一种Ti、V微合金化铝脱氧含硫非调质钢中液析氮化物的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种Ti、V微合金化铝脱氧含硫非调质钢中液析氮化物的控制方法，本发明专利技术通过镁处理方法，合理控制钢液中Al、Mg、O、S含量，形成足量细小、弥散的氧化镁或镁铝尖晶石，提高了凝固过程氮化物的异相形核率，从而减少非调质钢产品中十微米以上的大尺寸液析氮化物的数量，减小大尺寸氮化物对产品疲劳性能的危害。

A control method of liquid nitrogen evolution in Ti, V microalloyed aluminum deoxidized sulfur-containing non quenched and tempered steel

【技术实现步骤摘要】
一种Ti、V微合金化铝脱氧含硫非调质钢中液析氮化物的控制方法
本专利技术涉及一种Ti、V微合金化铝脱氧含硫非调质钢中液析氮化物的控制方法。
技术介绍
非调质钢是指通过添加微合金化元素(如V、Nb、Ti等)改变组织的相变机理，通过轧制、锻造和控制冷却等方法，使性能达到或接近调质钢力学性能的中碳低合金结构钢。由于非调质钢应用时可省略调质处理工序，相比调质钢可以大幅度节省能源，降低制造成本约25％-38％，是国家政策优先支持发展的钢铁材料，当前在汽车行业已有较多应用，如汽车发动机曲轴、连杆、凸轮轴等零部件。非调质钢中常使用V、Ti复合添加，并要求钢中有一定的N含量，其中Ti元素可以与部分氮结合析出细小的TiN颗粒，在高温下可起到阻止奥氏体晶粒长大、细化晶粒的作用；V元素则在后续温降过程与C、N结合析出起到析出强化的作用，N元素的存在可以提高V的析出强化效果。然而，钢液凝固过程，由于元素的富集作用，常有微米级乃至数十微米的大颗粒氮化物在固液两相区析出(如附图2所示)，其成分以Ti为主，并含有一定量的V，这些大颗粒且带有棱角的氮化物相，不但起不到有效的晶粒细化作用，反而破坏钢基体的连续性，在钢产品受到外力的时候反而会成为裂纹源，对钢产品的疲劳性能危害极其严重。对于液析氮化物的控制，目前主要通过降低氮化物相的析出动力，即采用高纯净的原材料，降低钢中氮化物形成元素的含量，如公开号CN104212934A公开的《一种齿轮钢棒材氮化钛夹杂物的控制方法》，通过采用低氮原材料及低氮合金，控制含钛齿轮钢中氮化钛的析出浓度积，从而达到控制液析氮化钛的目的。但是该方法成本高，且对于含钛、含氮的非调质钢而言不适用。采用异相形核的原理可以比较有效的控制夹杂物的分布，当前最常用的方式是镁处理，如公开号CN106399633B采用镁处理方式控制氧化物类夹杂的成分、数量、粒度及分布，公开号CN105779907A、公开号CN105803308A、公开号CN107312907A、公开号CN107760824A等采用镁处理方式控制硫化物的形态及分布。公开号CN107881289通过向微合金化钢中加入Mg形成细小弥散分布的氧化镁夹杂物，促进TiN颗粒在钢液中的弥散析出，从而避免其在原奥氏体晶界偏聚析出，提高了晶界强度及微合金化钢铸坯的高温塑性；公开号CN105296855A采用镁处理方式形成异相核心，提高固相中第二相粒子的数量、提高析出强化效果。虽然其中均涉及了MgO的加入能促进TiN颗粒等的形核，但对于如何细化液析氮化物未有涉及；此外对于一些特殊钢种，如含硫非调质钢，Mg的加入时机、加入量，以及其它合金元素对液析氮化物的控制均有重要影响，而在现有技术中从未具体研究过。所以，对于Ti、V微合金化含硫非调质钢中大尺寸的液析氮化物，如果要采用镁处理方式控制其分布、形态，硫含量和处理时机必然严重影响镁处理效果。在该钢种中，如果Mg、O、Al含量控制不合适，不但起不到细化液析相的效果，反而由于其他氧化物、硫化物等的生成减少有效核心数量、使得液析相尺寸更大。因此，本专利提出了一种针对Ti、V微合金化铝脱氧含硫非调质钢中液析氮化物的镁处理控制方法，可以有效的达到控制液析相尺寸、减弱其危害的效果。
技术实现思路
