本發(fā)明涉及一種合金包芯線。
背景技術(shù)：
我國(guó)是鋼鐵大國(guó)，但優(yōu)質(zhì)鋼的數(shù)量和品種所占的比例較小，不僅不能滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)的要求，而且資源的浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重，造成了鋼鐵冶煉的成本不斷增加。解決上述問(wèn)題的根本途徑是，采用20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的新型冶金學(xué)科—微合金化技術(shù)，即在鋼中加入微量的(0.001%-0.1%)合金元素，就能對(duì)鋼的性能(如高強(qiáng)度、高韌性、良好的可焊性和耐腐蝕性)達(dá)到顯著的改善，同時(shí)節(jié)約貴重的合金元素，以降低成本，這是傳統(tǒng)的鋼鐵生產(chǎn)向現(xiàn)代化生產(chǎn)轉(zhuǎn)化的重要標(biāo)志。20世紀(jì)90年代后，我國(guó)和世界主要鋼鐵生產(chǎn)國(guó)相繼制定和實(shí)施新一代鋼鐵生產(chǎn)研究的發(fā)展計(jì)劃，超細(xì)組織、高潔凈度、高均勻度的微合金化鋼成為鋼鐵材料的主要發(fā)展趨勢(shì)。目前，微合金化鋼占鋼材總最的比例，世界平均水平約為15%，工業(yè)化國(guó)家達(dá)到30%，而我國(guó)不足5%，因此我國(guó)急需用微合金化技術(shù)改造我國(guó)原有的低合金高強(qiáng)鋼體系，并與控軋控冷結(jié)合開發(fā)急需的微合金化鋼品種和新一代鋼鐵材料。
包芯線是將欲加入鋼液或鐵液中的各種添加劑(脫氧劑，脫硫劑，變質(zhì)劑，合金等)破碎成一定的粒度，然后用冷軋低碳鋼帶將其包括為一條具有任意長(zhǎng)度的復(fù)合材料。包芯線技術(shù)是80年代在噴射冶金技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種爐外精煉手段。包芯線適用于煉鋼和鑄造。用于煉鋼能凈化鋼夾雜物形態(tài)，提高鋼水可鑄性，改善鋼的使用性能，并能顯著提高合金的收得率，降低合金消耗，降低煉鋼成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
氮化鈦硅包芯線是螺紋鋼線材生產(chǎn)中新型的復(fù)合包芯線。在精煉后期起加入，可提高鋼中氮鈦的收得率，降低其他鐵合金用量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。由于氮化鈦硅 合金比重過(guò)輕（氮化鈦硅合金中鐵含量比鈦鐵合金低30%以上），在加入過(guò)程中，漂浮在鋼水表面而與鋼渣結(jié)合被氧化，造成鈦的收得率較低（平均為27%）， 鋼中鈦含量0.0038%，達(dá)不到質(zhì)量?jī)?nèi)控要求。而氮化鈦硅合金在吹氬站通過(guò)包芯線的形式喂入鋼中，一方面可以是合金快速進(jìn)入鋼水，避免合金在鋼水被鋼渣氧化；另一方面，經(jīng)過(guò)爐后脫氧處理的鋼水氧化性低，可以減少鈦的燒損，從而提高和穩(wěn)定鈦在鋼中的回收率。
申請(qǐng)人申請(qǐng)的發(fā)明專利申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)枺?01510160282.6，申請(qǐng)日2015.04.07）公開了一種氮化鈦硅包芯線，包括芯層和包裹在所述芯層外部的鋼皮層，所述芯層為氮化鈦硅合金層，所述芯層和鋼皮層之間設(shè)有鋼或鐵制成的網(wǎng)狀支撐層，所述氮化鈦硅合金層由粒徑為3mm以下的氮化鈦硅合金顆粒組成。該發(fā)明的Ti與鋼中的碳或氮形成尺寸為納米級(jí)的化合物，它們對(duì)組織的細(xì)化效果最好，提高鋼鐵材料的強(qiáng)度，增氮提高TiN顆粒的穩(wěn)定性，更有效地阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大。充分利用廉價(jià)的氮元素，在保證一定的強(qiáng)度水平下，可節(jié)約鈦的添加量，進(jìn)一步降低非調(diào)質(zhì)鋼的成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金包芯線，通過(guò)采用包芯線的方法來(lái)加入到微合金化鋼中不僅能夠解決回收率低的問(wèn)題，而且還能節(jié)省硅鐵、錳鐵的使用量，開發(fā)氮化鈦硅及其包芯線合金應(yīng)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案：
一種含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金包芯線，該包芯線包括芯層和包裹在所述芯層外部的鋼皮層，所述芯層為粒徑為3mm以下的含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金粉末，所述芯層和鋼皮層之間設(shè)有鋼或鐵制成的網(wǎng)狀支撐層，含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金粉末按質(zhì)量百分比由以下的元素組分構(gòu)成：
