專利名稱：一種采用形核劑細(xì)化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用形核劑細(xì)化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，屬于金屬材料或冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在目前的鋼鐵生產(chǎn)流程中，連鑄技術(shù)已經(jīng)被廣泛采用。連鑄坯質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到最終鋼材質(zhì)量的優(yōu)劣。因此，不斷提高連鑄坯質(zhì)量一直是冶金工作者所關(guān)注的重要研究課題。眾所周知，在鋼液凝固過程中，鋼中元素成分偏析是普遍存在的現(xiàn)象，而且難以避免。元素偏析程度大小表明了鋼中元素分布的不均勻性程度。偏析越嚴(yán)重，連鑄坯成分分布越不均勻。對于優(yōu)質(zhì)鋼材來說，用戶所追求的目標(biāo)是鋼材成分分布均勻、穩(wěn)定，性能一致，沒有質(zhì)量缺陷。而連鑄坯的偏析常常會(huì)造成最終鋼材的成分分布不均勻，性能不穩(wěn)定。偏析可以分為宏觀偏析和微觀偏析，而宏觀偏析對鋼材危害尤為嚴(yán)重。因此，減輕甚至消除連 鑄坯的偏析是連鑄工作者所不斷追求的目標(biāo)。鋼液中元素在凝固過程中所產(chǎn)生的偏析現(xiàn)象，其本質(zhì)是溶質(zhì)元素在固、液兩相中不均勻分配所造成的。是由溶質(zhì)元素本身特性所決定的，但其偏析程度與凝固工藝密切相關(guān)，因此人們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^改變凝固工藝來有效地減輕偏析程度甚至消除。要想有效地減輕偏析，尤其是宏觀偏析，其中一種重要的手段就是改變連鑄坯的凝固結(jié)構(gòu)。為了獲得良好的鑄態(tài)晶粒細(xì)化組織，盡可能增加凝固過程中的形核核心數(shù)目是一種重要手段。增加形核核心的辦法一般由外加形核細(xì)化晶粒劑和內(nèi)生形核核心兩類。所謂的內(nèi)生形核就是利用鋼液內(nèi)部的有關(guān)元素進(jìn)行化學(xué)發(fā)硬來生成核心，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。這種方法必然增加了鋼水成分控制難度，同時(shí)在澆注過程中因冷卻制度控制不好而導(dǎo)致鑄坯種種缺陷的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了克服鋼水成分和澆注過程冷卻制度控制困難的難題，通過向鋼液中加入高純度的TiN或ZrC粒子形核劑的方式來達(dá)到增加形核核心，細(xì)化凝固組織，從而達(dá)到管線鋼中夾雜物尺寸納米化、分布均勻化及變形塑性化的根本目的。一種采用形核劑細(xì)化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，其特征是選TiN粒子或ZrC粒子中的一種作為形核劑，在鋼液冶煉末期，或在出鋼過程或直接在連鑄結(jié)晶器中添加O. 5%體積分?jǐn)?shù)的TiN粒子或者O. 2%體積分?jǐn)?shù)的ZrC粒子，達(dá)到管線鋼夾雜物尺寸納米化、分布均勻化及變形塑性化的目的。TiN質(zhì)量百分比為Ti一65% 85%，N — 25% 35%，粒度彡2 μ m ；ZrC質(zhì)量百分比為Zr — 75% 95%，C一5% 25%，粒度彡 2. 3 μ m。所加入的TiN、ZrC形式為固態(tài)粉劑狀，或?yàn)橐簯B(tài)熔融狀。形核劑加入前，要求鋼液成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)范圍碳含量為O. 055 O. 07%，鈦含量控制在O. 01 O. 10%范圍，酸溶鋁含量為O. 02 O. 05%，鈣含量為O. 0021 O. 0051%，且鋼的Ca/Al比大于O. 1，T[O]含量在50 60ppm的范圍，[N]含量在30 55ppm的范圍，雜質(zhì)元素含量硫低于O. 008%，磷低于O. 03%，余量為鐵。本發(fā)明加入形核劑前精煉過程要求對鋼液進(jìn)行鈣處理，使得各爐鋼的Ca/Al比大于O. I，其中CaFe線中要求Ca為28 30% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。本發(fā)明管線鋼澆注過程中，澆注溫度為1520 1540認(rèn)向結(jié)晶器中加入0.5%體積分?jǐn)?shù)的TiN粒子，在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)其凝固組織為鐵素體+珠光體，晶粒尺寸平均為5 μ m左右，而且屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別由378. 33Mpa和476. 67Mpa提升到521. 67Mpa和833. 33Mpa，且韌窩亦較發(fā)達(dá)，說明了鋼樣具有良好的塑性。本發(fā)明管線鋼澆注過程中，澆注溫度為1510 15301，向結(jié)晶器中加入0.2%體積分?jǐn)?shù)的ZrC粒子，在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)其凝固組織為亦為鐵素體+珠光體，晶粒尺寸平均為8 μ m左右，而且屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別由378. 33和476. 67提升到461. 67Mpa和783. 33Mpa，且韌窩亦較發(fā)達(dá)，說明了鋼樣具有良好的塑性。 本發(fā)明與背景技術(shù)比較發(fā)現(xiàn)，克服了鋼水成分和澆注過程冷卻制度控制困難的難題。直接向鋼液中加入高純度的TiN或ZrC形核劑粒子，既沒有帶入其它雜質(zhì)元素而污染鋼水，而且減少了設(shè)備投資，同時(shí)較少了工序復(fù)雜性，此外鋼的凝固組織為鐵素體和珠光體且分布比較均勻，鋼的晶粒細(xì)化到5 μ m 8 μ m，同時(shí)管線鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別提升了 22. 0% 37. 9%和64. 3% 74. 8%，且管線鋼的塑性良好，達(dá)到了管線鋼中夾雜物尺寸納米化、分布均勻化及變形塑性化的要求。


