一种钢水钒氮微合金化方法技术

本发明专利技术属于炼钢技术领域，涉及一种钢水钒氮微合金化方法，提出把“钒加到氮含量充足的钢水中”更容易实现钒元素和氮元素的均匀混合，减少以游离态形式存在的氮元素量和钒元素量，并具体采用先吹氮气，再补加部分含钒合金的工艺，以减少游离态氮原子和钒原子数量；并调整钢包底吹氮气工艺，提高钢水中氮元素的含量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种钢水钒氮微合金化方法


[0001]本专利技术涉及一种钢水钒氮微合金化方法，属于炼钢


技术介绍

[0002]V微合金化技术广泛应用到钢铁流程的生产中，V元素与N、C元素反应生成VN或VC能明显提高钢材的强度，但是VN和VC对钢材的强化效果不同，根据生产实践，在N含量充足的情况下，且VN粒子析出最充分的情况下，钢材成份质量分数中每0.01％的V约能提高钢材屈服强度25～30Mpa，而在N含量不充足的情况下，每0.01％的V只能提高钢材屈服强度15～20Mpa，其原因是由于；在N含量充足的情况下V主要以VN的形式析出，否则，则以VN、VC复合相的形式析出，而VN对钢材的沉淀强化效果明显好于VC对钢材的沉淀强化效果。
[0003]为此，在某些含钒钢种中，钢铁厂采用向钢液中底吹N2气的方法来提高钢液中的N含量,以期提高含钒钢种的强度，但在生产实践中发现，采用向钢液中底吹N2的方法来提高钢液中的N含量的方法存在如下两个问题：问题1：钢铁厂对底吹N2气工艺中影响钢水增N量的关键工艺参数不够了解，导致通过底吹N2对钢水进行增N存在不稳定现象，不同炉次间的增氮量存在较大差异，轧材力学性能不稳定。问题2：对钢水通过底吹N2增加的N和通过添加钒氮合金增加的N在物理化学性质方面存在差异，对钢水进行底吹N2而增加的N对钢材强度提升效果不明显，且易引起铸坯皮下气泡缺陷。如白瑞国等人在《钒氮强化作用在钢筋中的研究与应用》所述：试样9(钒氮合金增氮)与12(底吹氮气增氮)的V、N含量接近，但试样9的强度明显高于试样12，造成试样9与12强度不同的区别在于试样9通过添加氮化钒合金化方式增加钒含量和氮含量，而试样12通过全程吹氮增加氮含量，采用添加50％钒铁合金化方式增加钒含量。虽然两者的氮含量相近，但是试样12的VN析出量测量值低约10％，因为全程吹氮并未能实现氮与钒的结合，氮主要以游离态形式存在，其铸坯低倍组织中皮下气泡比试样9高1～1.5级，而后续的轧制工序也未能把这部分游离氮转换为化合氮。
[0004]如何实现钢水增氮量的稳定控制并促进通过底吹N2对钢水增加的N元素与钢中钒元素的结合，使得氮元素尽量以化合态的形式析出是一直困扰炼钢技术人员的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种钢水钒氮微合金化方法，以解决以上问题，该方法主要包括以下步骤：
[0006]S1：转炉钢水出钢，加入部分含钒合金，所述含钒合金的含量为该钢种所需加入含钒合金总量的25～62.5％；
[0007]S2：LF炉精炼后期，补加剩余含钒合金；
[0008]所述步骤S1、S2中钢包全程底吹氮气。
[0009]所述步骤S1中加入含钒合金后，钢水中的含钒量为0.25ω
钒
‑
目标
～0.625ω
钒
‑
目标
，其中ω
钒
‑
目标
为钢种的钒含量目标控制值，％。
[0010]所述步骤S2中，当钢水中通过底吹氮气所述增加的氮含量至少达到了1125ω
钒
‑
目标
ppm时补充含钒合金。
[0011]所述剩余含钒合金补充后，钢水中的含钒量增加0.325ω
钒
‑
目标
～0.75ω
钒
‑
目标
。
[0012]当钢水中通过底吹氮气所述增加的氮含量至少达到了1125ω
钒
‑
目标
ppm以上时，由于氮原子在钢水中的扩散速度慢，有的氮原子没有扩散到钒原子周围，部分氮原子此时为游离状态存在，向钢水中加入部分含钒合金，增加钢水中0.325ω
钒
‑
目标
～0.75ω
钒
‑
目标
的V含量。含钒合金熔化后生成钒原子，由于钒原子的扩散速度快，钒原子可以较均匀的扩散至钢水中游离氮原子周围，以游离态形式存在的氮原子数量大幅度减少，铸坯凝固及轧材轧制过程中，以化合态析出的氮化钒能对钢材起到良好的强化效果。
[0013]所述含钒合金为钒氮合金、钒铁中的一种。
[0014]如果在LF精炼过程中所补加的含钒合金为钒氮合金，由于钒氮合金中含有部分氮原子，加入钢液中后所形成的游离钒原子数较少，因此向钢水中加入的钒氮合金量按上限控制，即加入钒氮合金的量足以达到增加钢水中0.75ω
