专利名称：一种用于钢液中增n增v的包芯线及其使用方法
技术领域：
本发明属于直接合金化冶金包芯线的技术领域。具体涉及一种用于钢液中增N增V的包芯线及其使用方法。
背景技术：
目前，使用直接合金化工艺制造中低碳含钒合金钢的方法有两种，分别如下:
第一种是《一种V2O5直接合金化炼钢工艺》(CN101067182A)所公开的专利技术:当以V2O5为原料直接合金化时，在炼钢炉冶炼的氧化期末期，需扒除氧化渣，将V2O5与还原剂、熔剂和添加剂的混合物经破碎混匀后，装入炼钢炉内，从而使V2O5中的钒还原出来而对钢液直接进行合金化冶炼。在还原过程中，加入调整熔剂调整熔渣的成分，在还原期末，将炉渣贫化剂加入炉内，对含V2O5的炉渣进行还原贫化，使钒的收得率提高。第二种是文献报道(李聿军，许宁辉，李斌等.氮化硅铁用于生产HRB400的开发与应用.钢铁研究，2008，36(5):45-47, 55)，该技术运用于生产含V的HRB400 III级钢的技术。且生产实践表明，常规轧制的HRB400 III级钢，在保证力学性能不降低的条件下，需主要添加氮化硅铁和钒铁合金。钒铁合金需专用的生产设备冶炼，且工艺比较复杂、冶炼时间较长、能耗较高和综合成本相对高昂。在生产含V的HRB400 III级钢时，需要按照顺序加入定量的碳化硅、氮化硅铁、锰硅合金、碳粉、钒铁和硅铝铁。加入试剂种类较多，用量较大，加入试剂的时间、顺序和用量都有严格的规定，操作不便。在实际冶炼工艺中，采用上两种方法，需要消耗大量的原料和能量来制得特定的合金，在投料过程中不仅使工作环境恶劣，而且会造成周边环境恶化。在生产时，需要采用多个处理步骤和工艺，以 提高所得钢的力学性能和机械性能，生产成本较高。
发明内容:
本发明旨在克服已有技术缺陷，目的是提供一种操作简便、易行可控，环境友好的用于钢液中增N增V的包芯线；使用该包芯线能提高V2O5的还原速度，钒的收得率高且稳定，能单步一次快速得到综合力学性能和机械性能高的中低碳含钒合金钢。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:先将l(T25wt%的V2O5粉、2(T30wt%的氮化硅铁粉、l(T25wt%的还原剂和35飞0wt%的添加剂混合，搅拌均匀，再用包覆钢带包裹，即得用于钢液中增N增V的包芯线。所述氮化娃铁粉为工业级；氮化娃铁粉中:Si含量为48 51wt%, N含量为30 32wt%，其余为Fe。所述还原剂为7(T80wt%的铝粉和2(T30wt%的镁粉混合组成；铝粉和镁粉均为工业级。所述添加剂为70 85wt%的铁粉、5 20wt%的CaF2粉和5 10wt%的CaO粉混合组成；其中:铁粉中的Fe含量彡95wt%, CaF2粉和CaO粉为工业级。所述V2O5粉中的V2O5含量彡90wt%。
本发明制备的用于钢液中增N增V的包芯线的使用方法是:在冶炼中低碳含钒合金钢时，于冶炼还原期末期，用喂线机向钢液中加入所述用于钢液中增N增V的包芯线，每吨钢的加入量为3 22kg。由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下积极效果:
本发明采用的氮化硅铁粉是以FeSi75为原料进行氮化处理后的产物，其中含有约75%的Si3N4、约20%的FeSi和5%的游离态Fe。故氮化硅铁粉既具有Si3N4的性质，又具有金属Fe和金属间化合物FeSi的性质，即氮化硅铁粉既能作为钢中的增氮剂，又具有弱的还原性。本发明所制备的包芯线喂线入钢液中后，由于钢液的高温环境，诱发Al、Mg和氮化硅铁粉中的FeSi与V2O5反应，此反应为放热的还原反应，故使得氮化硅铁粉中的FeSi和还原剂与V2O5发生反应，V2O5能被快速还原出V。本发明中的氮化硅铁粉在高温下，会使钢中含有较多的N。钢液冷却时，N与V优先结合生成VN，故钢中会存在大量的VN。在后续轧制等处理操作时，VN固溶于奥氏体和铁素体中，起到了沉淀强化和抑制晶粒长大的作用。存在于基体的氮越多，轧制时析出的VN越多，颗粒尺寸越小，细晶强化效果越明显，从而极大地提高了钢的强度和韧性。同时还能够改善钢的焊接性能和成形性能，即钢在轧制等工序之后，强度韧性明显提升，能提高综合力学性能和机械性能。还原产生的V不稳定，易被再氧化。当加入添加剂中的铁粉后，Fe与V可形成无限固溶体。还原产 生的钒与铁结合形成FeV固溶体，FeV固溶体比单质钒稳定性更高，在钢液中不易被氧化，因此提高了钒的还原速率和钒的收得率。本发明采用的还原剂中加入了铝粉和镁粉，铝和镁的还原能力较强，易于将V2O5还原成钒；同时V2O5与镁和铝反应，对外放出大量的热量，能使得钢液的温度不降低。本发明所制备的用于钢液中增N增V的包芯线中，所加入的还原剂和添加剂的种类较少，试剂用量较小。采用喂线技术的目的就是要把比重轻、沸点低、易氧化以及在钢水中的溶解度小的钒加入到钢水中，这种方法比其他方法更为经济和有效。在冶炼中低碳含钒微合金钢时，由于采用喂线技术和本发明所制备的用于钢液中增N增V的包芯线，生成渣量较少，且不引入其它杂质。所得结果稳定，重现性好。能对作业产生的烟气进行管理，消除对环境的污染；操作简单，规范可控，维护方便。在实际操作过程中，只需根据钢中所需钒含量，计算包芯线质量，在还原期末期直接喂线入钢包，待其反应完全后，再经精炼、浇铸、锻造和轧制等工艺，即可得到所需钒含量的钒合金钢。相当于单步一次快速得到所需的钒合金钢，且使钒的收得率稳定在95%以上。因此，本发明所制备的用于钢液中增N增V的包芯线操作简便、易行可控和境友好，使用该包芯线能提高V2O5的还原速度，钒的收得率高且稳定，能单步一次快速得到综合力学性能和机械性能高的中低碳含钒合金钢，具有显著的经济效益。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。为避免重复，先将本具体实施方式
所涉及到的原料统一描述如下，实施例中不再赘述:氮化硅铁粉为工业级；氮化硅铁粉中:Si含量为48飞lwt%，N含量为3(T32wt%，其余为Fe。还原剂为7(T80wt%的铝粉和2(T30wt%的镁粉混合组成；铝粉和镁粉均为工业级。添加剂为70 85wt%的铁粉、5 20wt%的CaF2粉和5 10wt%的CaO粉混合组成；其中:铁粉中的Fe含量彡95wt%, CaF2粉和CaO粉为工业级。V2O5 粉中的 V2O5 含量彡 90wt%o实施例1
一种用于钢液中增N增V的包芯线及其使用方法。先将l(Tl5wt%的V2O5粉、24 28wt%的氮化硅铁粉、l(Tl5wt%的还原剂和45飞0wt%的添加剂混合，搅拌均匀，再用包覆钢带包裹，即得用于钢液中增N增V的包芯线。本实施例制备的用于钢液中增N增V的包芯线的使用方法是:冶炼非调质钢40Mn2V，采用20吨的电弧炉冶炼，非调质钢40Mn2V的钒含量为0.Γθ.12wt%。采用本实施例所制备的用于钢液中增N增V的包芯线作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，用喂线机向钢液中喂入用于钢液中增N增V的包芯线，每吨钢的加入量为12 20kg，待包芯线在钢液中反应完全后，即可得到含钒量为0.Γ0.12wt%的钢液。然后进行造渣、精炼、浇铸、锻造和轧制工艺，即得40Mn2V非调质钢。实施例2
