耐候鋼和含鈮鐵合金和鋁丸的包芯線及其應用和鋼水及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種含鈮鐵合金和鋁丸的包芯線及其應用，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、氮化硅鐵、鈮鐵合金和鋁丸的混合物。本發明提供了一種鋼水及其制備方法，該方法包括：將本發明所述的包芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中進行釩氮合金化。本發明提供了一種耐候鋼。本發明的包芯線用于實現鋼水釩和氮的合金化，能夠依據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氮含量更高的含釩鋼。且采用本發明的包芯線進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度高，且并不會影響鋼的相對腐蝕率。
【專利說明】耐候鋼和含鈮鐵合金和鋁丸的包芯線及其應用和鋼水及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種含鈮鐵合金和鋁丸的包芯線及其在鋼水釩氮合金化中的應用，以及一種鋼水及其制備方法，和一種耐候鋼。
【背景技術】
[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，特別是提高鋼的強度指標。現有技術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合，形成碳、氮的化合物質點，即V (C、N) ,Nb (C、N)和Ti (C、N)質點，這些質點具有一定的沉淀強化和晶粒細化的作用，可明顯的提高鋼的強度。
[0003]根據上述微合金原理可知，微合金鋼涉及到所要控制的化學元素主要有釩、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現；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，一般情況下采用轉爐冶煉鋼，殘留氮含量在0.004% -0.06%范圍內，采用電爐冶煉鋼，殘留氮含量在0.06% -0.08%范圍內，必要情況下是可以通過添加含氮類合金來實現的。
[0004]早期在微合金鋼中增加氮，是通過添加3% -6%的氮化類合金來實現的，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路線，特別是復合微合金鋼，例如V-T1-N，甚至于V-T1-Nb-N,也是不能滿足需求的。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是提供一種含有釩和氮的包芯線用于實現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，而是通過單獨配加其它含氮更高的氮化物而得，且發現使用該含氮化物并不會影響鋼的相對腐蝕率。
[0007]為實現前述目的，根據本發明的第一方面，本發明提供了一種含鈮鐵合金和鋁丸的包芯線，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、氮化硅鐵、鈮鐵合金和鋁丸的混合物。
[0008]根據本發明的第二方面，本發明提供了本發明的包芯線在鋼水釩氮合金化中的應用。
[0009]根據本發明的第三方面，本發明提供了一種鋼水的制備方法，該方法包括:將本發明所述的包芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中進行釩氮合金化。
[0010]根據本發明的第四方面，本發明提供了按照本發明的鋼水的制備方法得到的鋼水。
[0011]根據本發明的第五方面，本發明提供了一種耐候鋼，其中，該耐候鋼由本發明所述的鋼水澆鑄而成。
[0012]本發明的包芯線用于實現鋼水釩和氮的合金化，能夠依據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氮含量更高的含釩鋼。且采用本發明的包芯線進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度高。
[0013]本發明技術的有益之處在于，可為鋼液提供更多的氮含量，特別適應于生產含釩、鈦和鈮的復合微合金鋼，得到的鋼能夠保證相對腐蝕率基本維持不變而屈服強度大大提聞。
[0014]本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0016]圖1為本發明的包芯線的橫截面剖視圖。
[0017]附圖標記說明
[0018]1-芯層 2-外層
【具體實施方式】
[0019]以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0020]如圖1所示，本發明提供了一種含鈮鐵合金和鋁丸的包芯線，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為所述芯層為含有釩鐵合金、氮化硅鐵、鈮鐵合金和鋁丸的混合物。
[0021]根據本發明的包芯線，一方面通過在芯層內加入氮化硅鐵，可提高單位芯層的氮含量，利于生產氮含量更高的含釩鋼，例如生產含釩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象發生，降低了生產成本。另一方面，氮化硅鐵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定，且更進一步，在同一釩含量的基礎上，采用本發明的包芯線進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度高，相對腐蝕率可以維持不變。
[0022]根據本發明的包芯線，優選所述混合物中，釩鐵合金的含量為65-80重量％，氮化硅鐵的含量為10-15重量％，鈮鐵合金的含量為1-10重量％，鋁丸的含量5-15重量％。采用前述包芯線進行鋼水釩氮合金化，可生產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微合金鋼的屈服強度高。
[0023]根據本發明的包芯線，優選所述釩鐵合金中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元素)，FeV50A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元素)，FeV60A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元素)，FeV80A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元素)。