钒
‑
目标
的V含量的效果；
[0015]如果在LF精炼过程中所补加的含钒合金为钒铁合金，由于钒铁合金中不含有氮原子，加入钢液中后所形成的游离钒原子数较多，因此向钢水中加入的钒氮合金量按下限控制，即加入钒铁合金的量足以达到增加钢水中0.375ω
钒
‑
目标
的V含量的效果。
[0016]所述钒氮合金成份为：以质量百分比计，含量范围为V：75～78％、N：14～18％、C:1～5％、Fe:0.5～5％，其余为不可避免的杂质。
[0017]所述钒铁合金成份为：以质量百分比计，含量范围为V：6～50％，Fe：45～90、C:3～6，其余为不可避免的杂质。
[0018]根据理论测算，在1个标准大气压、温度1660℃下，[N]在钢液中的饱和溶解度约为420ppm，也即只有0.042％，由于氮原子在钢水中饱和溶解度低，所以氮与钢水的亲和力差，氮在钢水中的扩散速度就慢，氮原子比较难均匀扩散到钒原子周围；但是钒在钢水中几乎是无限固溶，所以钒与钢水的亲和力强，钒在钢水中扩散速度快，钒可以较容易的扩散到氮原子周围。
[0019]根据以上理论可知，把通过底吹氮气的方法把氮加到含钒钢水中和把钒加到氮含量充足的钢水中会有不一样的效果，把钒加到氮含量充足的钢水中的混匀效果更好，类似与把水加到沙子里和把沙子加到水中会有不一样的效果一样，把水加到沙子里的混匀效果更好。
[0020]“通过底吹氮气的方法把氮加到含钒钢水中”工艺中，由于氮原子的扩散速度慢，会有部分氮原子无法扩散至钒原子周围，部分氮原子找不到钒原子去结合，部分氮原子以游离态存在，铸坯凝固及轧材轧制过程中，这部分氮原子不能实现与钒的结合，这部分氮原子对钢材起不到强化效果。
[0021]“钒加到氮含量充足的钢水中”工艺中，由于钒原子的扩散速度快，钒原子可以均匀的扩散至氮原子周围，加入的钒原子几乎都能找到氮原子去结合，以游离态形式存在的氮原子和钒原子数量大幅度减少，铸坯凝固及轧材轧制过程中，以化合态析出的氮化钒能对钢材起到良好的强化效果。
[0022]根据以上理论，本申请提出上述适用于钢包底吹氮工艺含钒合金加入方法。
[0023]所述步骤S1中，在加入含钒合金2min后调整氮气流量，使氮气流量≥10NL/min
·
t钢，直至高温段氮气吹入总量Q
氮气
‑
高温段
≥1000ω
钒
‑
目标
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢水钒氮微合金化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1：转炉钢水出钢，加入含钒合金，所述含钒合金的含量为该钢种所需加入含钒合金总量的25～62.5％；S2：LF炉精炼后期，补加剩余含钒合金；所述步骤S1、S2中钢包全程底吹氮气。2.根据权利要求1所述的钢水钒氮微合金化方法，其特征在于，所述步骤S2中，当钢水中通过底吹氮气增加的氮含量≥1125ω
钒
‑
目标
ppm时补充含钒合金，所述ω
钒
‑
目标
为钢种的钒含量目标控制值，％。3.根据权利要求1所述的钢水钒氮微合金化方法，其特征在于，所述含钒合金为钒氮合金、钒铁合金中的一种。4.根据权利要求1所述的钢水钒氮微合金化方法，其特征在于，所述步骤S1中，在加入含钒合金2min后调整氮气流量，使氮气流量≥10NL/min
·
t钢，直至高温段氮气吹入总量Q
氮气
‑
高温段
≥1000ω
钒
‑
目标
L/t钢；所述Q
氮气
‑
高温段
为转炉放钢过程中加入含钒合金2min后、LF精炼进站前所吹入的氮气总量，NL。5.根据权利要求4所述的钢水钒氮微合金化方法，其特征在于，所述氮气流量为10～12NL/min
·
t钢。6.根据权利要求4所述的钢水钒氮微合金化方法，其特征在于，所述步骤S1的底吹氮气工艺为：放钢0
‑
30秒，钢包底吹N2流量为1～2NL/min
·
t钢；放钢30秒
‑
3分30秒，钢包底吹N2流量为4～5NL/min<...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐尚富，刘洪银，雷洲，姜丽，孙庆亮，时英杰，张炯，李洋洋，李玉功，苏晓明，刘炳俊，吕霞，李雪峰，梁辉，孙建卫，吴秀军，解莹琦，
申请(专利权)人：山东钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：