含钒、钛和氮的包芯线及其应用制造技术

本发明专利技术涉及含钒、钛和氮的包芯线及其应用，属于钢铁冶炼技术领域。本发明专利技术提供了含钒、钛和氮的包芯线，所述包芯线的芯层用纳米氮化钒和纳米氮化钛粉末制成，所述纳米氮化钒和纳米氮化钛粉末的尺寸小于100nm。本发明专利技术还进一步提供了该包芯线在钢液合金化中的用途，以及一种钢液合金化的方法。采用本发明专利技术含钒、钛和氮的包芯线进行钢液合金化，钢中的钒和钛元素几乎全部以析出质点的形式存在，且析出质点的尺寸几乎全部小于100nm，钒和钛元素析出质点析出率≥98％，析出质点尺寸小于100nm的比例≥99％。≥99％。

【技术实现步骤摘要】
含钒、钛和氮的包芯线及其应用


[0001]本专利技术涉及含钒、钛和氮的包芯线及其应用，属于钢铁冶炼


技术介绍

[0002]微合金化钢主要是指在钢中添加微量或少量的某种或某几种合金元素，达到明显提升强度、韧性、延展性、可焊性及抗疲劳性等综合性能的钢，特别是提高钢的强度指标。现有技术条件下，微合金化钢主要通过添加微量或少量的钒、铌、钛等中的一种或多种元素制备而来。微合金化的作用机理是：作为微量元素的钒、铌或钛加入钢液后，与钢液中的碳或氮结合形成碳或氮的化合物析出质点，即V(C、N)，Nb(C、N)或Ti(C、N)析出质点。众所周知，这些析出质点的尺寸越细小、数量越多，对钢的综合性能，特别是强度的提升越有利。当析出质点的尺寸在100nm以下时，才具有较强的沉淀强化和细晶强化作用，可明显提高钢的强度。没有析出的微合金元素或当析出质点的尺寸大于100nm时，一般起不到沉淀强化和细晶强化作用，对提高钢的强度基本不起作用，造成贵重微合金化元素资源的浪费。
[0003]根据上述微合金化原理可知，微合金钢涉及所要控制的化学元素主要有钒、铌、钛、碳和氮，涉及所要控制的析出质点主要有V(C、N)，Nb(C、N)和Ti(C、N)，关键是涉及所要控制析出质点的尺寸在100nm以下，而且析出质点的尺寸越细小越好、数量越多越好。一般情况下钢液中不存在钒、铌或钛元素，通常需要在钢液中加入相应的合金方式来实现。碳元素可通过加入一定的石墨、无烟煤或碳粉获得。一般情况下转炉钢残氮含量在0.004％-0.006％范围内，电炉钢残氮含量在0.006％-0.008％范围内，很多情况下还需额外添加含氮类合金补充氮元素来促进V(C、N)，Nb(C、N)或Ti(C、N)质点的析出。
[0004]现有微合金钢的钒、铌或钛元素合金化方法是在装有钢液的钢包中加入相应合金块或相应含氮合金块，或将相应合金块或相应含氮合金块破碎后制备成包芯线，然后将上述包芯线通过喂线装置喂入钢包内的钢液中，必要时再配以加入或喂入一定量的增氮剂。该种方法可使钒、铌、钛微合金元素在钢中大量析出，对提升钢的强度产生较明显的效果，钒、铌、钛的碳氮化物质点析出率一般在50％～80％，析出质点的尺寸一般在10nm～500nm。但该种方法存在以下不足：钒、铌、钛的碳氮化物质点析出率仍然较低，存在20％以上没有析出的微合金元素，同时存在部分100nm以上的碳氮化物质点析出物，导致贵重微合金元素资源的浪费，也一定程度上影响钢铁产品质量的稳定性。另外，CN201410439695.3公开了一种提高中碳V钢强韧性的方法，CN201410527716.7公开了一种控制细化VN析出相尺寸及数量的方法，上述方法可使钢中80％以上VN析出相颗粒尺寸在20nm～100nm范围，但仍存在部分100nm以上的VN析出相颗粒和没有析出的V微合金元素。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提供含钒、钛和氮的包芯线。本专利技术的第二个目的在于提供该包芯线在钢液合金化中的用途。本专利技术的第三个目的在于提供钢液合金化的方法。
[0006]本专利技术提供了含钒、钛和氮的包芯线，所述包芯线的芯层用纳米氮化钒和纳米氮化钛粉末制成，所述纳米氮化钒和纳米氮化钛粉末的尺寸小于100nm。
[0007]进一步地，纳米氮化钒：纳米氮化钛的重量配比为(2～8)：(2～8)。
[0008]进一步地，用粘合剂将所述纳米氮化钒和纳米氮化钛粉末粘合成粒径小于3mm的粘合粉料。
[0009]进一步地，粘合剂占芯层总重量的10％以下。
[0010]进一步地，所述芯层的成分按重量百分比计为：纳米氮化钒20％～80％，纳米氮化钛20％～80％，粘合剂0％～10％。
