控制含Ti高强钢铸坯中TiN夹杂的方法技术

本发明专利技术公开了一种控制含Ti高强钢铸坯中TiN夹杂的方法，属于冶金技术领域。该控制方法包括向钢液中添加用于细化结晶晶粒的形核剂，及控制连铸浇铸过热度在10～15℃之间，添加的形核剂质量为钢液质量的0.05％～0.3％，形核剂为粒度≤1μm的CeO2粒子或ZrO2粒子中的至少一种。本发明专利技术设计的控制方法解决了含Ti高强钢铸坯中TiN夹杂尺寸过大容易引起连铸过程中裂纹缺陷及对钢材的冲击性能产生不利影响的技术问题，使得制备得到的铸坯中尺寸＜4μm的TiN夹杂物比例≥90％，4～10μm的TiN夹杂物比例为0～10％，＞10μm的TiN夹杂物比例为0，成品钢材的冲击功(‑20℃/KV2)≥90J。

Method of Controlling TiN Inclusion in High Strength Steel Slab Containing Ti

The invention discloses a method for controlling TiN inclusion in Ti-containing high-strength steel billet, which belongs to the metallurgical technology field. The control method includes adding nucleating agent for refining crystalline grains to molten steel and controlling the superheat of continuous casting between 10 and 15 degrees C. The quality of nucleating agent is 0.05%-0.3% of molten steel, and at least one of the particles with particle size less than 1 micron is the nucleating agent. The control method designed by the invention solves the technical problem that the excessive size of TiN inclusion in high strength steel slab containing Ti can easily cause crack defects in continuous casting process and adversely affect the impact performance of steel, so that the proportion of TiN inclusions with size less than 4 micron in the prepared slab is more than 90%, the proportion of TiN inclusions with size 4-10 micron is 0-10%, the proportion of TiN inclusions with size greater than 10 micron is 0, and the finished product is obtained. The impact energy of steel (20 C/KV2) > 90J.

