一種改善含殘余元素銻碳素結(jié)構(gòu)鋼性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種改善含殘余元素銻碳素結(jié)構(gòu)鋼性能的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 殘余元素銻被公認(rèn)為鋼鐵中的有害元素，除少數(shù)特殊諸如含硅電工鋼、易切削鋼 等鋼種中少量銻可以改善無(wú)取向硅鋼產(chǎn)品的電磁性能和易切削鋼的切削性能外，一般鋼鐵 中不允許含有銻。
[0003] 隨著煉鋼生產(chǎn)中低品位鐵礦和廢鋼利用的比例越來(lái)越大，錫、銻、砷等殘余元素在 鋼中不斷的富集。因殘余元素的氧勢(shì)較鐵低，進(jìn)入到鋼水中的殘余元素在現(xiàn)階段的煉鋼工 藝條件下很難去除。鋼鐵中含有較高的銻時(shí)，對(duì)鋼鐵的強(qiáng)度和抗彎曲能力均會(huì)帶來(lái)明顯的 不良影響，導(dǎo)致鋼鐵產(chǎn)生高溫脆性，降低鋼鐵的強(qiáng)度。
[0004] 目前解決鋼中殘余元素富集及由此產(chǎn)生的對(duì)鋼性能危害問(wèn)題的方法，主要有兩 種，一是加鈣和加稀土反應(yīng)去除鋼中的殘余元素;二是配優(yōu)質(zhì)原料降低殘余元素的相對(duì)含 量。加鈣反應(yīng)以及添加稀土反應(yīng)的方法由于存在效率低、成本高、污染環(huán)境設(shè)備、以及渣需 特殊處理等原因迄今為止無(wú)法在工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用。而加優(yōu)質(zhì)鐵水稀釋法則隨著優(yōu)質(zhì) 鐵礦石資源的逐漸枯竭和廢鋼使用比例的增加，也將受到很大限制，因而尋求新的解決鋼 中殘余元素對(duì)鋼性能危害的方法迫在眉睫。
[0005] 16Mn鋼作為一種典型的工程用高強(qiáng)度低合金碳素結(jié)構(gòu)鋼，有較高的強(qiáng)度、良好的 塑性和低溫韌性，是我國(guó)產(chǎn)量最多、用量極廣的建筑結(jié)構(gòu)用鋼。但是隨著廢鋼循環(huán)中殘余元 素水平越來(lái)越高，殘余元素 Sb易于在晶界偏聚降低了晶界表面能，弱化了晶粒間的結(jié)合力， 當(dāng)16Mn鋼中殘余元素 Sb含量超過(guò)0.02%(重量百分比）時(shí)會(huì)顯著惡化16Mn鋼的熱塑性和常/ 低溫的沖擊韌性，并且殘余元素 Sb會(huì)惡化鋼熱塑性導(dǎo)致其在連鑄和乳制過(guò)程中產(chǎn)生裂紋及 表面缺陷的問(wèn)題。
[0006] 如能有效解決殘余元素 Sb對(duì)碳素結(jié)構(gòu)鋼性能危害的問(wèn)題，將為碳素結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn) 帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了改善和提高含殘余元素銻碳素結(jié)構(gòu)鋼的高溫?zé)崴苄院统?低)溫沖擊韌性，本 發(fā)明提供一種改善含殘余元素銻碳素結(jié)構(gòu)鋼性能的方法，所述方法為向百分比重量成分為 C 0.13-0.19%,Si 0.20-0.40%,Μη 1.20-1.60%,Ρ<0.01%,S<0.01%,A1<0.005%,Sb 0.03 ~0.13%，余量為Fe的鋼中加入重量百分比為0.01~0.03%的S和0.02~0.04%的Ti ; 進(jìn)一步地，所述方法具體包括： S1:在真空環(huán)境下對(duì)鋼水進(jìn)行脫氧，脫氧要求氧氣濃度達(dá)到lOOppm以下； S2:脫氧完成后將S1中所述鋼水精煉出百分比重量成分為C 0.13~0.19%，Si 0.20~ 0 · 40%，Μη 1 · 20~1 · 60%，P < 0 · 01 %，S < 0 · 01 %，A1 < 0 · 005%，Sb 0 · 03~0 · 13%，余量為Fe的鋼； S3:脫氧完成后在S2的16Mn鋼中加入S元素和Ti元素； 進(jìn)一步地，所述S3中S元素以FeS形式加入，所述Ti元素以海綿鈦形式加入，加入的S元 素重量百分比為0.01~0.03%，加入的Ti元素的重量百分比為0.02~0.04%; 進(jìn)一步地，所述S3中加入S元素與Ti元素保持鋼水溫度在1550°C_1600°C; 進(jìn)一步地，所述S2中精煉的鋼為16Mn鋼； 本發(fā)明的有益效果如下： 加入的S與鋼中的Μη反應(yīng)生成MnS夾雜物，MnS夾雜物可作為殘余元素銻異質(zhì)析出的有 效形核核心，S的添加使生成的鋼中MnS夾雜物數(shù)量變多，明顯提高M(jìn)nS夾雜物上銻異質(zhì)形核 的形核率，降低銻在晶界的偏聚，殘余元素銻在晶界偏聚的減少，凈化了晶界，增強(qiáng)了晶界 