耐候微合金鋼和包芯線及其應(yīng)用和鋼水及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種包芯線及其應(yīng)用，該包芯線包括：芯層和包裹所述芯層的外層，所述芯層為含有釩鐵合金和氮化硅錳的混合物。本發(fā)明提供了一種鋼水及其制備方法，該方法包括：將本發(fā)明所述的包芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中進(jìn)行釩氮合金化。本發(fā)明提供了一種耐候微合金鋼。本發(fā)明的包芯線用于實(shí)現(xiàn)鋼水釩和氮的合金化，能夠依據(jù)需要有效增加氮含量而不影響釩含量，可在鋼水需要的情況下生產(chǎn)氮含量更高的含釩鋼。且采用本發(fā)明的包芯線進(jìn)行鋼水釩氮合金化得到的釩氮合金化鋼水澆鑄后得到的釩氮微合金鋼屈服強(qiáng)度高。
【專利說明】耐候微合金鋼和包芯線及其應(yīng)用和鋼水及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包芯線及其在鋼水釩氮合金化中的應(yīng)用，以及一種鋼水及其制備方法，和一種耐候微合金鋼。
【背景技術(shù)】
[0002]微合金鋼主要是指在鋼中添加很少量或者是微量的某種元素就能明顯提高性能的鋼，特別是提高鋼的強(qiáng)度指標(biāo)?，F(xiàn)有技術(shù)條件下微合金鋼主要通過添加很少量或者是微量釩、鈮和鈦而得到。微合金化的作用機(jī)制是:作為微量元素的釩、鈮和鈦加入鋼液后，與鋼液中的碳和氮結(jié)合，形成碳、氮的化合物質(zhì)點(diǎn)，即V (C、N) ,Nb (C、N)和Ti (C、N)質(zhì)點(diǎn)，這些質(zhì)點(diǎn)具有一定的沉淀強(qiáng)化和晶粒細(xì)化的作用，可明顯提高鋼的強(qiáng)度。
[0003]根據(jù)上述微合金原理可知，微合金鋼涉及到所要控制的化學(xué)元素主要有釩、鈮、鈦、碳和氮。一般情況下鋼液中不存在釩、鈮和鈦元素，通常需要以合金加入的形式來實(shí)現(xiàn)；碳元素可通過加入一定的石墨、無煙煤或碳粉而得到；一般情況下鋼液中的氮是不需要存在的有害元素，但在微合金鋼中氮是十分重要的有益元素，僅僅依靠鋼液中殘留的氮含量是不夠的，一般情況下采用轉(zhuǎn)爐冶煉鋼，殘留氮含量在0.004% -0.06%范圍內(nèi)，采用電爐冶煉鋼，殘留氮含量在0.06 % -0.08 %范圍內(nèi)，必要情況下是可以通過添加含氮類合金來實(shí)現(xiàn)的。
[0004]早期在微合金鋼中增加氮，是通過添加3% -6%的氮化類合金來實(shí)現(xiàn)的，但由于氮化類合金含氮很低，造成合金加入量大且，收得率不穩(wěn)定，逐漸被氮含量較高的氮化釩合金代替。面前微合金鋼的生產(chǎn)中幾乎很難再使用3% -6%的氮化類合金，幾乎全部使用即含釩、且氮含量又高的氮化釩合金。
[0005]氮化釩合金主要有VN12、VN14和VN16三個牌號。一般情況下該三個牌號氮和釩的比值是基本固定的，分別為12:78(N:V) ；14:78(N:V) ；16:78 (N:V)，即氮和釩的比值最高為VN16的16:78，即合金中含有16%的N，含有78%釩。氮化釩合金雖然即含釩、且氮含量又高，但對于微合金鋼中不同的微合金化技術(shù)路線，特別是復(fù)合微合金鋼，例如V-T1-N，甚至于V-T1-Nb-N,也是不能滿足需求的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種含有釩和氮的包芯線用于實(shí)現(xiàn)鋼液釩和氮的合金化，該種包芯線中所含有的氮不是通過配加釩氮合金而得，而是通過單獨(dú)配加其它含氮更高的氮化物而得，且發(fā)現(xiàn)使用該含氮化物并不會影響鋼的相對腐蝕率。
[0007]為實(shí)現(xiàn)前述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種包芯線，該包芯線包括:芯層和包裹所述芯層的外層，其中，所述芯層為含有釩鐵合金和氮化硅錳的混合物。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供了本發(fā)明的包芯線在鋼水釩氮合金化中的應(yīng)用。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提供了一種鋼水的制備方法，該方法包括:將本發(fā)明所述的包芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中進(jìn)行釩氮合金化。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，本發(fā)明提供了按照本發(fā)明的鋼水的制備方法得到的鋼水。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，本發(fā)明提供了一種耐候微合金鋼，其中，該耐候微合金鋼由本發(fā)明所述的鋼水澆鑄而成。