【技术实现步骤摘要】
控制含Ti高强钢铸坯中TiN夹杂的方法
本专利技术涉及铸坯中夹杂物的控制方法，属于冶金
，具体地涉及一种控制含Ti高强钢铸坯中TiN夹杂的方法。
技术介绍
随着节能减排意识的增强，轻量化的高强钢已广泛应用于工程机械、汽车、集装箱等制造领域。近年来，国内制造企业对性价比很高的Ti强化高强钢的青睐与日俱增。采用Ti析出强化，相对于以Nb、V为主要强化元素的高强钢来说，合金成本能够下降约10～30％。微合金元素钛是强碳、氮化物形成元素，Ti能与N、C结合，形成稳定的氮化物、碳化物，阻止奥氏体晶粒的长大，从而改善材料的焊接性能；Ti能变质钢中的硫化物，改善材料的纵横向性能的差异及冷成型性能。通过控轧控冷工艺，充分发挥钛的细化晶粒和沉淀强化作用，可以获得综合性能良好的低成本、高性能钛微合金钢。但是，在液相和凝固过程中析出的TiN粒子尺寸较大，不能阻止奥氏体晶粒生长，也不能沉淀强化，反而会降低钢的低温韧性和提高韧脆转变温度，在连铸过程中很容易产生裂纹缺陷。而且由于TiN夹杂本身尖利的棱角和不变形性，对钢材的冲击性能影响很大，目前，这类钢种因冲击功性能不合格导致的产品改判量较大。在粒度相同时，TiN夹杂的危害性远远超过氧化物夹杂，所以控制钢中TiN的大小对提高钢的性能至关重要。如发表于《中国稀土学报》(2008年8月)的“铸坯中TiN夹杂物的形成原因探讨”，对连铸坯中TiN夹杂的形成进行了研究，结果显示，TiN夹杂是在凝固过程中析出，并且CaS夹杂的存在会促进TiN夹杂的形成；利用O-K偏析模型计算，如果控制钢液[S％]在0.0042以下，可以避免TiN以凝固前沿己经析出的Cas为核心长大；钢液中的[N％]积要控制在1.6×10-5以下，才能保证TiN夹杂在凝固末期析出，试验证明在铸坯中没有发现大于4μm的TiN夹杂。该篇文献对铸坯中TiN夹杂物的形成在结合具体的理论计算的基础上进行了仔细了探讨，对现实生产具备一定的指导意义，但实际的生产中并不能保证完全没有大于4um的TiN夹杂。又如发表于《金属热处理》(2007年第32卷第12期)的“低合金高强度钢钛微合金化进展”中，总结了钛在低合金高强钢中的析出行为，包括析出物的种类、形态、尺寸及析出动力学；讨论了钛的碳化物、氮化物及硫化物对材料组织和性能的影响；概述了钛微合金化在低合金高强钢中的工业应用进展、难点及可能的研究方向。其中，文中还报道了，当钢中的Ti含量为(0.02～0.03)wt％、氮含量为0.05wt％左右时，只有钢水中的固相比例达到80％，TiN才可能在凝固前沿的液相中析出，同时，液相区析出的TiN尺寸大小与钢水中的钛、氮含量及冷却速度有关。钢水中钛、氮含量越低，液态析出的TiN越细小；冷却速度强烈影响TiN的大小，冷却速度越大，液态析出的TiN越细小，Ti含量为(0.025～0.045)wt％、N含量为(0.0045～0.007)wt％，5kg大小的铸锭空冷，液态范围内析出的TiN尺寸在1～3μm之间；，钢水凝固过程中，由于Ti的偏析，TiN颗粒聚集在一起，以偏聚形式析出，TiN颗粒尺寸约为5.6nm，偏聚区域的尺寸约为(0.2～0.8)μm×5μm；然而，Ti含量控制过低，虽然在一定程度上解决了TiN夹杂较大的问题，但却限制了含Ti高强钢的开发和应用。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种控制含Ti高强钢铸坯中TiN(氮化钛)夹杂的方法，该方法通过向钢液中添加高熔点形核剂以达到细化晶粒的目的。为实现上述目的，本专利技术提供了一种控制含Ti高强钢铸坯中TiN夹杂的方法，它包括向钢液中添加用于细化结晶晶粒的形核剂，及控制连铸浇铸的过热度在10～15℃之间，添加的所述形核剂质量为钢液质量的0.05％～0.3％。进一步地，所述形核剂为CeO2粒子或ZrO2粒子中的至少一种，所述CeO2粒子或ZrO2粒子的粒度≤1μm(粒度大于零)；其中，CeO2粒子或ZrO2粒子为高熔点粒子(熔点分别为2397℃和2680℃)，将其添加到钢液中后可增加形核核心，促进钢液凝固，细化铸坯凝固组织，从而达到含Ti高强钢铸坯中TiN夹杂尺寸细小、分布均匀的目的。进一步地，所述形核剂质量为钢液质量的0.1％～0.2％。最优的，所述形核剂质量为钢液质量的0.2％。最优的，所述形核剂质量为钢液质量的0.15％。最优的，所述形核剂质量为钢液质量的0.1％。进一步地，所述形核剂为采用铁皮包裹制成包芯线，连铸时采用喂丝机喂入钢液中，并且所述钢液置于连铸结晶器内。进一步地，所述钢液包括如下质量百分比的各组分：C:0.04％～0.10％、Mn:1.5％～2.1％、Si:0.05％～0.5％、Ti:0.05％～0.3％、N≤50ppm、S≤0.008％、P≤0.02％、Al:0.01％～0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质。进一步地，所述钢液包括如下质量百分比的各组分：C:0.055％～0.09％、Mn:1.65％～1.9％、Si:0.05％～0.3％、Ti:0.1％～0.2％、N≤40ppm、S≤0.005％、P≤0.012％、Al:0.04％～0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质。最优的，所述钢液包括如下质量百分比的各组分：C:0.085％、Mn:1.850％、Si:0.103％、Ti:0.146％、N:0.0045％、S:0.002％、P:0.008％、Al:0.055％，余量为Fe及不可避免的杂质。最优的，所述钢液包括如下质量百分比的各组分：C:0.057％、Mn:1.659％、Si:0.069％、Ti:0.117％、N:0.0047％、S:0.004％、P:0.008％、Al:0.052％，余量为Fe及不可避免的杂质。进一步地，连铸浇铸工艺处理得到的铸坯中尺寸＜4μm的TiN夹杂物比例≥90％，尺寸4～10μm的TiN夹杂物比例为0～10％，尺寸＞10μm的TiN夹杂物比例为0。进一步地，连铸浇铸工艺处理得到的铸坯中尺寸＜4μm的TiN夹杂物比例≥95％，尺寸4～10μm的TiN夹杂物比例为0～5％，尺寸＞10μm的TiN夹杂物比例为0。进一步地，采用所述方法得到成品的冲击功(-20℃/KV2)≥90J。进一步地，采用所述方法得到成品的冲击功(-20℃/KV2)≥110J。本专利技术钢液中各合金元素含量的控制原理如下：碳(C)：碳是钢中的基本元素，也是最经济、有效的强化元素，但含量过高则降低了钢的塑性和冲击韧性，恶化冷成型性和焊接性能。因此，C含量控制在：0.04％～0.10％。硅(Si)：硅是固溶强化元素，固溶在铁素体中，随着硅含量的增加，钢的强度显著提高，塑性和冲击韧性明显下降，冷成型性和焊接性能下降。硅含量增加，硅元素容易在钢板表面形成致密的氧化层Mn2SiO4，从而影响材料的镀锌性能。因此，Si含量控制在：0.05％～0.5％。锰(Mn)：锰起固溶强化作用，过高的锰含量会对钢的塑性和冲击性能产生严重的影响。因此，Mn含量控制在：1.5％～2.1％。磷(P)：在传统观点中，磷在钢中是属于有害元素。它会降低钢的冲击韧性，提高钢的脆化温度，恶化钢的焊接性能，其实那是磷与碳共同作用的结果。如果除去碳的影响，磷还能使塑性、韧性有所增加，使脆化温度有所降低。磷是非碳化物形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制含Ti高强钢铸坯中TiN夹杂的方法，其特征在于：它包括向钢液中添加用于细化结晶晶粒的形核剂，及控制连铸浇铸的过热度在10～15℃之间，添加的所述形核剂质量为钢液质量的0.05％～0.3％。

