一種改善含錫碳素結構鋼性能的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鋼鐵冶金領域，主要涉及一種改善含錫元素碳素結構鋼性能的方法。
【背景技術】
[0002] 根據國際鋼鐵協會的統計數據，2014年全球粗鋼產量達到16. 62億噸，其中中國 粗鋼產量達到8. 227億噸，同比略增0. 9%。隨著我國鋼產量的持續上升，一方面，對鐵礦石 的需求持續增加，使優質鐵礦資源逐漸枯竭，各種低品位鐵礦石資源使用量增加；另外一方 面，廢鋼積蓄量和循環使用量呈逐年上升趨勢。
[0003] 隨著煉鋼生產中低品位鐵礦和廢鋼利用的比例越來越大，錫、銻、砷等殘余元素在 鋼中不斷的富集。因殘余元素的氧勢較鐵低，進入到鋼水中的殘余元素在現階段的煉鋼工 藝條件下很難去除。而殘存于鋼中的殘余元素易于偏析和晶界偏聚，對鋼材的高溫熱塑性 和力學性能等會產生不良影響。目前解決鋼中殘余元素富集及由此產生的對鋼性能危害 問題的方法，主要有兩種，一是去除鋼中的殘余元素；二是配優質原料降低殘余元素的相對 含量。關于鋼中殘余元素的去除，國內外已進行了大量研究，主要從真空揮發脫除、加鈣反 應以及添加稀土反應等三個方面對鋼中殘余元素進行脫除，但各種去除方法由于存在效率 低、成本高、污染環境設備、以及渣需特殊處理等原因迄今為止無法在工業生產中大規模應 用。目前生產中解決鋼中殘余元素超標的方法主要為加優質鐵水稀釋法，但隨著優質鐵礦 石資源的逐漸枯竭和廢鋼使用比例的增加，未來配料稀釋法也將受到很大限制，因而尋求 新的解決鋼中殘余元素對鋼性能危害的方法迫在眉睫。
[0004] 16Mn鋼作為一種典型的工程用高強度低合金碳素結構鋼，有較高的強度、良好的 塑性和低溫韌性，是我國產量最多、應用最廣的建筑結構用鋼。而且隨著廢鋼循環中殘余 元素水平越來越高，殘余元素Sn易于在晶界偏聚降低了晶界表面能，弱化了晶粒間的結合 力，當16Mn鋼中殘余元素Sn含量超過0. 02%(重量百分比）時會顯著惡化16Mn鋼的熱塑 性和常/低溫的沖擊韌性，并且殘余元素Sn會惡化鋼熱塑性導致其在連鑄和乳制過程中 產生裂紋及表面缺陷的問題。
[0005] 如能有效解決殘余元素錫對碳素結構鋼性能危害的問題，將為碳素結構鋼的生產 帶來很大的經濟效益。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種改善含錫碳素結構鋼性能的方法，本發明在碳素結構鋼 煉制的精煉期添加S源和Ti源，通過添加的S源和Ti源來改善和提高碳素結構鋼的高溫 熱塑性和常/低溫的沖擊韌性，解決由于所述碳素結構鋼中殘余元素錫的富集對鋼性能產 生的危害。
[0007] 本發明是通過以下技術方案實現的： 一種改善含錫碳素結構鋼性能的方法，所述含錫碳素結構鋼為含有殘余元素錫的基礎 碳素結構鋼，所述方法是在基礎碳素結構鋼煉制的精煉期添加S源和Ti源，獲得改性后的 碳素結構鋼。
[0008] 進一步地，在所述基礎碳素結構鋼煉制的精煉期添加的所述S源和所述Ti源的量 分別為：按照S源中S元素進行計算，添加的S元素的重量百分比為0. 01~0. 03%，添加的 所述Ti源的重量百分比為0. 02~0. 04%。
[0009] 進一步地，，在所述基礎碳素結構鋼煉制的精煉期添加的所述S源為FeS，所述Ti 源為海綿鈦。
[0010] 進一步地，所述基礎碳素結構鋼包括如下重量百分比的組分：C為0. 13~0. 19%， Si為 0· 20 ~0· 40%，Μη為 1. 20 ~1. 60%，P彡 0· 01%，S彡 0· 01%，A1 彡 0· 005%，Sn為 0. 01 ~0. 10%，余量為Fe。
