一種采用氬氧爐冶煉低碳twip鋼的生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬冶煉領域，主要涉及低碳TWIP鋼氬氧爐（AOD）冶煉生產(chǎn)技術。冶煉的TWIP鋼成分按質(zhì)量百分比為：C≤0.06%，Mn=20%～30%，Si=2.0～3.0%，Al=2.5～3.5%，余量為Fe；具體工藝步驟為：通過氬氧爐吹氧脫碳，將鋼液中碳降低到0.03%以下后進行合金化；2）TWIP鋼錳合金化后，采用硅鐵或/和金屬鋁，還原爐渣中錳的氧化物，提高金屬錳的收得率；依靠硅或/和鋁的氧化發(fā)熱調(diào)整鋼液溫度，補償TWIP鋼錳合金化造成的鋼液溫度下降。本發(fā)明生產(chǎn)效率高、成本低、操作穩(wěn)定、工藝容易掌握。生產(chǎn)主要原料易得，無特殊要求，價格便宜。有利于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種采用氬氧爐冶煉低碳TWIP鋼的生產(chǎn)方法
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明屬于金屬冶煉領域，主要涉及低碳TWIP鋼氬氧爐(AOD)冶煉生產(chǎn)技術。
【背景技術】: [0002]1997年，Grassel等在試驗研究Fe — Mn — Si—Al系TRIP鋼時發(fā)現(xiàn)，當錳含量達到25wt%’鋁含量超過3wt%，硅含量在2~3wt%之間，碳含量較低時，具有中等的抗拉強度(約600Mpa)和極高的延伸率(80%)，其抗拉強度和延伸率的乘積在50000MPa%以上，是高強韌性TRIP鋼的兩倍。由于該類合金的高強韌性來自形變過程中形變孿晶的形成，故命名為孿生誘發(fā)塑性鋼，即TWIP鋼(Twinning Induced Plasticity)。由于TWIP鋼具有諸多優(yōu)異性能，在機車、汽車、高架建筑、抗沖擊鋼板、低溫容器等領域展示出廣闊的應用潛力。
[0003]目前國內(nèi)外對TWIP鋼的研究主要集中在Fe-Mn-Al-Si系、Fe-Mn-Al-C系及Fe-Mn-C系。其中Fe-Mn-Al-Si系的碳含量較低，冶煉難度較大或成本較高。
[0004]專利文獻CN102690938A公開了一種低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP鋼的中試生產(chǎn)方法，采用純鐵在0.5噸非真空感應爐進行冶煉，試制成功了碳含量為0.052wt%的低碳TWIP鋼；專利文獻CN102312158A公開了一種Nb、Ti合金化低碳TWIP制備方法，采用真空感應爐熔煉了碳含量為0.05~0.08wt%的TWIP鋼，具體原料沒有說明。感應爐和真空感應爐一般容量較小，生產(chǎn)時間較長，能耗較高，生產(chǎn)效率低。迄今，低碳TWIP高效低成本大規(guī)模冶煉生產(chǎn)還存在許多難題。
[0005]難題之一，低碳TWIP鋼碳含量較低，產(chǎn)品碳含量小于等于0.06%,而Mn、Si和Al含量較高，考慮到冶煉后期添加Mn、Si等合金增碳及耐材增碳等問題，需在合金化前將鋼中碳降至0.03%以下；難題之二，該TWIP鋼合金含量較高，冶煉后期需大量添加Mn、S1、Al等合金，溫降較為嚴重，冶煉過程中只靠碳的氧化能量不夠；難題之三，該TWIP鋼合金含量較高，尤其是金屬鋁含量較高，鋼液鋁合金化時容易引起鋼液增硅，成分控制較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供了一種采用氬氧爐(AOD)冶煉低碳TWIP鋼生產(chǎn)方法和工藝。該方法采用高爐鐵水或感應爐、電弧爐提供的粗鋼液；通過氬氧爐(AOD)吹氧脫碳，前期將碳脫至0.03%以下；采用金屬錳或電解錳進行合金化；采用硅鐵和金屬鋁調(diào)整溫度和合金化；同時，還原爐渣中錳的氧化物，提高錳的收得率；通過徹底扒渣，防止鋁合金化過程中鋼液增硅，保證成分的穩(wěn)定控制；并造還原渣進行脫硫，生產(chǎn)低碳TWIP鋼。