【技术特征摘要】
1.一种控制含Ti高强钢铸坯中TiN夹杂的方法，其特征在于：它包括向钢液中添加用于细化结晶晶粒的形核剂，及控制连铸浇铸的过热度在10～15℃之间，添加的所述形核剂质量为钢液质量的0.05％～0.3％。2.根据权利要求1所述控制含Ti高强钢铸坯中TiN夹杂的方法，其特征在于：所述形核剂为CeO2粒子或ZrO2粒子中的至少一种，所述CeO2粒子或ZrO2粒子的粒度≤1μm。3.根据权利要求1或2所述控制含Ti高强钢铸坯中TiN夹杂的方法，其特征在于：所述形核剂质量为钢液质量的0.1％～0.2％。4.根据权利要求1或2所述控制含Ti高强钢铸坯中TiN夹杂的方法，其特征在于：所述形核剂为采用铁皮包裹制成包芯线，连铸时采用喂丝机喂入钢液中。5.根据权利要求1或2所述控制含Ti高强钢铸坯中TiN夹杂的方法，其特征在于：所述钢液包括如下质量百分比的各组分：C:0.04％～0.10％、Mn:1.5％～2.1％、Si:0.05％～0.5％、Ti:0.05％～0.3％、N≤50ppm、S≤0.008％、P≤0.02％、Al:0.01％～0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质。6.根据权利要求5所述控制含Ti高强钢铸坯中...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭著刚，杨成威，刘志勇，张剑君，朱万军，齐江华，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42