一種釔基稀土低合金高強度鋼及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種低合金高強度鋼及其制造技術，特別涉及一種紀基稀土低合金高 強度鋼及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 低合金高強度鋼通常指Μη在1.20%~1.80%，屈服強度不小于345MPa的鋼材。這 種鋼材在工程、造船、建筑、橋梁領域應用非常廣泛。鋼材中C、Mn是保證高強度的基本元素。 冶金工業(yè)出版社1979年10月第一版徐祖耀主編的《低錳鋼的錳偏析》P9頁第4節(jié)（1)對鐵素 體和珠光體的影響指出，"對一定含碳量的鋼來說，加錳后將減少鐵素體含量，而增加珠光 體含量，這和早年的觀察相符合。"。P30頁指出，"對0.315C-1.80Mn鋼鑄態(tài)組織經電子探針 測得在網狀處碳濃度在0.19~0.35 %間波動，錳在1.30~2.39 %間波動，偏析比達1.84。可 見含錳鋼的鑄態(tài)組織中，錳的偏析程度很高。"。P32頁指出，"連鑄16Mn鋼坯經熱乳后的鋼板 中，普遍出現帶狀組織"。同時該文獻P41頁圖43還給出，隨著Μη含量提高，鐵素體帶向珠光 體帶轉變過程，從圖43中可以看出，當Μη>0.90%，鐵素體帶向珠光體帶轉變，錳含量越高， 錳偏析越嚴重，帶來的珠光體帶狀組織越多，級別越大。該文獻Ρ49頁第3節(jié)給出了 16Μη(注： GB/T 1591-2008版本為 Q345B，Mn< 1.70%，1979年之前的版本 16Μη，Μη 1.20%~1.60%) 一類鋼幾乎都呈帶狀組織，嚴重的在4級以上，一般為3級的結論。研究表明：鋼中帶狀組織 形成的關鍵是Μη的偏聚，錳含量大于1.20%，屬于易形成帶狀組織的成分范圍內。眾所周 知，在亞共析鋼中，帶狀組織主要是由于鋼坯在凝固過程中形成枝晶偏聚，在乳制過程中延 伸呈條帶狀分布。從其枝晶結晶過程來看，先生成的樹干與樹枝間隙存在著微區(qū)成分不均 勻，尤其是碳、錳、磷等元素。乳前鋼坯雖然溫度較高，間隙原子C的擴散系數較大，能在短時 間內達到均勻，但是置換原子Μη卻因擴散系數小，很難達到均勻，因此，樹枝狀偏析保留下 來，在乳制過程中，樹枝晶逐漸延伸變形，形成纖維形狀的帶狀組織。此外，鋼中的MnS夾雜 雖然可以通過喂鈣線改質變性得到改善，但是改善程度有限，由于MnS夾雜具有良好的熱塑 性，在乳制時也沿著乳制方向延伸而呈條帶狀分布，也對鋼材性能產生影響。為了降低鋼材 的帶狀組織，一般可以通過控制凝固時的冷卻速度，優(yōu)化乳制過程中變形制度，以及通過合 理控制終乳溫度和乳后冷卻速度來實現，但是對于鋼中帶狀組織的改善程度有限，影響鋼 材性能合格率。為此，研究一種阻斷帶狀組織形成、徹底消除MnS夾雜對鋼材影響的優(yōu)質低 合金高強度結構鋼及其制造方法，是冶金工作者努力的方向。

【發(fā)明內容】

[0003] 針對現有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用釔基稀土硅鈣合金來 凈化鋼液，強化夾雜物變性，抑制珠光體量，減少珠光體層間距、細化基體組織，從而提高鋼 材性能的一種紀基稀土低合金高強度鋼及其制造方法。
[0004] -種釔基稀土低合金高強度鋼，其化學成分按質量百分數為:C: 0.08 %~0.19 %， Si :0· 15% ~0.55%，Mn: 1.20% ~1.70%，P < 0.040%，S < 0.040%，Nb < 0.040%，V< 0.18%,Ti <0.020%,Ni <0.40%, Cr< 0.30%,Cu< 0.30%,Mo <0.08%, Alt： < 0.050%, N < 0.012%，0:0.002%~0.003%，其余量為鐵Fe、稀土和不可避免的雜質，其特征在于，所 述稀土為釔基稀土，鋼中固溶Y:0.004%~0.010%，06:0.014%~0.025%，其余￥、06與鋼 中0、1%)1、5結合形成細小彌散的復合夾雜物形態(tài)存在，所述復合夾雜物組分中包含￥、& 質量百分數為:Υ: 25.40 %~70.10 %，Ce: 3.25 %~19.15 %，鋼材基體組織為細小的鐵素體 +珠光體組織。
[0005]本發(fā)明的總體思路是在常規(guī)鋼種基礎上通過加入釔基稀土硅鈣合金來促使鋼中 夾雜物更快上浮，更好地凈化鋼液，并且鋼中Y、Ce進一步有效控制殘留硫化物、氧化物形 態(tài)，消除鋼中MnS夾雜物危害作用，同時使釔基稀土在鋼中發(fā)揮抑制珠光體量、減少珠光體 層間距、微合金化及氧化物冶金的作用，最終在鋼中留下Y、Ce單質以及細小彌散的以Y為 主、Ce為輔的復合夾雜物，這種基體組織大大提高鋼材性能。
[0006] -種專用于紀基稀土低合金高強度鋼的制造方法，其工藝步驟：