[0007]一種采用氬氧爐冶煉低碳TWIP鋼生產(chǎn)方法，其特征在于:采用氬氧爐冶煉TWIP鋼，冶煉的TWIP鋼成分按質(zhì)量百分比為:C<0.06%, Mn=20%~30%，Si=2.0~3.0%，Al=2.5~3.5%，余量為Fe ;具體工藝步驟為:
[0008]I)通過氬氧爐吹氧脫碳，將鋼液中碳降低到0.03%以下后進行合金化；
[0009]2)TWIP鋼錳合金化后，采用硅鐵或/和金屬鋁，還原爐渣中錳的氧化物，提高金屬錳的收得率；依靠硅或/和鋁的氧化發(fā)熱調(diào)整鋼液溫度，補償TWIP鋼錳合金化造成的鋼液溫度下降。
[0010]做為更詳細的技術方案為:
[0011]I)原料
[0012]TffIP冶煉的最主要原料為鐵水或廢鋼熔化而成的粗鋼液。鐵水可為直接來自高爐的鐵水，或經(jīng)過鐵水預處理后的鐵水，采用鐵水預處理后的鐵水，由于硫和磷的含量較低，對冶煉TWIP鋼更為有益。也可采用感應爐或電弧爐熔化的鋼液。
[0013]采用的重要合金主要有三種:金屬錳或電解錳、硅鐵、金屬鋁或高硅硅錳合金。不采用錳鐵，因為它們含有部分碳，容易引起TWIP鋼碳含量超標。
[0014]采用的造渣原料主要為石灰、白云石。
[0015]2)吹氧脫碳
[0016]本發(fā)明采用氬氧爐(AOD)冶煉TWIP鋼，在氬氧爐(AOD)中吹氧脫碳。
[0017]在向氬氧爐(AOD)中兌入鋼水和鐵水前，預先在爐中加入部分石灰。
[0018]在采用鐵水冶煉TWIP鋼時，由于鐵水中碳含量較高，為了防止脫碳終點溫度太高,可加入一定比例的廢鋼,廢鋼加入量根據(jù)鐵水溫度和含碳量而定,加入量為鐵水質(zhì)量的O~20%。但如果來料為廢鋼熔煉成的鋼水，也須檢測來料鋼水的成分和溫度，根據(jù)成分和溫度計算脫碳終點溫度，如終點溫度大于1720°C，需在兌鋼水前后、或氬氧爐(AOD)脫碳過程中向爐內(nèi)加入廢鋼；如計算的脫碳終點溫度低于1600°C，需在爐內(nèi)添加增碳劑或硅鐵。
[0019]在脫碳過程中，當鋼中碳含量> 0.10%時，采用最高氧/氬比進行吹氧脫碳；當鋼中碳含量〈0.10%時，可適當提高供氬量，促進脫碳反應，防止鋼水過氧化；但鋼中碳含量達到0.01~0.03%時，停止吹氧脫碳，防止鋼水過氧化。
[0020]在脫碳結(jié)束后測溫，并取樣分析鋼水成分。
[0021]如果鋼水溫度低于1600°C，需添加硅鐵或金屬鋁提溫。
[0022]3)硅、錳合金化
[0023]碳含量小于0.03%時向爐內(nèi)加入金屬錳或電解錳、硅鐵進行硅、錳合金化，硅的加入量按TWIP鋼產(chǎn)品目標成分下限進行計算，錳的加入量按TWIP鋼產(chǎn)品目標成分進行計算，計算時考慮硅的收得率為40-80%、錳的收得率為80-95%。
[0024]合金化后測溫。
[0025]4)溫度調(diào)整
[0026]硅、錳合金化時，鋼水溫度下降很大，需加入硅鐵或鋁，同時吹氧，利用硅或鋁與氧反應放出的熱進行提溫。將鋼水溫度控制在1550°C~1700°C。
[0027]5)還原回收渣中錳
[0028]在硅錳合金化過程及補充提溫過程中，鋼中錳氧化較為嚴重，可采用金屬鋁還原回收錳，提高錳的收得率。
[0029]2 [Al]+3 (MnO) =3 [Mn] + (Al2O3)
[0030]根據(jù)上面的反應計算，I公斤的鋁與渣中氧化錳反應，可以還原得3.1公斤錳進入鋼液。金屬鋁價格較金屬錳低，采用硅鐵和鋁還原渣中錳氧化物，提高錳的收得率有明顯的經(jīng)濟價值。
[0031]6)鋁合金化
[0032]硅、錳合金化后，渣中二氧化硅含量較高，堿度較低，應扒掉爐渣，防止鋁合金化過程中渣中二氧化硅被鋁還原，引起硅含量超標。
[0033]向爐內(nèi)加入金屬鋁進行鋁合金化，金屬鋁的加入量按TWIP鋼產(chǎn)品目標成分上限進行計算，計算時考慮招的收得率為55-90%。