[0011]本专利技术为了便于包芯线制备，可用少量粘结剂将尺寸小于100nm的纳米氮化钒粉末粘合成粒径小于3mm的粘合粉料，然后将上述粘合粉料包于外皮层中。其中，所述的粘合剂可以为天然高分子化合物、合成高分子化合物或无机化合物等材料。
[0012]进一步地，所述芯层的外部包裹外皮层，外皮层用钢和/或铁制成。
[0013]进一步地，所述包芯线的外径为5～18mm。
[0014]本专利技术提供了所述的包芯线在钢液合金化中的用途。
[0015]本专利技术提供了钢液合金化的方法，包括如下步骤：将所述的包芯线喂入钢包内的钢液中，或连铸浇铸的结晶器内钢液中，或模铸浇铸的模具内钢液中。
[0016]进一步地，所述的钢液合金化的方法满足以下至少一项：
[0017]喂线速度为1.0～4.0m/s；
[0018]喂包芯线的过程中对包芯线与钢液的接触区域喷吹惰性气体；
[0019]一边将包芯线喂入钢包内的钢液中，一边对钢包进行摇晃；
[0020]一边将包芯线喂入连铸浇铸的结晶器内钢液中，一边对结晶器进行电磁搅拌或震动；
[0021]一边将包芯线喂入模铸浇铸的模具内钢液中，一边对模具电磁搅拌或摇晃。
[0022]其中，为了进一步便于将包芯线喂入钢液内，一边将包芯线喂入钢包内的钢液中，或连铸浇铸的结晶器内钢液中，或模铸浇铸的模具内钢液中，一边对包芯线与钢液接触区域喷吹惰性气体。通过向包芯线与钢液接触区域喷吹惰性气体，一方面可提高该区域内的钢渣或保护渣的流动性，另一方面可防止该区域以外的钢渣或保护渣朝该区域流动汇集，通过向包芯线附近喷吹惰性气体，可有效保证包芯线的快速喂入，并可防止包芯线发生卡线或断线，还可提高细小钒和钛的碳氮化物析出质点的弥散程度。
[0023]为了进一步提高钢渣的流动性，有利于包芯线快速喂入钢液内，减少包芯线在钢渣层的损耗，一边将包芯线喂入钢包内的钢液中，一边对钢包进行摇晃。通过对钢包进行摇晃，可提高钢渣的流动性，便于喂入包芯线，有利于防止包芯线发生卡线或断线，也可提高细小钒和钛的碳氮化物析出质点的弥散程度。
[0024]为了进一步提高结晶器保护渣的流动性，有利于包芯线快速喂入钢液内，减少包芯线在保护渣层的损耗，一边将包芯线喂入连铸浇铸的结晶器内钢液中，一边对结晶器进行电磁搅拌或震动。通过对结晶器进行电磁搅拌或震动，可提高保护渣的流动性，便于喂入包芯线，有利于防止包芯线发生卡线或断线，也可提高细小钒和钛的碳氮化物析出质点的弥散程度。
[0025]为了进一步提高模铸保护渣的流动性，有利于包芯线快速喂入钢液内，减少包芯
线在保护渣层的损耗，一边将包芯线喂入模铸浇铸的模具内钢液中，一边对模具电磁搅拌或摇晃。通过对模具电磁搅拌或摇晃，可提高保护渣的流动性，便于喂入包芯线，有利于防止包芯线发生卡线或断线，也可提高细小钒和钛的碳氮化物析出质点的弥散程度。
[0026]本专利技术提供的含钒、钛和氮的包芯线，喂入钢液中直接参与合金化，能够在钢液中析出大量细小弥散且尺寸小于100nm的钒和钛的碳氮化物析出质点，钢中的钒和钛元素几乎全部以析出质点的形式存在，且析出质点的尺寸几乎全部小于100nm。钒和钛元素析出质点析出率≥98本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含钒、钛和氮的包芯线，其特征是：所述包芯线的芯层用纳米氮化钒和纳米氮化钛粉末制成，所述纳米氮化钒和纳米氮化钛粉末的尺寸小于100nm。2.如权利要求1所述的包芯线，其特征是：纳米氮化钒：纳米氮化钛的重量配比为(2～8)：(2～8)。3.如权利要求1或2所述的包芯线，其特征是：用粘合剂将所述纳米氮化钒和纳米氮化钛粉末粘合成粒径小于3mm的粘合粉料。4.如权利要求3所述的包芯线，其特征是：粘合剂占芯层总重量的10％以下。5.如权利要求1～4任意一项所述的包芯线，其特征是：所述芯层的成分按重量百分比计为：纳米氮化钒20％～80％，纳米氮化钛20％～80％，粘合剂0％～10％。6.如权利要求1所述的包芯线，其特征是：所述芯层的外部包裹外皮层，外皮层用钢和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭跃华，刘明，邓通武，罗开金，
申请(专利权)人：四川攀研技术有限公司，
类型：发明
国别省市：