的結(jié)合力，鋼在承受沖擊載荷時(shí)，晶界將吸收更多的裂紋擴(kuò)展的能量，從而有利于提高鋼的 沖擊性能； Ti元素可以作為MnS夾雜物的形核核心，有利于殘余元素銻在MnS夾雜物上的異質(zhì)析 出，另一方面，鋼中的Ti能與硫形成復(fù)合夾雜，其熔點(diǎn)高且難溶于奧氏體，這樣硫被難溶的 硫化物取代，能降低[S]高對(duì)鋼材所帶來(lái)的的負(fù)面影響，同時(shí)，Ti細(xì)化硫化物夾雜，有利于夾 雜物的評(píng)級(jí)，一定程度上減輕由于MnS夾雜物體系的增大對(duì)鋼性能的危害； 本發(fā)明能夠降低殘余元素 Sb對(duì)16Mn鋼熱塑性和沖擊性能的危害，改善含銻16Mn鋼的熱 塑性和常(低)溫沖擊韌性，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、 修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的 細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)部分 的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0009] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。下面為 本發(fā)明的舉出最佳實(shí)施例： 本發(fā)明向含銻16Mn鋼中加入一定量的S和Ti，改善和提高其熱塑性和常(低)溫的沖擊 韌性，解決由于殘余元素 Sb惡化鋼熱塑性導(dǎo)致其在連鑄和乳制過(guò)程中產(chǎn)生裂紋及表面缺陷 的問(wèn)題，同時(shí)還可滿足用戶對(duì)于鋼低溫韌性的需求，一種含殘余元素銻碳素結(jié)構(gòu)鋼，具體的 說(shuō)，是含313的16111鋼，其主要重量百分組成為 ：(：0.13~0.19%，5丨0.20~0.40%，]\1111.20~ 1 · 60%，P < 0 · 01%，S < 0 · 01%，A1 < 0 · 005%，Sb 0 · 03~0 · 13%，余量為Fe，在此基礎(chǔ)上鋼中添加 重量百分比為〇. 01~〇. 03%的S和0.02~0.04%的Ti。
[0010] 上述方案詳述如下： S1:在真空環(huán)境下對(duì)鋼水進(jìn)行脫氧，脫氧要求氧氣濃度達(dá)到lOOppm以下； S2:脫氧完成后將S1中所述鋼水精煉出百分比重量成分為C 0.13~0.19%，Si 0.20~ 0 · 40%，Μη 1 · 20~1 · 60%，P < 0 · 01%，S < 0 · 01%，A1 < 0 · 005%，Sb 0 · 03~0 · 13%，余量為Fe的 16Mn 鋼； S3:脫氧完成后在S2的16Mn鋼中加入S元素和Ti元素殘余元素 Sb會(huì)顯著惡化16Mn鋼的 熱塑性和常(低)溫的沖擊韌性，S元素以FeS形式加入，所述Ti元素以海綿鈦形式加入，加入 的S元素重量百分比為0.01~0.03%，加入的Ti元素的重量百分比為0.02~0.04%，加入時(shí)保持 鋼水溫度在1550°C_1600°C。
[0011] 本發(fā)明所涉及的Sb，S以及Ti的作用如下:殘余元素 Sb在晶界偏聚降低了晶界的表 面能，弱化了晶粒間的結(jié)合力，加速晶界微孔的形核與長(zhǎng)大，且Sb的晶界偏聚鎖住了晶界， 同時(shí)阻礙晶界迀移和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，進(jìn)而惡化鋼的高溫?zé)崴苄?，另一方面，偏聚于晶界處?Sb弱化晶界，降低晶界結(jié)合力，沖擊時(shí)促使裂紋更容易沿解理面擴(kuò)展，從而惡化鋼的沖擊韌 性;加入的S與鋼中的Μη反應(yīng)生成MnS夾雜物，MnS夾雜物可作為殘余元素銻異質(zhì)析出的有效 形核核心，S的添加使生成的鋼中MnS夾雜物數(shù)量變多，明顯提高M(jìn)nS夾雜物上銻異質(zhì)形核的 形核率，降低其在晶界的偏聚，殘余元素銻在晶界偏聚的減少，凈化了晶界，增強(qiáng)了晶界的 結(jié)合力，鋼在承受沖擊載荷時(shí)，晶界將吸收更多的裂紋擴(kuò)展的能量，從而有利于提高鋼的沖 擊性能;Ti元素可以作為MnS夾雜物的形核核心，有利于殘余元素銻的在MnS夾雜物上的異 質(zhì)析出，另一方面，鋼中的Ti能與硫形成符合夾雜，其恪點(diǎn)高且難溶于奧氏體，這樣硫被難 溶的硫化物取代，能降低[S]高對(duì)鋼材所帶來(lái)的的負(fù)面影響，同時(shí)，Ti細(xì)化硫化物夾雜，有利 于夾雜物的評(píng)級(jí)，一定程度上減輕由于MnS夾雜物體系的增大對(duì)鋼性能的危害。
