一种降低钢铁中残余元素锑危害性的方法技术

本发明专利技术公开了一种降低钢铁中残余元素锑危害性的方法，属于钢铁冶金及金属材料领域。本发明专利技术的一种降低钢铁中残余元素锑危害性的方法，向含锑钢中加入S与晶界活性元素，所述晶界活性元素为B、稀土Re中的一种或其组合。采用本发明专利技术的技术方案能明显改善碳素结构钢的热塑性和常/低温冲击韧性，从而降低其对炼钢原料中残余元素Sb含量的要求，降低了生产成本，提高了经济效益。提高了经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种降低钢铁中残余元素锑危害性的方法


[0001]本专利技术属于钢铁冶金及金属材料
，更具体的，涉及一种废钢循环利用过程中钢中残余元素锑无害化控制的方法。

技术介绍

[0002]废钢铁作为节能环保的可再生资源，相对于传统的铁矿石炼钢，不仅能大量节约水、铁矿石、焦炭和石灰石，还大大降低了废水、废气以及废渣的产生。随着我国钢铁蓄积量的不断增加，国内废钢铁的资源量和消耗量也在逐年增长。提高废钢资源回收利用一个无法回避的问题就是废钢循环利用会导致钢中残余元素锑(Sb)的含量越来越高，危害钢的性能。锑的氧势比铁低，在炼钢过程中不能氧化脱除。同时Sb熔点低，易于在晶界富集，在连铸和轧制过程中，当钢坯从高温连续冷却时，Sb在钢坯表面及内部晶界上偏聚，从而降低表面及晶界的内聚力，容易出现表面和内部裂纹，影响连铸坯的质量和成材率。
[0003]目前生产中解决钢中残余元素超标的方法仍是采用冷/热直接还原铁(DRI)、热压块铁(HBI)、碳化铁、高炉铁水等废钢代用品来稀释钢液，控制钢的纯净度。然而此法需要大量的优质铁资源，随着废钢循环利用比例增加，铁矿资源的不足，治标不治本。有研究表明，钙处理工艺可以部分去除残余元素锑。然而在炼钢过程中钙优先与钢中氧和硫反应，同时容易出现严重增碳，且钙处理后的渣中还有锑化物需要特殊处理。
[0004]本申请的专利技术人近几年一直致力于降低钢铁中残余元素锑危害性的研究，并取得了一定的成果。如，中国专利申请号为2015108787151的申请案公开了一种改善含残余元素锑碳素结构钢性能的方法，该申请案通过向百分比重量成分为C 0.13～0.19％，Si 0.20～0.40％，Mn1.20～1.60％，P≤0.01％，S≤0.01％，Al≤0.005％，Sb 0.03～0.13％，余量为Fe的钢中加入重量百分比为0.01～0.03％的S和0.02～0.04％的Ti，从而在一定程度上可以降低残余元素Sb对16Mn钢热塑性和冲击性能的危害，改善含锑16Mn钢的热塑性和常(低)温冲击韧性，因而有效提高产品质量和生产效率。但该申请案对于含锑16Mn钢的热塑性改善效果仍有待进一步提高，且其主要是针对Sb含量为0.03～0.13％的碳素结构钢，当Sb含量更低时则效果较差。

