍光學(xué)顯微鏡下50個(gè)視場中夾雜物計(jì)數(shù)(個(gè))焊接熱影響區(qū)主要金相組織RpO.2MPaRmMPa%Ti0xA1203MnS試驗(yàn)鋼42056026221，245，198/2311362777晶內(nèi)鐵素體+下貝氏體+多邊形鐵素體對比鋼41556027136,80，105/1073815180上貝氏體+多邊形鐵素體+晶界鐵素體實(shí)施例2:鋼水經(jīng)300噸轉(zhuǎn)爐冶煉和RH精煉以后，采用含Ti02氧化物5%，31%的鈣，46%的硅，3%的鋇，以及1.5%的鋁，2%的鎂，6%的鐵，1%的鈦的包芯線材料，通過喂絲機(jī)加入鋼水中對其進(jìn)行鈣處理，鋼水的溫度為1575°C，喂入材料的量為0.15公斤/噸鋼。鈣處理結(jié)束對熱軋態(tài)鋼中的夾雜物分析后證實(shí)其形態(tài)、分布和成分與前例試驗(yàn)鋼類似，鋼中主要為氧化鈦夾雜物，鋼板組織性能及焊接熱影響區(qū)組織性能特征對比和實(shí)施例l類似。實(shí)施例3:7鋼水采用容量為50公斤的真空感應(yīng)爐熔煉，采用含Ti02氧化物7X，25%轉(zhuǎn)，56%硅，1.5%鋁，3%鈦，5%鐵的混合粉末，直接加入調(diào)整好成分和溫度的鋼水中。分析熱軋板中夾雜物的種類和數(shù)量，證實(shí)鋼中主要為氧化鈦夾雜物。實(shí)施例4:船體用結(jié)構(gòu)鋼鋼種的鋼水經(jīng)300噸轉(zhuǎn)爐冶煉和RH+LF精煉以后，采用含Ti02氧化物3%，18%的鈣，54%的硅，5%的鋇，以及1.8%的鋁，1.2%的鎂，3%的鐵，1.5%的鈦的包芯線材料，通過喂絲機(jī)加入鋼水中對其進(jìn)行鈣處理，鋼水的溫度為1582'C，喂入材料的量為O.22公斤/噸鋼。對比鋼為同樣成分的船體用鋼。實(shí)施效果如表3所示表3實(shí)施效果對比比較項(xiàng)百力學(xué)性能-4(TC焊接熱影響區(qū)AkvJ500倍光學(xué)顯微鏡下50個(gè)視場中夾雜物計(jì)數(shù)(個(gè))焊接熱影響區(qū)主要金相組織RpO.2MPaRmMPaS%TiOxA1203MnS試驗(yàn)鋼46258728199，83，159/18016670111晶內(nèi)鐵素體+下貝氏體+晶界鐵素體對比鋼4565702526,89'70/6212254134上貝氏體+下貝氏體+晶界鐵素體8權(quán)利要求1、一種硅鈣合金冶金材料，其特征在于，其質(zhì)量百分比組成為納米TiO22～10％硅鈣合金90～98％所述TiO2為粉末狀態(tài)，所述硅鈣合金為合金顆粒形式。2、如權(quán)利要求1所述的硅鈣合金冶金材料，其特征在于，所述硅鈣合金含有鈣1535%硅3060%添加成分0.512%其余為不可避免的雜質(zhì)。3、如權(quán)利要求2所述的硅鈣合金冶金材料，其特征在于，所述添加成分選自Ti、Si、Al、Ba、Mg、Fe中的一種或幾種。4、如權(quán)利要求2所述的硅鈣合金冶金材料，其特征在于，所述雜質(zhì)少于8%。5、如權(quán)利要求1所述的硅鈣合金冶金材料，其特征在于，所述Ti02的細(xì)度《50納米。6、如權(quán)利要求1所述的硅鈣合金冶金材料，其特征在于，所述硅鈣合金混合均勻，無大于6毫米顆粒。7、權(quán)利要求1所述硅鈣合金冶金材料在冶金工業(yè)中的應(yīng)用。全文摘要本發(fā)明提供一種硅鈣合金冶金材料，其質(zhì)量百分比組成為納米TiO₂2～10％，硅鈣合金90～98％，其中TiO₂為粉末狀態(tài)，硅鈣合金為合金顆粒形式。本發(fā)明還提供該硅鈣合金冶金材料在冶金工業(yè)中的應(yīng)用。本材料使用于煉鋼，特別是針對氧化物冶金所對應(yīng)的煉鋼過程，用于對鋼中的夾雜物形態(tài)進(jìn)行控制，其用量為0.07-0.50公斤/噸鋼。該硅鈣合金既能夠通過鈣處理使夾雜物球化改善橫向性能，也能夠通過鈣和鋼液中氧化鋁夾雜物反應(yīng)形成低熔點(diǎn)夾雜物，從而減少甚至消除脆性的氧化鋁夾雜物，改善鋼材的沖擊性能。文檔編號C21C7/04GK101492757SQ20081003298公開日2009年7月29日申請日期2008年1月24日優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日發(fā)明者劉自立,沈建國,慶鄭,陳兆平申請人:寶山鋼鐵股份有限公司