[0024]根據本發明的包芯線，所述氮化硅鐵的主要成分為Si3N4，伴隨極少量游離鐵、未氮化的硅鐵和不可避免的其它一些雜質元素組成的混合物。針對本發明，優選所述氮化硅鐵中N含量為32-39重量％，Si含量為48-58重量％，其余為少量的Fe和不可避免的其它雜質元素。
[0025]根據本發明的包芯線，優選所述鈮鐵合金中Nb+Ta含量為60.0-80.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素，前述鈮鐵合金例如可以為牌號為FeNb60 (Nb+Ta含量為60.0-70.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素)、FeNb70 (Nb+Ta含量為70.0-80.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素)的鈮鐵合金。
[0026]根據本發明的包芯線，優選所述鋁丸中Al含量>95重量％，其余為不可避免的其它雜質元素。
[0027]根據本發明的包芯線，為了便于含有釩鐵合金、氮化硅鐵、鈮鐵和鋁丸的混合物的所述芯層快速熔入鋼水內，也便于包芯線的芯層的制作，同時為了提高釩氮微合金鋼的屈服強度，優選所述含有釩鐵合金、氮化硅鐵、鈮鐵合金和鋁丸的混合物為粉料形式，更優選所述粉料的顆粒粒徑在5mm以下,優選為2mm以下、3mm以下和2_5mm。
[0028]根據本發明 的包芯線，優選所述包芯線的所述外層為鐵皮或鋼皮。
[0029]本發明對所述鐵皮或鋼皮的材質無特殊要求，其可以為本領域的常規選擇，本發明在此不詳細描述。
[0030]具有本發明前述組成的包芯線均可實現本發明的目的，其制備方法可以為本領域的常規選擇，例如可以按如下步驟進行:
[0031]將所述釩鐵合金、氮化硅鐵、鈮鐵合金和鋁丸研磨成粉料，然后使用外皮(從而形成本發明所述外層)例如可以為鐵皮或鋼皮包裹形成包芯線即可。
[0032]本發明中，包芯線的直徑可以為本領域的常規選擇，針對本發明，優選包芯線的外徑為 10_20mm。
[0033]本發明提供了一種本發明所述的包芯線在制備釩氮合金化耐候鋼水中的應用。
[0034]本發明提供了一種鋼水的制備方法，該方法包括:將本發明所述的包芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中進行釩氮合金化。
[0035]根據本發明的鋼水的制備方法，為了有利于包芯線快速喂入鋼水內，同時為了提高釩氮微合金鋼的屈服強度，優選在進行釩氮合金化過程中，在動態條件下進行釩氮合金化，動態條件可以通過對鋼包進行搖晃或轉動來實現，例如可以在包芯線通過喂線裝置喂入鋼包內的鋼水中的同時，對鋼包進行搖晃。
[0036]根據本發明的鋼水的制備方法，其中，在進行釩氮合金化過程中，優選在將包芯線通過喂線裝置喂入鋼包內的鋼水中的同時，對包芯線與鋼水的接觸區域噴吹惰性氣體。
[0037]本發明中，惰性氣體可以為本領域的常規選擇，例如可以為氮氣和/或氬氣。
[0038]根據本發明的鋼水的制備方法，通過向包芯線與鋼水接觸區域噴吹惰性氣體，一方面可提高該區域內的鋼渣的流動性，另一方面可防止該區域以外的鋼渣朝該區域流動匯集，同時可提高釩氮微合金鋼的屈服強度，尤其是在對鋼包搖晃過程中，其它區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。
[0039]根據本發明的鋼水的制備方法，其中，優選包芯線喂入的速度為2-10米/秒。
[0040]根據本發明的鋼水的制備方法，優選所述待釩氮合金化的鋼水為已經經過碳、硅、錳合金化的鋼水，更優選為已經經過碳、硅、錳、鉻、銅和鎳合金化的鋼水。
[0041]根據本發明的一種優選的實施方式，優選所述待釩氮合金化的鋼水的溫度為1560-1600°C。
[0042]本發明提供了按照本發明的鋼水的制備方法得到的鋼水。
[0043]本發明提供了一種耐候鋼，其中，該耐候鋼由本發明所述的鋼水澆鑄而成。
[0044]下面結合【具體實施方式】對本發明進一步說明，但并不能因此限制本發明的范圍。
[0045]本發明中，氮含量按如下步驟測得:鋼液直接取φΙΟ以上的圓棒試樣，待測試樣
冷卻后加工成cp4><9mm的氧氮儀小圓棒標準樣，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，惰性氣體熔融熱導法)的要求進行。
[0046]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，在火花放電原子發射光譜儀上，按GB/T4336 (碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發射光譜分析方法)的要求進行測試。
[0047]本發明中，拉伸性能按照GB/T228(金屬材料室溫拉伸試驗方法)進行，檢測屈服強度ReL。
[0048]本發明中，鋼的相對腐蝕率的測定方法為:將鋼加工成60mmX40mmX4mm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》中規定的方法進行測定。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。
[0049]本發明中，目標顆粒粒徑的粉料可以將物料粉碎后通過標準篩篩分得到。
[0050]實施例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、氮化硅鐵、鈮鐵合金和鋁丸的粉料(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，其中，粉料中，含有釩鐵合金(FeV50A，V含量為50.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素):80重量％，氮化硅鐵(N含量為36重量％，Si含量為52重量％): 10重量％，鈮鐵合金(FeNb60，Nb+Ta含量為65重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素):5重量％，鋁丸(鋁含量為96重量％，其余為不可避免的其它雜質元素):5重量％。
[0052]實施例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、氮化硅鐵、鈮鐵合金和鋁丸的粉料(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，其中，粉料中，含有釩鐵合金(FeV50A，V含量為50.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素):65重量％，氮化硅鐵(N含量為36重量％，Si含量為52重量％):15重量％，鈮鐵合金(FeNb60，Nb+Ta含量為65重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素):10重量％，鋁丸(鋁含量為96重量％，其余為不可避免的其它雜質元素):10重量％。