Al 1.0~2.5%，
N 10~25%，
Mn 2.5~5.0%，
Mg 1.0~2.5%，
Ti 25~40%，
Si 25~35%，
Ca 5~10%，
Mo 0.5~1.0%，
Ba 0.5~1.0%，
稀土元素 1.0~2.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 余量。
作為優(yōu)選，含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金粉末按質(zhì)量百分比由以下的元素組分構(gòu)成：
Al 1.5~2.0%，
N 15~20%，
Mn 3.0~4.0%，
Mg 1.5~2.0%，
Ti 30~35%，
Si 30~35% ，
Ca 5~10%，
Mo 0.5~1.0%，
Ba 0.5~1.0%，
稀土元素 1.0~2.0%，
P ≤0.1%
S ≤0.1%；
Fe 余量。
作為優(yōu)選，含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金粉末的粒度為0.1~2.0mm。
本發(fā)明選取各組分原料在真空爐中冶煉。在一定的工藝條件下，進(jìn)行氮化，使氮化達(dá)到最佳效果（規(guī)定含量），然后澆注成鑄錠。鑄錠經(jīng)破粹成一定粒度，使用鐵皮包覆成直徑為13毫米的包芯線。此種包芯線在精煉后期以一定的放線速度插到鋼液中，最終鋼中Ti含量平均達(dá)到0.008%，Ti的回收率平均55%，Si的收得率平均60%。
采用本發(fā)明含稀土、鈣、鋇、鉬高鈦氮化鈦硅合金粉的包芯線是鋼鐵生產(chǎn)中新型的復(fù)合包芯線，在精煉后期起加入，可提高鋼中氮鈦硅的收得率，降低其他鐵合金用量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。其原因是Ti與鋼中的碳或氮形成尺寸為納米級(jí)的化合物，它們對(duì)晶粒的長(zhǎng)大起強(qiáng)烈的阻礙作用，并且這種納米級(jí)的化合物所占的體積分?jǐn)?shù)為2％時(shí)，對(duì)組織的細(xì)化效果最好。Ca改善夾雜物的形態(tài)和分布凈化鋼液的純潔度，提高鋼的品質(zhì), 能改善鋼液的流動(dòng)性能和鋼的質(zhì)量。Ba是活性元素，可降低鋼水中夾雜物含量、增加了鋼水的流動(dòng)，使鋼水更加均勻。復(fù)合使用Ca、Ba脫氧，其產(chǎn)物可形成多元互溶體，降低脫氧產(chǎn)物的活度和熔點(diǎn)。Ba可以起到促進(jìn)Ca的作用，有利于脫氧進(jìn)行，使鋼液凈化效果更好，有利于鋼中夾雜物聚集上浮。復(fù)合使用Ca、Ba脫氧，反應(yīng)產(chǎn)物為低熔點(diǎn)的復(fù)合氧化物，有利于鋼中夾雜物聚集上浮。并且能降低脫氧產(chǎn)物的活度和熔點(diǎn)，有利于脫氧進(jìn)行，使鋼液凈化效果更好。稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個(gè)鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“土”，所以習(xí)慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。
本發(fā)明合金粉通過(guò)采用包芯線的方法來(lái)加入到微合金化鋼中，具有以下的特點(diǎn)：
1) 阻止均熱時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大：Ti等微合金鋼在鍛造或軋制前加熱和均熱時(shí)，未溶解的微合金碳氮化物質(zhì)點(diǎn)釘扎奧氏體晶界的遷移，阻止其晶粒長(zhǎng)大，因而使微合金鋼在壓力加工之前就具備了較小的奧氏體晶粒，為進(jìn)一步細(xì)化鐵素體晶粒提供了有利的條件。
2)奧氏體形變過(guò)程中阻止奧氏體再結(jié)晶：在奧氏體形變過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)變誘導(dǎo)析出的Ti的碳氮化物沉淀能抑制形變奧氏體再結(jié)晶和再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大，起到細(xì)化晶粒的效果。因?yàn)闊峒庸み^(guò)程中應(yīng)變誘導(dǎo)析出的微合金元素的碳氮化物粒子優(yōu)先沉淀在奧氏體晶界、亞晶界和位錯(cuò)線上，從而能有效的阻止晶界、亞晶界和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，其作用不僅能阻止再結(jié)晶過(guò)程的開始，而且還能抑制再結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行。
3)鐵素體相變后的沉淀強(qiáng)化作用：奧氏體形變后，將發(fā)生鐵素體相變，這時(shí)將有大量的彌散微合金碳氮化物粒子析出，這些析出的粒子對(duì)鐵素體晶粒同樣也起釘扎作用，限制其長(zhǎng)大。另一方面，這些粒子也起沉淀強(qiáng)化作用，提高鋼鐵材料的強(qiáng)度。