本专利技术提供了一种Ti、V微合金化铝脱氧含硫非调质钢中液析氮化物的控制方法，通过向钢中加入20-40ppm的Mg元素，同时合理控制Al、O的含量及硫的加入时机，使得钢液中形成足量的氮化物有效核心，提高了氮化物的形核数量，从而减少了大尺寸氮化物的数量，减小其对钢产品疲劳性能的危害性。本专利技术通过以下技术方案来实现：一种Ti、V微合金化铝脱氧含硫非调质钢中液析氮化物的控制方法，包括以下步骤：(1)铁水经过转炉或电炉初炼，出钢过程加入脱氧剂铝饼、按照目标成分加入合金(硅锰和硅铁)、增碳剂及渣料，渣料为石灰及化渣剂。(2)LF精炼：将钢包吊至LF工位，通电化渣后，取初样测钢液成分，调整Al至0.010-0.030％，并结合目标成分添加硅锰、硅铁、铬铁、钛铁、硫铁合金调整钢液中Ti、S等成分至目标值；精炼终期控制T.O含量10-20ppm。(3)RH真空脱气：真空处理过程，高真空(≤67Pa)处理10～20min，破空后向钢液内喂入Mg-Al-Fe包芯线，控制钢液中镁含量在0.002-0.004％，软吹10min，之后根据钢中N含量喂入氮锰线至目标值，喂线结束后软吹，然后连铸成铸坯。控制精炼后T.O含量10-20ppm，是为了保证在真空后喂入Mg-Al-Fe后能得到数量足够的有效氧化物核心，T.O含量高于20ppm，一方面不利于镁线喂入后形成细小的氧化物核心，而且会明显影响钢液的可浇性，综合考虑，限制O含量在10-20ppm。本专利技术的技术方案原理和有益效果为：(1)当前微合金化含硫非调质钢的传统生产方法中，多为真空后喂硫线调整硫的含量，而本专利技术认识该方法会使得已生成的有效氧化物核心被硫化物占据，不仅无法保证液析氮化物相细化的有效核心数量，而且得到液析氮化物的尺寸大，不利于后续细化，本专利技术首次发现该问题，通过调整Mg、S的加入顺序，从而避免了氧化镁核心被硫化物包裹占据，保证了有效核心数量，有利于后续液析氮化物的细化。(2)本专利技术涉及钢种成分复杂，无需通过复杂的工艺流程，仅需合理控制O、Al、Mg的含量，并调整硫的加入位置，最终保证足够数量的有效氧化物核心，起到细化液析相的作用，避免大尺寸的液析相危害钢产品的性能。附图说明图1为实施例1非调质钢镁处理后铸坯中液析氮化物的形貌；图2为对比例1非调质钢铸坯中大尺寸液析氮化物的形貌。图3为对比例2非调质钢镁处理后钢液中氧化物核心的形貌。图4为对比例3非调质钢镁处理后铸坯中大尺寸液析氮化物的形貌。图5为实施例与对比例中液析氮化物尺寸分布。具体实施案例下面结合具体实施方法对本专利技术进行进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于所述内容。涉及钢种以质量百分比计成分为：C0.20-0.70％，Si0.20-0.80％，Mn0.80-1.50％，V0.05-0.35％，Ti含量0.010-0.050％，N含量0.005-0.020％，S0.030-0.070％，其余为Fe。实施例1本实例以49MnVS3发动机曲轴用钢的生产过程予以说明本专利技术对液析氮化钛的实际控制效果。钢成分为：C0.47％，Si0.34％，Mn0.88％，S0.05％，V0.10％，Ti0.024％，N0.015％。(1)转炉冶炼：转炉出钢量130t，出钢C含量0.10％；按照常规工艺，出钢先后加入脱氧剂130kg铝饼、按照目标成分加入1309kg硅锰、76kg硅铁、增碳剂及渣料，渣料为石灰及化渣剂。(具体加入量根据实际情况来定，为49MnVS3的常规冶炼步骤)(2)LF精炼：将钢包吊至LF工位，通电化渣后，取初样测钢液成分，调整Al含量至0.020％，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ti、V微合金化铝脱氧含硫非调质钢中液析氮化物的控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：/n(1)铁水经过转炉或电炉初炼，出钢过程添加脱氧剂、合金、增碳剂及渣料；/n(2)LF根据钢液检测成分微调至目标值，其中加入硫铁，调整S含量至目标成分；/n(3)真空脱气处理后，向钢液中喂入Mg-Al-Fe包芯线及氮锰线，喂线结束后软吹，然后连铸成铸坯。/n

【技术特征摘要】
1.一种Ti、V微合金化铝脱氧含硫非调质钢中液析氮化物的控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(1)铁水经过转炉或电炉初炼，出钢过程添加脱氧剂、合金、增碳剂及渣料；
(2)LF根据钢液检测成分微调至目标值，其中加入硫铁，调整S含量至目标成分；
(3)真空脱气处理后，向钢液中喂入Mg-Al-Fe包芯线及氮锰线，喂线结束后软吹，然后连铸成铸坯。


2.如权利要求1所述的Ti、V微合金化铝脱氧含硫非调质钢中液析氮化物的控制方法，其特征在于：所述铝脱氧含硫非调质钢按质量百分比计，C0.20-0.70％，Si0.20-0.80％，Mn0.80-1.50％，V0.050-0.350％，Ti含量0.010-0.050％，N含量0.005-0.020％，S0.030-0.070％，其余为Fe。

【专利技术属性】
技术研发人员：谢有，孟晓玲，屈志东，邓向阳，袁静，李辉成，
申请(专利权)人：中天钢铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32