[0034]7)還原脫硫
[0035]加入石灰，重新造渣，進行脫硫。
[0036]8)成分和溫度微調(diào)
[0037]鋁合金化后，應取樣檢測鋼水成分，同時測溫。根據(jù)鋼水成分和溫度，添加金屬錳、硅鐵和金屬鋁，使鋼水符合TWIP鋼目標成分要求，并通過向鋼液吹氧，保證鋼水溫度達到1580 ~1720°C。
[0038]鋼水成分和溫度均合格后，出鋼，進行澆注。
[0039]本發(fā)明方法和技術具有如下優(yōu)勢:
[0040]I)有利于TWIP鋼大規(guī)模生產(chǎn)
[0041]氬氧爐(AOD)生產(chǎn)效率高、成本低、操作穩(wěn)定、工藝容易掌握。采用氬氧爐(AOD)冶煉生產(chǎn)TWIP鋼比感應爐和真空感應爐更有利于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0042]2)生產(chǎn)主要原料易得，無特殊要求，價格便宜
[0043]采用感應爐和真空感應爐冶煉TWIP鋼，因無法吹氧脫碳，需要采用碳含量較低的純鐵，價格較高，生產(chǎn)成本較高 。而采用氬氧爐(AOD)冶煉，可吹氧脫碳；且由于采用氧氣和氬氣冶煉，脫碳結(jié)束時可將鋼中碳降至0.01~0.03%，這對于冶煉低碳TWIP鋼非常有利。
[0044]3)生產(chǎn)工藝簡單，易于操作
[0045]冶煉低碳TWIP鋼時，采用前期脫碳，采用氬氧混合脫碳，較易將碳脫到0.01~
0.03% ;脫碳后采用金屬錳、硅鐵合金化，然后再進行鋁合金化，鋼液的化學成分可以多次微調(diào)，較易命中。
[0046]生產(chǎn)中可采用硅鐵和金屬鋁多次調(diào)溫，溫度也容易控制。
【具體實施方式】
[0047]實例1:
[0048]采用8噸氬氧爐(AOD)冶煉低碳TWIP鋼。在兌入鋼水前向爐內(nèi)加入200公斤石灰，兌入來自感應爐熔化廢鋼得到的鋼水5.9噸，鋼水成分見表1.[0049]表1氬氧爐(AOD)兌入鋼水成分(質(zhì)量百分數(shù)，%)
[0050]
C [Mn~[P is [Si~[Ni~[Cr~[Mo~[Cu

0.75 0.54 0.013 0.005 0.20 0.06 0.27 0.03 0.09
[0051]測溫，鋼水溫度為1471°C。根據(jù)鋼水成分和溫度，補加增碳劑25公斤，加入硅鐵75公斤。采用大氧/氬比吹氧脫碳，氧氣和氬氣流量分別為500和170m3/hr。
[0052]吹煉過程中分2批加入石灰，每次加入200公斤。
[0053]脫碳結(jié)束時取樣，鋼中碳含量為0.01% ;測量鋼液溫度，溫度為1720°C。
[0054]加入金屬錳2.1噸，進行錳合金化；同時加入硅鐵450公斤。加料過程中，停止吹氧，將氬氣流量提高到480m3/hr。[0055]采用大氧/ IS比吹氧化合金，氧氣和IS氣流量分別為500和170m3/hr。
[0056]取樣分析成分，成分見表2。
[0057]測溫，鋼液溫度為1605°C。
[0058]取渣樣分析，渣樣成分見表3。
[0059]表2TWIP鋼硅、錳合金化后成分(質(zhì)量百分數(shù)，%)
[0060]
【權利要求】
1.一種采用氬氧爐冶煉低碳TWIP鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:采用氬氧爐冶煉TWIP鋼，冶煉的TWIP鋼成分按質(zhì)量百分比為:C≤0.06%, Mn=20%~30%，Si=2.0~3.0%，Al=2.5~3.5%，余量為Fe ;具體工藝步驟為: .1)通過氬氧爐吹氧脫碳，將鋼液中碳降低到0.03%以下后進行合金化； .2)TWIP鋼錳合金化后，采用硅鐵或/和金屬鋁，還原爐渣中錳的氧化物，提高金屬錳的收得率；依靠硅或/和鋁的氧化發(fā)熱調(diào)整鋼液溫度，補償TWIP鋼錳合金化造成的鋼液溫度下降。