[0012] 在真空感應(yīng)爐內(nèi)冶煉上述組分的試驗(yàn)用鋼，化學(xué)成分如表1所示，分別通過(guò) Gleeble熱力模擬試驗(yàn)機(jī)和ZBC2452-B型擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)各試驗(yàn)用鋼的熱塑性和沖擊 韌性進(jìn)行研究，以試樣的斷面收縮率和沖擊功作為熱塑性和沖擊韌性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。各試驗(yàn) 用鋼在不同溫度下的斷面收縮率和沖擊功分別如表2和表3所示。
[0013] 由實(shí)施例可知，含殘余元素 Sb的16Mn的熱塑性明顯得到改善，所測(cè)溫度范圍內(nèi)，斷 面收縮率全部提高，同時(shí)脆性區(qū)變窄，塑性低谷變淺，而比較例中的熱塑性明顯較差，在700 ~900°C的溫度范圍內(nèi)，熱塑性均低于40%;另一方面，含殘余元素 Sb的16Mn的沖擊韌性也得 到改善，在20°C和_20°C時(shí)沖擊功分別由52.7J和21.3J提高到了 163.2J和157.1J。
[0014] 表1各試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分，wt%
表2各試驗(yàn)鋼不同溫度下的斷面收縮率，％ ' 表3各試驗(yàn)鋼不同溫度下的沖擊功，J
' ' ' ' '
以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的【具體實(shí)施方式】的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在-本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改善含殘余元素銻碳素結(jié)構(gòu)鋼性能的方法，其特征在于，所述方法為向百分比 重量成分為C0.13~0.19%，Si0.20~0·40%，Μη1.20~1.60%，P<0.01%，S<0.01%，A1< 0·005%，Sb0·03~0· 13%，余量為Fe的鋼中加入重量百分比為0·01~0·03%的S和0·02~0·04% 的Ti。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具體包括： S1:在真空環(huán)境下對(duì)鋼水進(jìn)行脫氧，脫氧要求氧氣濃度達(dá)到lOOppm以下； S2:脫氧完成后將S1中所述鋼水精煉出百分比重量成分為C0.13~0.19%，Si0.20~ 0 · 40%，Μη1 · 20~1 · 60%，P< 0 · 01%，S< 0 · 01 %，A1 < 0 · 005%，Sb0 · 03~0 · 13%，余量為Fe的鋼； S3:脫氧完成后在S2的16Mn鋼中加入S元素和Ti元素。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述S3中S元素以FeS形式加入，所述Ti元 素以海綿鈦形式加入，加入的S元素重量百分比為0.01~0.03%，加入的Ti元素的重量百分比 為0.02~0.04%。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述S3中加入S元素與Ti元素保持鋼水溫 度在 1550°C_1600°C。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述S2中精煉的鋼為16Mn鋼。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種改善含殘余元素銻碳素結(jié)構(gòu)鋼性能的方法，所述方法為向百分比重量成分為C？0.13~0.19%，Si？0.20~0.40%，Mn？1.20~1.60%，P≤0.01%，S≤0.01%，Al≤0.005%，Sb？0.03~0.13%，余量為Fe的鋼中加入重量百分比為0.01~0.03%的S和0.02~0.04%的Ti，本發(fā)明能夠降低殘余元素Sb對(duì)16Mn鋼熱塑性和沖擊性能的危害，改善含銻16Mn鋼的熱塑性和常（低）溫沖擊韌性，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
【IPC分類(lèi)】C22C38/04, C22C33/04, C22C38/60, C22C38/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105483532
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510878715
【發(fā)明人】孫桂林, 宋波, 陶素芬
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月4日