[0012]本發(fā)明的包芯線用于實(shí)現(xiàn)鋼水釩和氮的合金化，能夠依據(jù)需要有效增加氮含量而不影響釩含量，可在鋼水需要的情況下生產(chǎn)氮含量更高的含釩鋼。且采用本發(fā)明的包芯線進(jìn)行鋼水釩氮合金化得到的釩氮合金化鋼水澆鑄后得到的鋼屈服強(qiáng)度高。
[0013]本發(fā)明技術(shù)的有益之處在于，可為鋼液提供更多的氮含量，特別適應(yīng)于生產(chǎn)含釩、鈦和鈮的復(fù)合耐候微合金鋼，得到的鋼能夠保證相對腐蝕率基本維持不變而屈服強(qiáng)度大大提聞。
[0014]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0016]圖1為本發(fā)明的包芯線的橫截面剖視圖。
[0017]附圖標(biāo)記說明
[0018]1-芯層 2-外層
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種包芯線，該包芯線包括:芯層I和包裹所述芯層I的外層2，其中，所述芯層I為含有釩鐵合金和氮化硅錳的混合物。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的包芯線，一方面通過在芯層內(nèi)加入氮化硅錳，可提高單位芯層的氮含量，利于生產(chǎn)氮含量更高的含釩鋼，例如生產(chǎn)含釩0.06重量％、含氮0.010重量％以上的耐大氣腐蝕鋼，可避免過量加入貴重金屬釩的現(xiàn)象發(fā)生，降低了生產(chǎn)成本。另一方面，氮化硅錳的加入不影響包芯線的使用性能，且在制備釩氮合金化鋼水中氮的回收率高且穩(wěn)定，且更進(jìn)一步，在同一釩含量的基礎(chǔ)上，采用本發(fā)明的包芯線進(jìn)行鋼水釩氮合金化得到的釩氮合金化鋼水澆鑄后得到的釩氮耐候微合金鋼屈服強(qiáng)度高，相對腐蝕率可以維持不變。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的包芯線，優(yōu)選所述混合物中，釩鐵合金的含量為70-90重量％，氮化硅錳的含量為10-30重量％。采用前述包芯線進(jìn)行鋼水釩氮合金化，可生產(chǎn)氮含量更高的含釩鋼，并且得到的釩氮合金化鋼水澆鑄后得到的釩氮耐候微合金鋼的屈服強(qiáng)度高。
[0023]根據(jù)本發(fā)明 的包芯線，優(yōu)選所述釩鐵合金中V含量為38-82重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素。前述釩鐵合金可以為牌號為FeV40A的釩鐵合金(V含量為38.0-45.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素)，F(xiàn)eV50A的釩鐵合金(V含量為48.0-55.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素)，F(xiàn)eV60A的釩鐵合金(V含量為58.0-65.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素)，F(xiàn)eV80A的釩鐵合金(V含量為78.0-82.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的包芯線，所述氮化硅錳為FeSiMnN，伴隨極少量游離鐵、未氮化的硅鐵、未氮化的硅錳鐵和不可避免的其它一些雜質(zhì)元素組成的混合物，其中FeSiMnN的主要成分是Si3N4和Mn5N2。針對本發(fā)明，優(yōu)選所述氮化硅錳中N含量為25.0-33.0重量％，Si含量為38.0-45.0重量％，Mn含量為10.0-15.0重量％，其余為少量的Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的包芯線，為了便于釩鐵合金和氮化硅錳快速熔入鋼水內(nèi)，也便于包芯線的芯層的制作，同時為了提高釩氮耐候微合金鋼的屈服強(qiáng)度，優(yōu)選所述含有釩鐵合金和氮化硅錳的混合物為粉料形式，更優(yōu)選所述粉料的顆粒粒徑在5_以下，優(yōu)選為2_以下、3mm以下和2_5mm。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的包芯線，優(yōu)選所述包芯線的所述外層為鐵皮或鋼皮。