2.根據(jù)權利要求1所述一種采用氬氧爐冶煉低碳TWIP鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:在鋁合金化前，全部扒掉還原渣，防止鋼液增硅，確保鋼液成分的穩(wěn)定控制。
3.根據(jù)權利要求1所述一種采用氬氧爐冶煉低碳TWIP鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:在TffIP鋼冶煉后期造還原渣，對鋼液進行脫硫。
4.根據(jù)權利要求1所述一種采用氬氧爐冶煉低碳TWIP鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于:詳細技術方案 . 1)原料 TffIP冶煉的原料為鐵水或廢鋼熔化而成的粗鋼液；鐵水為直接來自高爐的鐵水，或經(jīng)過鐵水預處理后的鐵水，或采用感應爐或電弧爐熔化的鋼液； 采用的合金為金屬錳或電解錳、硅鐵、金屬鋁或高硅硅錳合金；采用的造渣原料主要為石灰、白z?石 ； .2)吹氧脫碳 本發(fā)明采用氬氧爐冶煉TWIP鋼，在氬氧爐中吹氧脫碳，在向氬氧爐中兌入鋼水和鐵水前，預先在爐中加入部分石灰； 在采用鐵水冶煉TWIP鋼時，由于鐵水中碳含量較高，為了防止脫碳終點溫度太高，加入一定比例的廢鋼，廢鋼加入量根據(jù)鐵水溫度和含碳量而定，加入量為鐵水質(zhì)量的O~20% ;如果來料為廢鋼熔煉成的鋼水，也須檢測來料鋼水的成分和溫度，根據(jù)成分和溫度計算脫碳終點溫度，如終點溫度大于1720°C，需在兌鋼水前后、或氬氧爐脫碳過程中向爐內(nèi)加入廢鋼；如計算的脫碳終點溫度低于1600°C，需在爐內(nèi)添加增碳劑或硅鐵； 在脫碳過程中，當鋼中碳含量> 0.10%時，采用最高氧/氬比進行吹氧脫碳；當鋼中碳含量〈0.10%時，適當提高供氬量，促進脫碳反應，防止鋼水過氧化；但鋼中碳含量達到0.01~0.03%時，停止吹氧脫碳，防止鋼水過氧化； 在脫碳結(jié)束后測溫，并取樣分析鋼水成分； 如果鋼水溫度低于1600°C,需添加娃鐵或金屬招提溫； .3)娃、猛合金化 碳含量小于0.03%時向爐內(nèi)加入金屬猛或電解猛、娃鐵進行娃、猛合金化,娃的加入量按TWIP鋼產(chǎn)品目標成分下限進行計算，錳的加入量按TWIP鋼產(chǎn)品目標成分進行計算，計算時考慮硅的收得率為40-80%、錳的收得率為80-95%，合金化后測溫； .4)溫度調(diào)整 硅、錳合金化時，鋼水溫度下降很大，需加入硅鐵或鋁，同時吹氧，利用硅或鋁與氧反應放出的熱進行提溫，將鋼水溫度控制在1550°C~1700°C ； .5)還原回收渣中錳在硅錳合金化過程及補充提溫過程中，鋼中錳氧化較為嚴重，采用金屬鋁還原回收錳，提聞猛的收得率；
2[Al]+3 (MnO) =3 [Mn] + (Al2O3) 根據(jù)上面的反應計算，I公斤的鋁與渣中氧化錳反應，能還原得3.1公斤錳進入鋼液； 6)鋁合金化 硅、錳合金化后，渣中二氧化硅含量較高，堿度較低，應扒掉爐渣，防止鋁合金化過程中渣中二氧化硅被鋁還原，引起硅含量超標； 向爐內(nèi)加入金屬鋁進行鋁合金化，金屬鋁的加入量按TWIP鋼產(chǎn)品目標成分上限進行計算，計算時考慮鋁的收得率為55-90% ； 7)還原脫硫 加入石灰，重新造渣，進行脫硫； 8)成分和溫度微調(diào) 鋁合金化后，應取樣檢測鋼水成分，同時測溫；根據(jù)鋼水成分和溫度，添加金屬錳、硅鐵和金屬鋁，使鋼水符合TWIP鋼目標成分要求，并通過向鋼液吹氧，保證鋼水溫度達到1580~1720°C ;鋼水成分和溫度均合格后，出鋼，進行澆注。
【文檔編號】C21C7/068GK103468874SQ201310364481
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權日:2013年8月20日
【發(fā)明者】劉建華, 莊昌凌, 江海濤, 章平 申請人:北京科技大學