技术实现思路

[0005]1.要解决的问题
[0006]本专利技术的目的在于提供一种降低钢铁中残余元素锑危害性的方法，从而有效改善和提高钢的热塑性及冲击韧性，避免其在连铸和轧制过程中产生裂纹以及表面缺陷。
[0007]2.技术方案
[0008]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]本专利技术的一种降低钢铁中残余元素锑危害性的方法，向含锑钢中加入S与晶界活性元素，所述晶界活性元素为B、稀土Re中的一种或其组合。
[0010]本专利技术的原理在于：由于残余元素Sb在钢中的凝固再分配系数较小，在固态相变
或加热过程中，易产生晶界偏聚，降低晶界表面能，弱化晶界，从而造成钢材表面及晶界氧化，并恶化冲击韧性；同时，因其熔点(630℃)低，含Sb钢更易出现高温脆性。而本申请通过S的加入可与钢中的Mn反应生成MnS夹杂物，MnS夹杂物可作为残余元素锑异质析出的有效形核核心，S的添加使钢中生成的MnS夹杂物数量变多，明显提高MnS夹杂物上锑异质形核的形核率，降低残余元素锑在晶界的偏聚，净化了晶界，增强了晶界的结合力，有利于提高钢的热塑性以及冲击性能。
[0011]但需要说明的是，S的添加虽然在一定程度上可以减轻残余元素Sb对钢性能的不利影响，但一方面，其改善效果仍有待进一步提高，如作为Sb异质析出核心的MnS在晶内析出时相比其在晶界析出，能更好改善含锑钢的性能；另一方面，钢中S含量较多同样会对钢的性能产生不利影响，尤其是形成的FeS会严重影响钢材质量，增加热裂纹敏感性。因此，本专利技术进一步通过晶界活性元素B和/或稀土Re的复合添加，一方面，晶界活性元素B和/或稀土Re会优先于Sb占据晶界，进一步减少固溶Sb在晶界的富集；另一方面，B和稀土Re的添加还会占据MnS的晶界析出位置，减少和防止作为Sb异质形核核心的MnS在晶界的富集，使其在晶内析出，也有效降低晶界Sb的浓度；第三，B和稀土Re的添加还会改善MnS的析出形态，从而降低S添加对钢性能的不利影响；此外，稀土Re还能起到通过与残余元素Sb反应降低Sb含量，减轻其对钢性能的危害。
[0012]因此，本专利技术通过S与晶界活性元素B、稀土Re的单独或者复合添加，可以有效减轻甚至消除Sb对钢性能的危害。
[0013]更进一步的，所述S元素的添加量为含锑钢质量的0.01～0.03％，B的添加量为含锑钢质量的0.0005～0.003％，稀土Re的添加量为含锑钢质量的0.01～0.05％。
[0014]本专利技术通过对各元素的添加量进行优化控制，从而可以有效保证对钢中残余元素Sb危害性的消除效果，不仅可以改善碳素结构钢的热塑性，同时还能够改善其冲击韧性，尤其是显著改善其低温韧性。
[0015]其中，B的添加量至关重要，当其添加量较少时，改善作用并不十分明显，但当其添加量较多时，能够有效改善钢的热塑性，但又会对钢的冲击韧性产生影响，因此需要严格控制其添加量。同时，由于稀土Re添加量较多时，不仅会导致造成稀土资源的浪费，成本相对较高，另一方面还易在冶炼过程中产生稀土析出物，冶炼过程不易控制，因此当复合添加S、B和稀土，并控制B和稀土的添加量分别为0.0015～0.002％、0.02～0.03％时，不仅可以有效消除Sb对钢性能的危害，同时还能够使钢的热塑性、常温冲击韧性和低温冲击韧性(
‑
40℃)之间实现良好的匹配，并尽可能减少稀土资源的浪费。
[0016]更进一步的，所述含锑钢中的锑含量为0.005～0.01％。
[0017]采用现有技术降低钢中锑的危害作用时，通常对锑的质量含量较为敏感，即当钢中锑的含量较少时，则无法取得较好的效果，而本申请的工艺则可以较好地适用于低锑含量废钢，充分降低/消除锑对钢性能的不良影响。
[0018]更进一步的，所述含锑钢包含如下质量百分比的组分：C 0.13～0.17％，Si 0.20～0.30％，Mn 1.00～1.40％，P≤0.009％，S≤0.007％，O≤0.005％。
[0019]更进一步的，S源采用硫铁合金，B源采用硼铁，但实际应用过程中并不限于硫铁合金和硼铁合金。
[0020]更进一步的，控制N、S含量不超过0.0015％，出钢前加入硼铁使B含量达到目标成
分；精炼破空前5分钟添加硫铁合金使S含量达到目标成分。
[0021]更进一步的，所述稀土元素采用Ce，稀土加入前控制O、S含量不超过0.0015％。
[0022]3.有益效果
[0023]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0024](1)本专利技术的一种降低钢铁中残余元素锑危害性的方法，通过向含锑钢中加入S与晶界活性元素，并对晶界活性元素的种类进行优化，从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低钢铁中残余元素锑危害性的方法，其特征在于，向含锑钢中加入S与晶界活性元素，所述晶界活性元素为B、稀土Re中的一种或其组合。2.根据权利要求1所述的一种降低钢铁中残余元素锑危害性的方法，其特征在于：所述S元素的添加量为含锑钢质量的0.01～0.03％，B的添加量为含锑钢质量的0.0005～0.003％，稀土Re的添加量为含锑钢质量的0.01～0.05％。3.根据权利要求2所述的一种降低钢铁中残余元素锑危害性的方法，其特征在于：所述晶界活性元素选用B和稀土Re的组合，且B和稀土的添加量分别为0.0015～0.002％、0.02～0.03％。4.根据权利要求3所述的一种降低钢铁中残余元素锑危害性的方法，其特征在于：所述含锑钢中的锑含量为0.005～0.01％。5.根据权利要求4所述的一种降低钢铁中残余元素锑危害性...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙桂林，董国春，陶素芬，夏云进，范鼎东，王海川，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：