一种用于钢液中增N增V的包芯线及其使用方法。先将13 19wt%的V2O5粉、22 26wt%的氮化硅铁粉、13 19wt% 的还原剂和42 47wt%的添加剂混合，搅拌均匀，再用包覆钢带包裹，即得用于钢液中增N增V的包芯线。本实施例制备的用于钢液中增N增V的包芯线的使用方法是:冶炼非调质钢36Mn2V，采用20吨的电弧炉冶炼，非调质钢36Mn2V的钒含量为0. Γθ.16 wt%。采用本实施例所制备的用于钢液中增N增V的包芯线作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，用喂线机向钢液中喂入用于钢液中增N增V的包芯线，每吨钢的加入量为l(T22kg，待包芯线在钢液中反应完全后，即可得到含钒量为0.1Γ0.16wt%的钢液。然后进行造渣、精炼、浇铸、锻造和轧制工艺，即得36Mn2V非调质钢。实施例3
一种用于钢液中增N增V的包芯线及其使用方法。先将15 22wt%的V2O5粉、26 30wt%的氮化硅铁粉、15 22wt%的还原剂和37 43wt%的添加剂混合，搅拌均匀，再用包覆钢带包裹，即得用于钢液中增N增V的包芯线。本实施例制备的用于钢液中增N增V的包芯线的使用方法是:冶炼非调质钢F35MnVN，采用20吨的电弧炉冶炼，非调质钢F35MnVN的钒含量为0.06 0.13 wt%。采用本实施例所制备的用于钢液中增N增V的包芯线作为钒的来源。在冶炼的还原期末期，用喂线机向钢液中喂入用于钢液中增N增V的包芯线，每吨钢的加入量为5 19kg，待包芯线在钢液中反应完全后，即可得到含钒量为0.06、.13wt%的钢液。然后进行造渣、精炼、浇铸、锻造和轧制工艺，即得F35MnVN非调质钢，所得钢中N%彡90ppm。实施例4
一种用于钢液中增N增V的包芯线及其使用方法。先将2(T25wt%的V2O5粉、2(T24wt%的氮化硅铁粉、2(T25wt%的还原剂和35 40wt%的添加剂混合，搅拌均匀，再用包覆钢带包裹，即得用于钢液中增N增V的包芯线。本实施例制备的用于钢液中增N增V的包芯线的使用方法是:冶炼结构钢15MnV，采用20吨的电弧炉冶炼，结构钢15MnV的钒含量为0.04、.12 wt%。采用本实施例所制备的用于钢液中增N增V的包芯线作为钒的来源。目标为冶炼的还原期末期，用喂线机向钢液中喂入用于钢液中增N增V的包芯线，每吨钢的加入量为3 10kg，待包芯线在钢液中反应完全后，即可得到含钒量为0.04、.12被％的钢液。然后进行造渣、精炼、浇铸、锻造和轧制工艺，即得15MnV结构钢。本具体实施方式
采用的氮化硅铁粉是以FeSi75为原料进行氮化处理后的产物，其中含有约75%的Si3N4、约20%的FeSi和5%的游离态Fe。故氮化硅铁粉既具有Si3N4的性质，又具有金属Fe和金属间化合物FeSi的性质，即氮化硅铁粉既能作为钢中的增氮剂，又具有弱的还原性。本具体实施方式
所制备的包芯线喂线入钢液中后，由于钢液的高温环境，诱发Al、Mg和氮化娃铁粉中的FeSi与V2O5反应,此反应为放热的还原反应,故使得氮化娃铁粉中的FeSi和还原剂与V2O5发生反应，V2O5能被快速还原出V。本具体实施方式
中的氮化硅铁粉在高温下，会使钢中含有较多的N。钢液冷却时，N与V优先结合生成VN，故钢中会存在大量的VN。在后续轧制等处理操作时，VN固溶于奥氏体和铁素体中，起到了沉淀强化和抑制晶粒长大的作用。存在于基体的氮越多，轧制时析出的VN越多，颗粒尺寸越小，细晶强化效果越明显，从而极大地提高了钢的强度和韧性。同时还能够改善钢的焊接性能和成形性能，即钢在轧制等工序之后，强度韧性明显提升，能提高综合力学性能和机械性能。还原产生的V不稳定，易被再氧化。当加入添加剂中的铁粉后，Fe与V可形成无限固溶体。还原产生的钒与铁结合形成FeV固溶体，FeV固溶体比单质钒稳定性更高，在钢液中不易被氧化，因此提高了钒的还原速率和钒的收得率。本具体实施方式
