一种形成核壳结构夹杂物的复合添加剂制造技术

本发明专利技术涉及一种形成核壳结构夹杂物的复合添加剂

【技术实现步骤摘要】
一种形成核壳结构夹杂物的复合添加剂、制备和冶炼方法


[0001]本专利技术涉及冶炼
，具体涉及一种形成核壳结构夹杂物的复合添加剂
、
制备和冶炼方法
。

技术介绍

[0002]钢铁材料是制造业的基础，是人类社会最主要使用的结构材料，在经济和社会发展中发挥着举足轻重的作用
。
钢的纯净化技术是生产高性能
、
高质量产品的基础
。20
世纪
80
年代以来，钢的洁净度不断提高
。
但是这些材料在使用过程中仍然存在抗疲劳性能
、
耐局部腐蚀性能等服役性能不能满足经济社会发展的要求，其主要原因在于缺乏对于钢中夹杂物的形成过程
、
微观机制及其控制方法的深入理解
。
钢中夹杂物
(
主要是氧化物夹杂
)
严重影响钢材质量
。
钢中夹杂物的存在，破坏了金属的连续性，降低钢的力学性能
、
物理性能
、
化学性能及工艺性能等
。
钢中夹杂物主要以非金属化合物形态存在，如氧化物
、
硫化物
、
氮化物等，造成钢的组织不均匀，影响钢的物理
、
力学
、
化学等性能
。
钢中夹杂物降低钢的塑性
、
韧性和疲劳寿命，使钢的加工性能变坏，对钢材表面光洁度
、
焊接性能
、r/>耐局部腐蚀性能有直接影响
。
例如，钢中夹杂物可导致汽车和电气产品用薄钢板的表面缺陷
、DI
罐用薄钢板裂纹
、
管线钢氢致裂纹
、
轮胎子午线加工过程断线
、
轴承钢疲劳性能恶化，同时钢中非金属夹杂物对于钢板抗撕裂性能
、
低温冲击韧性
、
耐海水腐蚀性能也有不利影响
。
[0003]钢的冶炼
、
浇注及凝固结晶是一个复杂的物理化学过程
。
内生夹杂是钢在液态及凝固过程中，由于复杂的化学反应而生成的各种化合物，当钢液凝固时，它们来不及上浮而嵌入钢中；或者是高温下溶解在钢中的非金属物质，当钢液温度降低时，这些非金属物质在钢中的溶解度降低而从钢中析出，以夹杂物的形式存在于钢中
。
[0004]其中，钢中氧化物夹杂是主要的夹杂物类型
。Al2O3、MgO、CaO
等氧化物
、
复合氧化物如铝酸钙
、
铝酸镁
、
铝镁尖晶石等是钢中氧化物的主要表现形式
。
这类夹杂物容易沉积在浸入式水口内部造成水口堵塞，还会造成钢铁产品的表面缺陷，使钢的表面光洁度下降
。Al2O3是最常见氧化物夹杂中对钢质影响最大的一类
,
它属于脆性不变形夹杂物，与基体的热变形能力差异较大
,
在热加工的应力作用下，大块状的
Al2O3等脆性夹杂，经变形破碎成具有尖锐菱角的夹杂，并成链状分布在基体中，这些坚硬的形状不规则
Al2O3夹杂能将基体划伤，并在夹杂物周围产生应力集中场直至在交界面处形成空隙或裂纹
。
例如，在中高碳钢中，尤其是在轴承钢和重轨钢中，
Al2O3夹杂在周期应力的作用下，会成为疲劳源，最终因疲劳裂纹的扩展造成大块金属脱落的“掉块”导致钢的断裂
。
[0005]对于一般结构钢种而言，在室温下钢中硫化物对钢的强度影响不大，但其含量及形态对钢的韧性
(
如断面收缩率和冲击韧性等
)
，特别是低温韧性却有很大影响
。
对大多数钢种来说，硫含量增加会降低钢的性能
。
在热加工温度下，
MnS
夹杂物很容易被延展成长条状，从而造成钢韧性的各向异性
。
硫化物夹杂组成对产品性能也有明显影响，硫化锰夹杂在轧制时很容易变形，硫化钙较硬
、
实际上在轧制中不变形
。
硫化物有产生氢诱发裂纹的可能性
。
因为氢很容易被拉长的
MnS
夹杂诱捕，而使其减轻对氢诱发裂纹的抵抗力
。
钢的焊接性
、
可加工性
、
机械性等还受钢中硫化物夹杂的类型和数量的影响
。
钢中呈网状存在的硫化物会造成钢的热脆性