[0027]本發(fā)明對所述鐵皮或鋼皮的材質(zhì)無特殊要求，其可以為本領(lǐng)域的常規(guī)選擇，本發(fā)明在此不詳細(xì)描述。
[0028]具有本發(fā)明前述組成的包芯線均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，其制備方法可以為本領(lǐng)域的常規(guī)選擇，例如可以按如下步驟進(jìn)行:
[0029]將釩鐵合金、氮化硅錳研磨成粉料，然后使用外皮(從而形成本發(fā)明所述外層)例如可以為鐵皮或鋼皮包裹形成包芯線即可。
[0030]本發(fā)明中 ，包芯線的直徑可以為本領(lǐng)域的常規(guī)選擇，針對本發(fā)明，優(yōu)選包芯線的外徑為 10_20mm。
[0031]本發(fā)明提供了一種本發(fā)明所述的包芯線在制備釩氮合金化耐候鋼水中的應(yīng)用。
[0032]本發(fā)明提供了一種鋼水的制備方法，該方法包括:將本發(fā)明所述的包芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中進(jìn)行釩氮合金化。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的鋼水的制備方法，為了有利于包芯線快速喂入鋼水內(nèi)，同時為了提高鋼的屈服強(qiáng)度，優(yōu)選在進(jìn)行釩氮合金化過程中，在動態(tài)條件下進(jìn)行釩氮合金化，動態(tài)條件可以通過對鋼包進(jìn)行搖晃或轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)，例如可以在包芯線通過喂線裝置喂入鋼包內(nèi)的鋼水中的同時，對鋼包進(jìn)行搖晃。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的鋼水的制備方法，其中，在進(jìn)行釩氮合金化過程中，優(yōu)選在將包芯線通過喂線裝置喂入鋼包內(nèi)的鋼水中的同時，對包芯線與鋼水的接觸區(qū)域噴吹惰性氣體。
[0035]本發(fā)明中，惰性氣體可以為本領(lǐng)域的常規(guī)選擇，例如可以為氮?dú)夂?或氬氣。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的鋼水的制備方法，通過向包芯線與鋼水接觸區(qū)域噴吹惰性氣體，一方面可提高該區(qū)域內(nèi)的鋼渣的流動性，另一方面可防止該區(qū)域以外的鋼渣朝該區(qū)域流動匯集，同時可提高鋼的屈服強(qiáng)度，尤其是在對鋼包搖晃過程中，其它區(qū)域的鋼渣有可能朝包芯線附近流動，通過向包芯線附近噴吹惰性氣體，可有效保證包芯線的快速喂入。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的鋼水的制備方法，其中，優(yōu)選包芯線喂入的速度為2-10米/秒。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的鋼水的制備方法，優(yōu)選所述待釩氮合金化的鋼水為已經(jīng)經(jīng)過碳、硅、錳合金化的鋼水，更優(yōu)選為已經(jīng)經(jīng)過碳、硅、錳、鉻、銅和鎳合金化的鋼水。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式，優(yōu)選所述待釩氮合金化的鋼水的溫度為1560-1600°C。
[0040]本發(fā)明提供了按照本發(fā)明的鋼水的制備方法得到的鋼水。[0041]本發(fā)明提供了一種耐候微合金鋼，其中，該耐候微合金鋼由本發(fā)明所述的鋼水澆鑄而成。
[0042]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明，但并不能因此限制本發(fā)明的范圍。
[0043]本發(fā)明中，氮含量按如下步驟測得:鋼液直接取φ?ο以上的圓棒試樣，待測試樣冷卻后加工成(p4x9mm的氧氮儀小圓棒標(biāo)準(zhǔn)樣，在氧氮儀上測定氮含量，氮的具體測定方法按GB/T20124(鋼鐵，氮含量的測定，惰性氣體熔融熱導(dǎo)法)的要求進(jìn)行。
[0044]釩含量按如下步驟測得:鋼液直接取φ30χ 1mm左右的圓餅試樣，待測試樣冷卻后在任意一個平面用砂輪去除氧化皮，并打磨平整，在火花放電原子發(fā)射光譜儀上，按GB/T4336 (碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發(fā)射光譜分析方法)的要求進(jìn)行測試。