4）微合金碳氮化物析出粒子的大小及其體積分?jǐn)?shù)對(duì)鐵素體晶粒尺寸起決定作用，析出粒子越小，體積分?jǐn)?shù)越大，所獲得的鐵素體晶粒也就越小。因而，努力使析出粒子具有較大的體積分?jǐn)?shù)和較小的尺寸是晶粒細(xì)化過(guò)程中的一大目標(biāo)，同時(shí)也是發(fā)明的方向。在加入這些稀有元素的同時(shí)，同時(shí)增氮，因?yàn)樵龅蟾淖兞薚i 在相間的分布, 促進(jìn)Ti ( C, N ) 析出,使析出相的顆粒尺寸明顯減小, 從而增強(qiáng)了鈦的沉淀強(qiáng)化作用, 大幅度提高鋼的強(qiáng)度。氮通過(guò)促進(jìn)Ti ( C, N) 析出, 有效地釘扎奧氏體—鐵素體晶界, 細(xì)化了鐵素體晶粒。增氮還可促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的形成, 進(jìn)一步細(xì)化了鐵素體組織。對(duì)微鈦處理非調(diào)質(zhì)鋼, 增氮提高TiN 顆粒的穩(wěn)定性, 更有效地阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大。充分利用廉價(jià)的氮元素, 在保證一定的強(qiáng)度水平下, 可節(jié)約釩的添加量, 進(jìn)一步降低非調(diào)質(zhì)鋼的成本。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金包芯線，該包芯線包括芯層和包裹在所述芯層外部的鋼皮層，所述芯層為粒徑為3mm以下的含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金粉末，所述芯層和鋼皮層之間設(shè)有鋼或鐵制成的網(wǎng)狀支撐層，含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金粉末按質(zhì)量百分比由以下的元素組分構(gòu)成：
Al 2.0%，
N 20%，
Mn 4.0%，
Mg 2.0%，
Ti 30%，
Si 35%，
Ca 5%，
Mo 1.0%，
Ba 1.0%，
稀土元素 1.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 余量。
本發(fā)明選取各組分原料在真空爐中冶煉。在一定的工藝條件下，進(jìn)行氮化，使氮化達(dá)到最佳效果（規(guī)定含量），然后澆注成鑄錠。鑄錠經(jīng)破粹成一定粒度，使用鐵皮包覆成直徑為13毫米的包芯線。此種包芯線在精煉后期以一定的放線速度插到鋼液中，最終鋼中Ti含量平均達(dá)到0.008%，Ti的回收率平均55%，Si的收得率平均60%。
實(shí)施例2
一種含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金包芯線，該包芯線包括芯層和包裹在所述芯層外部的鋼皮層，所述芯層為粒徑為3mm以下的含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金粉末，所述芯層和鋼皮層之間設(shè)有鋼或鐵制成的網(wǎng)狀支撐層，含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金粉末按質(zhì)量百分比由以下的元素組分構(gòu)成：
Al 1.0%，
N 15%，
Mn 4.0%，
Mg 1.0%，
Ti 25%，
Si 25%，
Ca 5%，
Mo 1.0%，
Ba 1.0%，
稀土元素 1.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 余量。
本發(fā)明選取各組分原料在真空爐中冶煉。在一定的工藝條件下，進(jìn)行氮化，使氮化達(dá)到最佳效果（規(guī)定含量），然后澆注成鑄錠。鑄錠經(jīng)破粹成一定粒度，使用鐵皮包覆成直徑為13毫米的包芯線。此種包芯線在精煉后期以一定的放線速度插到鋼液中，最終鋼中Ti含量平均達(dá)到0.008%，Ti的回收率平均55%，Si的收得率平均60%。
實(shí)施例3
一種含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金包芯線，該包芯線包括芯層和包裹在所述芯層外部的鋼皮層，所述芯層為粒徑為3mm以下的含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金粉末，所述芯層和鋼皮層之間設(shè)有鋼或鐵制成的網(wǎng)狀支撐層，含稀土、鈣、鋇、鉬氮化鈦硅合金粉末按質(zhì)量百分比由以下的元素組分構(gòu)成：
Al 2.5%，
N 25%，
Mn 2.5%，
Mg 2.0%，
Ti 30%，
Si 28%，
Ca 10%，
Mo 1.0%，
Ba 1.0%，
稀土元素 1.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 余量。
本發(fā)明選取各組分原料在真空爐中冶煉。在一定的工藝條件下，進(jìn)行氮化，使氮化達(dá)到最佳效果（規(guī)定含量），然后澆注成鑄錠。鑄錠經(jīng)破粹成一定粒度，使用鐵皮包覆成直徑為13毫米的包芯線。此種包芯線在精煉后期以一定的放線速度插到鋼液中，最終鋼中Ti含量平均達(dá)到0.008%，Ti的回收率平均55%，Si的收得率平均60%。