。
[0006]钢中夹杂物对性能的影响涉及到很多因素
。
钢中夹杂物的数量
、
颗粒大小
、
形态及分布，夹杂物与钢基体的结合力，夹杂物的塑性和弹性系数的大小，以及热膨胀系数
、
硬度等很多因素都会影响钢的性能
。
如果采取技术措施，对于钢中夹杂物进行有效控制，不仅能够消除其有害作用，而且能发挥其有利作用
。
大而集中的夹杂物对钢的性能很有害，而分布弥散和细小颗粒的夹杂物，不仅其危害能消除，有时还有改善钢性能的作用
。
例如：利用钢中细小
、
弥散分布的高温稳定性优异的氧化物能够提高钢的焊接性能，尤其是抗大热输入条件下的焊接性能
。
[0007]一般冶炼过程中，多以锰铁
、
硅铁及铝等金属作为脱氧剂
。
它们与氧结合生成的氧化物不能上浮至钢渣除去，即成为钢中的非金属夹杂物
。
氮通常也是钢中的有害元素，在钢中的溶解度极小，同时它与钛
、
钒
、
铌等元素的亲合力很大，加之钢液可自大气中吸收大量的氮，因此在钢中容易出现氮化物夹杂
。
[0008]现有的采用
Al
脱氧工艺，即用
Al
块
、Al
粒
、Al
线
、Fe
‑
Al
合金进行脱氧是常规的脱氧技术
。
脱氧产物
Al2O3是常见的氧化物夹杂中对钢质影响最大的一类
,
它属于脆性不变形夹杂物，与基体的热变形能力差异较大
,
在热加工的应力作用下，大块状的
Al2O3等脆性夹杂，经变形破碎成具有尖锐菱角的夹杂，并成链状分布在基体中，这些坚硬且形状不规则
Al2O3夹杂能将基体划伤，并在夹杂物周围产生应力集中场，直至在交界面处形成空隙或裂纹
。
[0009]现有的
Ca
处理是当代冶金中使用最为广泛的改善夹杂物形态的冶炼技术
。Ca
是一种很好的钢液净化剂，它不仅可以深脱氧，还可以深脱硫，在钢液脱氧后，在
[O]已经很低的情况下，
Ca
直接脱氧反应成为次要过程，此时它主本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种形成核壳结构夹杂物的复合添加剂，其特征在于，其包括按质量百分含量计的如下化学成分：
Fe
：
41
‑
59
％，
Zr
：5‑
11
％，
Ti
：
14
‑
26
％，
Mg
：
11
‑
19
％，
RE
：4‑
10
％；
Zr
元素
、Ti
元素
、Mg
元素和
RE
元素的质量百分含量满足公式：
(Ti+Mg+RE)/Zr
＝4‑
8。2.
根据权利要求1所述一种形成核壳结构夹杂物的复合添加剂，其特征在于，其包括按质量百分含量计的如下化学成分：
Fe
：
46
‑
57
％，
Zr
：6‑
11
％，
Ti
：
15
‑
16
％，
Mg
：
12
‑
19
％，
RE
：9‑
10
％
。3.
根据权利要求1所述一种形成核壳结构夹杂物的复合添加剂，其特征在于，其包括按质量百分含量计的如下化学成分：
Fe
：
50
％，
Zr
：8％，
Ti
：
20
％，
Mg
：
15
％，
RE
：7％
。4.
根据权利要求1至3任一项所述一种形成核壳结构夹杂物的复合添加剂，其特征在于，所述
RE
包括
La
元素和
Ce
元素，所述
La
元素和所述
Ce
元素的质量比为
(70
‑
90)
：
(10
‑
30)。5.
根据权利要求1至3任一项所述一种形成核壳结构夹杂物的复合添加剂，其特征在于，所述
Zr
为海绵金属锆和
/...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴开明，向绍观，
申请(专利权)人：武科鑫材武汉科技有限公司武科复材海口科技有限公司中能华源智能装备研究设计院青岛有限公司，
类型：发明
国别省市：