[0045]其余元素的含量亦可以采用現(xiàn)有技術(shù)的方法進(jìn)行測量，本發(fā)明對此無特殊要求。 [0046]本發(fā)明中，拉伸性能按照GB/T228(金屬材料室溫拉伸試驗方法)進(jìn)行，檢測屈服強(qiáng)度ReL。
[0047]本發(fā)明中，鋼的相對腐蝕率的測定方法為:將鋼加工成60_X40_X4_的矩形，要求最大面的表面粗糙度為3.2 μ m，然后按照TB/T2375-1993《鐵路用耐候鋼周期浸潤腐蝕試驗方法》中規(guī)定的方法進(jìn)行測定。具體測定條件為，試驗溫度:45±1°C ;相對濕度:70%±5°C ;試驗溶液:10-2mol/L NaHS03 ;試驗時間:72h，浸潤12min/每60min ;試板表面最高溫度:70°C ;測定對比鋼為Q345。
[0048]本發(fā)明中，目標(biāo)顆粒粒徑的粉料可以將物料粉碎后通過標(biāo)準(zhǔn)篩篩分得到。
[0049]本發(fā)明中，如無特別說明，百分含量均指的是重量百分含量。
[0050]實(shí)施例1
[0051]一種包芯線Al (外徑為13_)，包括芯層和包裹芯層的外層，所述芯層由釩鐵合金和氮化硅錳的粉料(顆粒粒徑為2_以下)組成，外層為冷軋帶鋼(牌號Stl2)制成的外皮，上述釩鐵合金(FeV50A，V含量為50.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素)與氮化娃猛的重量配比為:f凡鐵合金:90重量％,氮化娃猛(N含量為28重量％,Si含量為40重量％, Mn含量為10重量％,其余為少量的Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素):10重量％。
[0052]實(shí)施例2
[0053]一種包芯線A2(外徑為13_)，包括芯層和包裹芯層的外層，所述芯層由釩鐵合金和氮化硅錳的粉料(顆粒粒徑為3_以下)組成，外層為冷軋帶鋼(牌號Stl2)制成的外皮，上述釩鐵合金(FeV50A，V含量為50.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素)與氮化娃猛的重量配比為:f凡鐵合金:80重量％,氮化娃猛(N含量為28重量％,Si含量為40重量％, Mn含量為10重量％,其余為少量的Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素):20重量％。
[0054]實(shí)施例3
[0055]一種包芯線A3 (外徑為12_)，包括芯層和包裹芯層的外層，所述芯層由釩鐵合金和氮化硅錳的粉料(顆粒粒徑為5_以下)組成，外層為冷軋帶鋼(牌號Stl2)制成的外皮，上述釩鐵合金(FeV50A，V含量為50.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素)與氮化娃猛的重量配比為:f凡鐵合金:70重量％,氮化娃猛(N含量為28重量％,Si含量為40重量％, Mn含量為10重量％,其余為少量的Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素):30重量％。
[0056]對比例I[0057]與實(shí)施例2的包芯線相同，不同的是，包芯線Dl的芯層為100重量^^^FeV50A釩鐵合金粉料。
[0058]制備例
[0059]采用包芯線A1-A3在120噸轉(zhuǎn)爐+120噸LF爐精煉爐+6機(jī)6流方坯連鑄機(jī)上生產(chǎn)C含量0.08-0.12重量％，Si含量0.15-0.35重量％，Mn含量1.15-1.40重量％，Cr含量
0.20-0.60 重量 ％，Ni 含量 0.15-0.35 重量 ％，Cu 含量 0.20-0.60 重量 ％，釩含量 0.09-0.15重量％，酸溶鋁(Als)0.01-0.04重量％，氮含量不小于0.0100重量％的￥0450觸1?1高強(qiáng)耐候鋼，具體按如下步驟進(jìn)行:
[0060]首先在轉(zhuǎn)爐內(nèi)加入140噸鐵水，利用轉(zhuǎn)爐吹氧脫C的功能，將鐵水初煉成鋼水，鋼水中的C初煉到0.03重量％時出鋼到鋼包中，此時實(shí)際出鋼量為133噸(轉(zhuǎn)爐初煉過程中約5重量％的原料被燒損)。出鋼過程中向鋼水中加入FeS1、FeMn和FeCr，以及鎳板、銅板和鋁餅(或用喂線機(jī)喂入鋁線)進(jìn)行S1、Mn、Cr、N1、Cu和Al元素合金化，合金化后鋼水中Si含量為0.27重量％，Cr含量為0.30重量％，Ni含量為0.20重量％，Cu含量為0.30重量％，Als含量為0.25重量％，C含量為0.10重量％ (由于FeMn中含有一定的碳，加入FeMn后碳含量有所增加)，此時在鋼水中取樣，取出的試樣冷卻后再加工成(p4x9mm的氧氮儀小圓棒標(biāo)準(zhǔn)樣，在氧氮儀上測定鋼水中的氮含量為0.0050重量％。