[0054]實施例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、氮化硅鐵、鈮鐵合金和鋁丸的粉料(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，其中，粉料中，含有釩鐵合金(FeV50A，V含量為50.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素):74重量％ ,氮化娃鐵(N含量為36重量Si含量為52重量％): 10重量％，鈮鐵合金(FeNb60，Nb+Ta含量為65重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素):1重量％，鋁丸(鋁含量為96重量％，其余為不可避免的其它雜質元素):15重量％。
[0056]實施例4
[0057]一種包芯線A4 (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、氮化硅鐵、鈮鐵合金和鋁丸的粉料(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，其中，粉料中，含有釩鐵合金(FeV50A，V含量為50.0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素):73重量％，氮化硅鐵(N含量為36重量％，Si含量為52重量％): 12重量％，鈮鐵合金(FeNb60，Nb+Ta含量為65重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素):10重量％，鋁丸(鋁含量為96重量％，其余為不可避免的其它雜質元素):5重量％。
[0058]對比例I
[0059]與實施例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。
[0060]制備例
[0061]采用包芯線A1-A4在120噸轉爐+120噸LF爐精煉爐+6機6流方坯連鑄機上生產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耐候鋼，具體按如下步驟進行:
[0062]首先在轉爐內加入140噸鐵水，利用轉爐吹氧脫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，此時實際出鋼量為133噸(轉爐初煉過程中約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(或用喂線機喂入鋁線)進行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％，Mn含量為1.25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(p4><9mm的氧氮儀小圓棒標準樣，在氧氮儀上測定鋼水中的氮含量為0.0050重量％。
[0063]鋼水到達LF爐后開始電加熱，當鋼水溫度加熱到1580°C時停止加熱，用喂線機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域噴吹惰性氣體(惰性氣體為氮氣)，以制備所需釩氮含量的釩氮合金化耐候鋼水；然后在6機6流方坯連鑄機上將釩氮合金化耐候鋼水燒鑄成360mmX450mm鑄還，最后經軋制后,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，體現耐候性能的相對腐蝕率，屈服強度見表1。
[0064]制備對比例
[0065]按照制備例的方法制備成品鋼，不同的是，使用包芯線Dl進行制備。
[0066]表1
[0067]
【權利要求】
1.一種含鈮鐵合金和鋁丸的包芯線，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、氮化硅鐵、鈮鐵合金和鋁丸的混合物。
2.根據權利要求1所述的包芯線，其中，所述混合物中，釩鐵合金的含量為65-80重量％，氮化娃鐵的含量為10-15重量％,銀鐵合金的含量為1-10重量％,招丸的含量5-15重量％。
3.根據權利要求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元素。
4.根據權利要求1或2所述的包芯線，其中，所述氮化硅鐵中N含量為32-39重量％，Si含量為48-58重量其余為少量的Fe和不可避免的其它雜質元素。
5.根據權利要求1或2所述的包芯線，其中，所述鈮鐵合金中Nb+Ta含量為60-80重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素。
6.根據權利要求1或2所述的包芯線，其中，所述鋁丸中Al含量>95重量％，其余為不可避免的其它雜質元素。
7.根據權利要求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。
8.權利要求1-7中任意一項所述的包芯線在制備鋼水中的應用。
9.一種鋼水的制備方法，該方法包括:將權利要求1-7中任意一項所述的包芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中進行釩氮合金化。
10.根據權利要求9所述的制備方法，其中，所述待釩氮合金化的鋼水為已經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。
11.根據權利要求9或10所述的制備方法，其中，在動態條件下進行釩氮合金化，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域噴吹惰性氣體。
12.權利要求9-11中任意一項所述的方法得到的鋼水。
13.一種耐候鋼，其特征在于，該耐候鋼由權利要求12所述的鋼水澆鑄而成。
【文檔編號】C21C7/00GK104032073SQ201410255215
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月10日 優先權日:2014年6月10日
【發明者】劉明, 鄧通武, 張國才, 羅惠玲, 雷秀華 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司