圖Ia為O. 5%TiN鍛造樣拉伸斷口形貌示意圖。圖Ib為O. 5%TiN凝固組織鍛造樣拉伸斷口形貌示意圖。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別由378. 33Mpa和476. 67Mpa提升到521. 67Mpa和833.33Mpa，且韌窩亦較發(fā)達(dá)(如圖Ib所示)，說明了鋼樣具有良好的塑性。圖2a O. 2%ZrC鍛造樣拉伸斷口形貌示意圖。圖2b O. 2%ZrC凝固組織拉伸斷口形貌示意圖。如圖2a所示，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別由378. 33和476. 67提升到461. 67Mpa和783.33Mpa，且韌窩亦較發(fā)達(dá)(如圖2b所示)，說明了鋼樣具有良好的塑性。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。實(shí)施例I :
添加形核劑前鋼液中的[c] :0· 055%, [Ti] :0· 02%, [Ca] :0· 0021%, [Als] :0· 02%, T[O]50ppm, [N] 50ppm, [S] :0.003%, [P] :0. 015%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。在連鑄結(jié)晶器中添加添加O. 5%體積分?jǐn)?shù)的粒度< 2 μ m的高純度固態(tài)粉劑狀TiN粒子，鋼坯樣的凝固組織為鐵素體和珠光體，晶粒尺寸平均為5 μ m左右，且屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別由378. 33Mpa和476. 67Mpa提升到521. 67Mpa和833. 33Mpa，同時(shí)韌窩亦較發(fā)達(dá)，鋼樣塑性良好，取得很好的效果。實(shí)施例2
添加形核劑前鋼液中的[c] :0· 061%, [Ti] :0· 03%, [Ca] :0· 002%, [Als] :0. 03%, T[O]45ppm, [N] 55ppm, [S] :0.003%, [P] :0. 015%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，在澆注過程中，澆注溫度為1510 1530°C，向結(jié)晶器中加入O. 2%體積分?jǐn)?shù)的高純度液態(tài)熔融狀的ZrC，在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)其凝固組織為亦為鐵素體+珠光體，晶粒尺寸平均為8 μ m左右，而且屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別提高22. 0%和64. 3%，且韌窩亦較發(fā)達(dá)，說明了鋼樣具有良好的塑性?！?br> 權(quán)利要求
1.一種采用形核劑細(xì)化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，其特征是選TiN粒子或ZrC粒子中的一種作為形核劑，在鋼液冶煉末期，或在出鋼過程或直接在連鑄結(jié)晶器中添加O.5%體積分?jǐn)?shù)的TiN粒子或者O. 2%體積分?jǐn)?shù)的ZrC粒子，達(dá)到管線鋼夾雜物尺寸納米化、分布均勻化及變形塑性化的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用形核劑細(xì)化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，其特征在于TiN質(zhì)量百分比為Ti一65% 85%，N — 25% 35%，粒度彡2 μ m ;ZrC質(zhì)量百分比為Zr—75% 95%，C一5% 25%，粒度彡 2. 3 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用形核劑細(xì)化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，其特征在于所加入的TiN、ZrC形式為固態(tài)粉劑狀或液態(tài)熔融狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用形核劑細(xì)化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，其特征在于形核劑加入前，要求鋼液成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)范圍碳含量為O. 055 O. 07%，鈦含量控制在O. 01 O. 10%范圍，酸溶鋁含量為O. 02 O. 05%，鈣含量為O. 0021 O. 0051%，且鋼的Ca/Al比大于O. 1，T[O]含量在50 60ppm的范圍，[N]含量在30 55ppm的范圍，雜質(zhì)元素含量硫低于O. 008%，磷低于O. 03%，余量為鐵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用形核劑細(xì)化晶粒處理管線鋼中夾雜物的方法，屬于金屬材料或冶金領(lǐng)域。其特征是在鋼液冶煉末期，或在出鋼過程或直接在連鑄結(jié)晶器中添加0.5%體積分?jǐn)?shù)的TiN粒子或者0.2%體積分?jǐn)?shù)的ZrC粒子，達(dá)到管線鋼夾雜物尺寸納米化、分布均勻化及變形塑性化的目的。直接向鋼液中加入高純度的TiN或ZrC形核劑粒子，既沒有帶入其它雜質(zhì)元素而污染鋼水，而且減少了設(shè)備投資，同時(shí)較少了工序復(fù)雜性，此外鋼的凝固組織為鐵素體和珠光體且分布比較均勻，鋼的晶粒細(xì)化到5μm～8μm，同時(shí)管線鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別提升了22.0%～37.9%和64.3%～74.8%，且管線鋼的塑性良好。
文檔編號C21C7/04GK102776322SQ20121027645
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者孫彥輝, 熊輝輝, 韋耀環(huán), 馬文 申請人:北京科技大學(xué)