[0061]鋼水到達(dá)LF爐后開始電加熱，當(dāng)鋼水溫度加熱到1580°C時停止加熱，用喂線機(jī)喂入包芯線并同時搖 晃鋼包，同時對包芯線與鋼水的接觸區(qū)域噴吹惰性氣體(惰性氣體為氮?dú)?，以制備所需釩氮含量的釩氮合金化耐候鋼水；然后在6機(jī)6流方坯連鑄機(jī)上將釩氮合金化耐候鋼水燒鑄成3601111]1\4501111]1鑄還,最后經(jīng)軋制后,成材為厚度14mm、外形為“乙”字型的含釩耐候微合金型鋼，其氮含量以及釩含量，體現(xiàn)耐候性能的相對腐蝕率，屈服強(qiáng)度見表1。
[0062]制備對比例
[0063]按照制備例的方法制備成品鋼，不同的是，使用包芯線Dl進(jìn)行制備。
[0064]由表1的數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明的包芯線用于實(shí)現(xiàn)鋼水釩和氮的合金化，可在鋼水需要的情況下生產(chǎn)氮含量更高的含釩鋼。且采用本發(fā)明的包芯線進(jìn)行鋼水釩氮合金化得到的釩氮合金化耐候鋼水澆鑄后得到的釩氮微合金耐候鋼的屈服強(qiáng)度高，例如對比制備對比例I與制備例3的結(jié)果可知，為獲得基本性能(包括屈服強(qiáng)度和相對腐蝕率)相當(dāng)?shù)某善蜂摚捎帽景l(fā)明的包芯線合金化得到的鋼所需的釩含量大大降低，這無疑大大降低了生產(chǎn)成本；又如對比制備對比例I與制備例I和制備例2的結(jié)果可知，采用本發(fā)明的包芯線合金化得到的鋼在不增加釩含量的前提下，能夠大大增加氮含量，且得到的成品鋼屈服強(qiáng)度更高，相對腐蝕率能夠維持不變。
[0065]表1
[0066]
【權(quán)利要求】
1.一種包芯線，該包芯線包括:芯層和包裹所述芯層的外層，其特征在于，所述芯層為含有釩鐵合金和氮化硅錳的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包芯線，其中，所述混合物中，釩鐵合金的含量為70-90重量％，氮化娃猛的含量為10-30重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的包芯線，其中，所述釩鐵合金中V含量為38-82重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的包芯線，其中，所述氮化硅錳中N含量為25-33重量％，Si含量為38-45重量％ ,Mn含量為10-15重量％，其余為少量的Fe和不可避免的其它雜質(zhì)元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的包芯線，其中，所述混合物為粉料形式，所述粉料的顆粒粒徑在5_以下，包芯線的所述外層為鐵皮或鋼皮。
6.權(quán)利要求1-5中任意一項所述的包芯線在制備釩氮合金化鋼水中的應(yīng)用。
7.一種鋼水的制備方法，該方法包括:將權(quán)利要求1-5中任意一項所述的包芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中進(jìn)行釩氮合金化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其中，所述待釩氮合金化的鋼水為已經(jīng)碳硅錳合金化的鋼水，且所述待釩氮合金化的鋼水的溫度為1560-1600°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制備方法，其中，在動態(tài)條件下進(jìn)行釩氮合金化，且在包芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中的同時，對包芯線與所述鋼水的接觸區(qū)域噴吹惰性氣體。
10.權(quán)利要求7-9中任意一項所述的方法得到的鋼水。
11.一種耐候微合金鋼，其特征在于，該耐候微合金鋼由權(quán)利要求10所述的鋼水澆鑄--? 。
【文檔編號】C21C7/00GK104032089SQ201410265563
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】劉明, 張國才, 王義成, 伍兵, 陸頡, 畢新強(qiáng), 仲劍麗, 陳平, 劉斌, 羅開金, 張起夢 申請人:四川攀研技術(shù)有限公司