[0007] 1)、轉爐冶煉:采用頂底復吹氧氣轉爐進行冶煉，在出鋼過程中脫氧合金化，氧含 量控制在28~78ppm;
[0008] 2)、LF爐精煉:鋼水進入精煉工位后，底吹氬氣，同時加入石灰、精煉渣和埋弧渣， 然后通電升溫，升溫8分鐘后，測溫、取樣，進行成分微調，同時根據頂渣的情況，加入電石和 鋁粒造白渣，白渣保持時間大于15分鐘，然后再次進行測溫、取樣，微調合金成分，待鋼水溫 度、成分達標后，喂入鈣線，1~3分鐘后，再以2~4m/s的速度喂入釔基稀土硅鈣合金包芯線 200m~600m，喂線結束后進行軟吹氬，軟吹氬時間6~15分鐘，促進夾雜物充分上浮進入熔 渣，獲得鋼水成分其質量百分數在下列范圍：C:0.08%~0.19%，Si :0.15%~0.55%，Mn: 1.20%~1.70%，P< 0.040%，S< 0.040%，Nb< 0.040%，V<0.18%，Ti < 0.020%，Ni < 0.40%，Cr< 0.30%，Cu<0.30%，Mo< 0.08%，Alt: <0.050%，N< 0.012% ,0:0.002%~ 0.003%，Y:0.004%~0.010%，Ce:0.014%~0.025%，其余Y、Ce與鋼中0、]\%、厶1、5結合形 成細小彌散的復合夾雜物形態(tài)存在，所述復合夾雜物組分中包含Y、Ce質量百分數為：Y: 25.40%~70.10%，Ce:3.25%~19.15%，其余量為鐵Fe和不可避免的雜質；
[0009] 3)、連鑄:精煉結束，將鋼水送到連鑄車間按計劃鋼材品種常規(guī)生產工藝進行連鑄 成坯；
[0010] 4)、乳制:按計劃鋼材品種常規(guī)生產工藝進行乳制，所得鋼材其基體組織為細小的 鐵素體+珠光體組織，鋼材中夾雜物以Y、Ce與0、1%^1、5結合形成細小彌散的復合夾雜物形 態(tài)存在。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點在于通過鋼中加入釔基稀土硅鈣合金，利用稀土中Y、Ce優(yōu)先與鋼中 的氧、硫等雜質元素發(fā)生反應后生成的稀土復合氧化物、稀土復合硫化物以及稀土復合氧 硫化物，形成以釔為主體的稀土復合夾雜物密度比鑭、鈰稀土復合夾雜物密度小的優(yōu)勢，加 快鋼中夾雜物上浮，減少鋼中雜質。并且進一步利用Y、Ce有效控制殘留硫化物、氧化物形 態(tài)，消除鋼中MnS夾雜物危害作用，同時使釔基稀土在鋼中發(fā)揮抑制珠光體量、減少珠光體 層間距、微合金化及氧化物冶金的作用，阻斷帶狀組織形成，最終在鋼中留下Y、Ce單質以及 細小彌散的以Y為主、Ce為輔的復合夾雜物，這種基體組織大大提高鋼材性能。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明釔基稀土鋼EH36船板金相組織。
[0013] 圖2為本發(fā)明釔基稀土鋼鑄坯厚度1/4處夾雜物放大100倍下形貌。
[0014] 圖3為圖2中夾雜物放大5000倍下形貌。
[0015] 圖4為本發(fā)明釔基稀土鋼EH36船板MnS夾雜物形貌。
[0016] 圖5為不含稀土鋼EH36船板MnS夾雜物形貌(比較例）。
[0017]圖6為本發(fā)明釔基稀土鋼EH36船板放大1000倍下珠光體量形貌。
[0018]圖7為不含稀土鋼EH36船板放大1000倍下珠光體量形貌(比較例）。
[0019] 圖8為本發(fā)明含釔稀土鋼EH36船板厚度1/2處橫向沖擊斷口夾雜物形貌。
[0020] 圖9為本發(fā)明含釔稀土鋼EH36船板厚度1/2處縱向沖擊斷口夾雜物形貌。
[00211圖10為本發(fā)明釔基稀土鋼EH36船板厚度1/4處縱向-40°C沖擊斷口形貌。
[0022]圖11為本發(fā)明含釔稀土鋼EH36船板厚度1/4處橫向_40°C沖擊斷口形貌。
[0023]圖12為不含稀土鋼EH36船板厚度1/4處縱向_40°C沖擊斷口形貌(比較例）。
[0024]圖13為不含稀土鋼EH36船板厚度1/4處橫向_40°C沖擊斷口形態(tài)(比較例）。
【具體實施方式】：
[0025]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，實施例中低合金高強度鋼均為本 發(fā)明所設計的化學成分、制造方法所制備。
[0026] 一種釔基稀土低合金高強度鋼，其化學成分按質量百分數為:C: 0.08%~0.19%， Si :0· 15% ~0.55%，Mn: 1.20% ~1.70%，P < 0.040%，S < 0.040%，Nb < 0.040%，V< 0.18%,Ti <0.020%,Ni <0.40%, Cr< 0.30%,Cu< 0.30%,Mo <0.08%, Alt： < 0.050%, N < 0.012%，0:0.002%~0.003%，其余量為鐵Fe、稀土和不可避免的雜質，其特征在于，所 述稀土為釔基稀土，鋼中固溶Y:0.00