[0011] 進一步地，在所述基礎碳素結構鋼煉制的精煉期，首先應用V0D鋼包精煉爐對鋼 水進行真空脫氧，然后添加S源和Ti源，所述精煉期的具體步驟為： (1) 真空脫氧：采用V0D鋼包精煉爐對鋼水進行真空脫氧，將鋼水中氧含量控制在 lOOppm以下； (2)S源和Ti源的添加：控制鋼水溫度為1550-1600°C，然后按照S源中S元素進行計 算，往所述鋼水中添加的S元素的重量百分比為0. 01~0. 03%，添加的所述Ti源的重量百 分比為0. 02~0. 04%。
[0012] 進一步地，所述基礎碳素結構鋼為的15Mn、16Mn和20Mn鋼中的任意一種。
[0013] 本發明的有益技術效果： (1)S源的添加使生成的鋼中MnS夾雜物數量變多，明顯提高MnS夾雜物上錫異質形核 的形核率，降低錫在晶界的偏聚，殘余元素錫在晶界偏聚的減少，凈化了晶界，增強了晶界 的結合力，鋼在承受沖擊載荷時，晶界將吸收更多的裂紋擴展的能量，從而有利于提高鋼的 沖擊性能； (2) Ti元素的添加有以下三個方面的影響：一是Ti元素可以作為MnS夾雜物的形核 核心，形成以含鈦氧化物為核心、外包硫化錳的復合MnS夾雜物，有利于殘余元素錫在復合 MnS夾雜物上的異質析出，一旦殘余元素錫在所述復合MnS夾雜物上異質析出時，會阻礙復 合MnS夾雜物的長大與變形，一定程度上減輕由于MnS夾雜物體系的增大對鋼性能的危害； 二是鋼中的Ti能與硫形成復合夾雜，其熔點高且難溶于奧氏體，這樣硫被難溶的硫化物取 代，能降低硫含量高對鋼材所帶來的嚴重偏析問題；三是Ti細化硫化物夾雜，有利于夾雜 物的評級； (3) 本發明向碳素結構鋼中加入一定量的S源和Ti源，改善和提高其熱塑性和常低/ 溫的沖擊韌性，解決由于殘余元素Sn惡化鋼熱塑性導致其在連鑄和乳制過程中產生裂紋 及表面缺陷的問題。
【具體實施方式】
[0014] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明 進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，并不用于 限定本發明。
[0015] 相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和范圍上做的替代、修 改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細 節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的 描述也可以完全理解本發明。
[0016] 實施例1 在含錫的16Mn鋼中，殘余元素錫會顯著惡化16Mn鋼的熱塑性和常/低溫的沖擊韌性。 殘余元素錫的作用原理如下：殘余元素錫在晶界偏聚降低了晶界的表面能，弱化了晶粒間 的結合力，加速晶界微孔的形核與長大，且錫的晶界偏聚鎖住了晶界，同時阻礙晶界迀移和 動態再結晶，進而惡化鋼的高溫熱塑性，另一方面，偏聚于晶界處的錫弱化晶界，降低晶界 結合力，沖擊時促使裂紋更容易沿解理面擴展，從而惡化鋼的沖擊韌性。
[0017]-種改善含錫碳素結構鋼性能的方法，所述含錫碳素結構鋼為含有殘余元素錫的 基礎碳素結構鋼，所述方法是在基礎碳素結構鋼煉制的精煉期添加S源和Ti源，獲得改性 后碳素結構鋼，以解決由于所述基礎碳素結構鋼中殘余元素錫的富集對鋼性能產生的危 害，提高了所述碳素結構鋼的高溫熱塑性和常/低溫沖擊韌性。
[0018]在所述基礎碳素結構鋼煉制的精煉期添加的所述S源和所述Ti源的量分別為：按 照S源中S元素進行計算，添加的S元素的重量百分比為0. 01~0. 03%，添加的所述Ti源 的重量百分比為〇. 02~0. 04%。
[0019]向含錫的16Mn鋼中加入S源以改善和提高所述含錫的16Mn鋼性能的原理為：加 入的S源與16Mn鋼中的Μη反應生成MnS夾雜物，MnS夾雜物可作為殘余元素錫異質析出 的有效形核核心，S的添加使生成的鋼中MnS夾雜物數量變多，明顯提高MnS夾雜物上錫異