采用的还原剂中加入了铝粉和镁粉，铝和镁的还原能力较强，易于将V2O5还原成钒；同时V2O5与镁和铝反应，对外放出大量的热量，能使得钢液的温度不降低。本具体实施方式
所制备的用于钢液中增N增V的包芯线中，所加入的还原剂和添加剂的种类较少，试剂用量较小。采用喂线技术的目的就是要把比重轻、沸点低、易氧化以及在钢水中的溶解度小的钒加入到钢水中，这种方法比其他方法更为经济和有效。在冶炼中低碳含钒微合金钢时，由于采用喂线技术和本具体实施方式
所制备的用于钢液中增N增V的包芯线，生成渣量较少，且不引入其它杂质。所得结果稳定，重现性好。能对作业产生的烟气进行管理，消除对环境的污染；操作简单，规范可控，维护方便。在实际操作过程中，只需根据钢中所需钒含量，计算包芯线质量，在还原期末期直接喂线入钢包，待其反应完全后，再经精炼、浇铸、锻造和轧制等工艺，即可得到所需钒含量的钒合金钢。相当于单步一次快速得到所需的钒合金钢，且使钒的收得率稳定在95%以上。因此，本具体实施方式
所制备的用于钢液中增N增V的包芯线操作简便、易行可控和境友好，使用该包芯线能提 高V2O5的还原速度，钒的收得率高且稳定，能单步一次快速得到综合力学性能和机械性能高的中低碳含钒合金钢，具有显著的经济效益。
权利要求
1.一种用于钢液中增N增V的包芯线，其特征在于先将l(T25wt%的V2O5粉、2(T30wt%的氮化硅铁粉、l(T25wt%的还原剂和35飞0wt%的添加剂混合，搅拌均匀，再用包覆钢带包裹，即得用于钢液中增N增V的包芯线； 所述氮化硅铁粉为工业级；氮化硅铁粉中=Si含量为48飞lwt%，N含量为3(T32wt%，其余为Fe ； 所述还原剂为7(T80wt%的铝粉和2(T30wt%的镁粉混合组成；铝粉和镁粉均为工业级； 所述添加剂为70 85wt%的铁粉、5 20wt%的CaF2粉和5 10wt%的CaO粉混合组成；其中:铁粉中的Fe含量≥95wt%, CaF2粉和CaO粉为工业级。
2.根据权利要求1所述的用于钢液中增N增V的包芯线，其特征在于所述V2O5粉中的V2O5 含量≥ 90wt%o
3.—种如权利要求1所述的用于钢液中增N增V的包芯线的使用方法，其特征在于:在冶炼中低碳含钒合金钢时，于冶炼还原期末期，用喂线机向钢液中加入所述用于钢液中增N增V的包芯线，每吨钢的加入量为3 22kg。
全文摘要
本发明涉及一种用于钢液中增N增V的包芯线及其使用方法，其技术方案是先将10~25wt%的V2O5粉、20~30wt%的氮化硅铁粉、10~25wt%的还原剂和35~50wt%的添加剂混合，搅拌均匀，再用包覆钢带包裹，即得用于钢液中增N增V的包芯线。所述用于钢液中增N增V的包芯线的使用方法是在冶炼中低碳含钒合金钢时，于冶炼还原期末期，用喂线机向钢液中加入所述用于钢液中增N增V的包芯线，每吨钢的加入量为3~22kg。本发明所制备的用于钢液中增N增V的包芯线操作简便、易行可控和境友好，使用该包芯线能提高V2O5的还原速度，钒的收得率高且稳定，能单步一次快速得到综合力学性能和机械性能高的中低碳含钒合金钢，具有显著的经济效益。
文档编号C21C7/00GK103114235SQ20131007426
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者刘静, 戴明杰, 杨文钗, 甘章华, 周欢, 袁泽喜 申请人:武汉科技大学