本發(fā)明涉及一種合金包芯線。
背景技術(shù)：
我國是鋼鐵大國，但優(yōu)質(zhì)鋼的數(shù)量和品種所占的比例較小，不僅不能滿足我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(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，我國和世界主要鋼鐵生產(chǎn)國相繼制定和實(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。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)化國家達(dá)到30%，而我國不足5%，因此我國急需用微合金化技術(shù)改造我國原有的低合金高強(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 合金比重過輕（含稀土、鈮、釩、硼高鈦氮化鈦硅合金中鐵含量比鈦鐵合金低30%以上），在加入過程中，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)量內(nèi)控要求。而含稀土、鈮、釩、硼高鈦氮化鈦硅合金在吹氬站通過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。
申請人申請的發(fā)明專利申請（申請?zhí)枺?01510160282.6，申請日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的化合物，它們對組織的細(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、鈮、釩、硼高鈦氮化鈦硅合金包芯線，通過采用包芯線的方法來加入到微合金化鋼中不僅能夠解決回收率低的問題，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、鈮、釩、硼高鈦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、鈮、釩、硼高鈦氮化鈦硅合金粉末，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、鈮、釩、硼高鈦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 5~15%，
Mn 2.5~5.0%，
Mg 1.0~2.5%，
Ti 40~60%，
Si 35~50%，
Nb 0.5~1.0%，
V 0.5~1.0%，
B 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、鈮、釩、硼高鈦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 8~12%，
Mn 3.0~4.0%，
Mg 1.5~2.0%，
Ti 45~55%，
Si 40~45%，
Nb 0.5~1.0%，
V 0.5~1.0%，
B 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、鈮、釩、硼高鈦氮化鈦硅合金粉末的粒度為0.1~2.0mm。
本發(fā)明選取海綿鐵和海綿鈦及硅鐵和錳鐵在真空爐中冶煉。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、鈮、釩、硼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的化合物，它們對晶粒的長大起強(qiáng)烈的阻礙作用，并且這種納米級的化合物所占的體積分?jǐn)?shù)為2％時(shí)，對組織的細(xì)化效果最好。釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度。鈮(Nb)：鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。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)明合金粉通過采用包芯線的方法來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)奧氏體形變過程中阻止奧氏體再結(jié)晶：在奧氏體形變過程中，通過應(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)晶后晶粒的長大，起到細(xì)化晶粒的效果。因?yàn)闊峒庸み^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，其作用不僅能阻止再結(jié)晶過程的開始，而且還能抑制再結(jié)晶過程的進(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，這些析出的粒子對鐵素體晶粒同樣也起釘扎作用，限制其長大。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、鈮、釩、硼高鈦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、鈮、釩、硼高鈦氮化鈦硅合金粉末，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、鈮、釩、硼高鈦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 10%，
Mn 4.0%，
Mg 2.0%，
Ti 40%，
Si 35% ，
Nb 0.5%，
V 0.5%
B 0.5%，
稀土元素 1.0%，
P ≤0.1%
S ≤0.1%；
Fe 余量。
本發(fā)明選取各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、鈮、釩、硼高鈦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、鈮、釩、硼高鈦氮化鈦硅合金粉末，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、鈮、釩、硼高鈦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 50%，
Si 35% ，
Nb 0.5%，
V 0.5%
B 0.5%，
稀土元素 1.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 余量。
本發(fā)明選取各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
一種包芯線含稀土、鈮、釩、硼高鈦氮化鈦硅合金粉，該合金粉末按質(zhì)量百分比由以下的元素組分構(gòu)成：
Al 2.5%，
N 5%，
Mn 2.5%，
Mg 2.0%，
Ti 50%，
Si 35% ，
Nb 0.5%，
V 0.5%
B 0.5%，
稀土元素 1.0%，
P ≤0.1%，
S ≤0.1%；
Fe 余量。
本發(fā)明選取各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%。