一种改善含锡碳素结构钢性能的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢铁冶金领域，主要涉及一种改善含锡元素碳素结构钢性能的方法。
【背景技术】
[0002] 根据国际钢铁协会的统计数据，2014年全球粗钢产量达到16. 62亿吨，其中中国 粗钢产量达到8. 227亿吨，同比略增0. 9%。随着我国钢产量的持续上升，一方面，对铁矿石 的需求持续增加，使优质铁矿资源逐渐枯竭，各种低品位铁矿石资源使用量增加；另外一方 面，废钢积蓄量和循环使用量呈逐年上升趋势。
[0003] 随着炼钢生产中低品位铁矿和废钢利用的比例越来越大，锡、锑、砷等残余元素在 钢中不断的富集。因残余元素的氧势较铁低，进入到钢水中的残余元素在现阶段的炼钢工 艺条件下很难去除。而残存于钢中的残余元素易于偏析和晶界偏聚，对钢材的高温热塑性 和力学性能等会产生不良影响。目前解决钢中残余元素富集及由此产生的对钢性能危害 问题的方法，主要有两种，一是去除钢中的残余元素；二是配优质原料降低残余元素的相对 含量。关于钢中残余元素的去除，国内外已进行了大量研究，主要从真空挥发脱除、加钙反 应以及添加稀土反应等三个方面对钢中残余元素进行脱除，但各种去除方法由于存在效率 低、成本高、污染环境设备、以及渣需特殊处理等原因迄今为止无法在工业生产中大规模应 用。目前生产中解决钢中残余元素超标的方法主要为加优质铁水稀释法，但随着优质铁矿 石资源的逐渐枯竭和废钢使用比例的增加，未来配料稀释法也将受到很大限制，因而寻求 新的解决钢中残余元素对钢性能危害的方法迫在眉睫。
[0004] 16Mn钢作为一种典型的工程用高强度低合金碳素结构钢，有较高的强度、良好的 塑性和低温韧性，是我国产量最多、应用最广的建筑结构用钢。而且随着废钢循环中残余 元素水平越来越高，残余元素Sn易于在晶界偏聚降低了晶界表面能，弱化了晶粒间的结合 力，当16Mn钢中残余元素Sn含量超过0. 02%(重量百分比）时会显著恶化16Mn钢的热塑 性和常/低温的冲击韧性，并且残余元素Sn会恶化钢热塑性导致其在连铸和乳制过程中 产生裂纹及表面缺陷的问题。
[0005] 如能有效解决残余元素锡对碳素结构钢性能危害的问题，将为碳素结构钢的生产 带来很大的经济效益。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种改善含锡碳素结构钢性能的方法，本发明在碳素结构钢 炼制的精炼期添加S源和Ti源，通过添加的S源和Ti源来改善和提高碳素结构钢的高温 热塑性和常/低温的冲击韧性，解决由于所述碳素结构钢中残余元素锡的富集对钢性能产 生的危害。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的： 一种改善含锡碳素结构钢性能的方法，所述含锡碳素结构钢为含有残余元素锡的基础 碳素结构钢，所述方法是在基础碳素结构钢炼制的精炼期添加S源和Ti源，获得改性后的 碳素结构钢。
[0008] 进一步地，在所述基础碳素结构钢炼制的精炼期添加的所述S源和所述Ti源的量 分别为：按照S源中S元素进行计算，添加的S元素的重量百分比为0. 01~0. 03%，添加的 所述Ti源的重量百分比为0. 02~0. 04%。
[0009] 进一步地，，在所述基础碳素结构钢炼制的精炼期添加的所述S源为FeS，所述Ti 源为海绵钛。
[0010] 进一步地，所述基础碳素结构钢包括如下重量百分比的组分：C为0. 13~0. 19%， Si为 0· 20 ~0· 40%，Μη为 1. 20 ~1. 60%，P彡 0· 01%，S彡 0· 01%，A1 彡 0· 005%，Sn为 0. 01 ~0. 10%，余量为Fe。
[0011] 进一步地，在所述基础碳素结构钢炼制的精炼期，首先应用V0D钢包精炼炉对钢 水进行真空脱氧，然后添加S源和Ti源，所述精炼期的具体步骤为： (1) 真空脱氧：采用V0D钢包精炼炉对钢水进行真空脱氧，将钢水中氧含量控制在 lOOppm以下； (2)S源和Ti源的添加：控制钢水温度为1550-1600°C，然后按照S源中S元素进行计 算，往所述钢水中添加的S元素的重量百分比为0. 01~0. 03%，添加的所述Ti源的重量百 分比为0. 02~0. 04%。
[0012] 进一步地，所述基础碳素结构钢为的15Mn、16Mn和20Mn钢中的任意一种。
[0013] 本发明的有益技术效果： (1)S源的添加使生成的钢中MnS夹杂物数量变多，明显提高MnS夹杂物上锡异质形核 的形核率，降低锡在晶界的偏聚，残余元素锡在晶界偏聚的减少，净化了晶界，增强了晶界 的结合力，钢在承受冲击载荷时，晶界将吸收更多的裂纹扩展的能量，从而有利于提高钢的 冲击性能； (2) Ti元素的添加有以下三个方面的影响：一是Ti元素可以作为MnS夹杂物的形核 核心，形成以含钛氧化物为核心、外包硫化锰的复合MnS夹杂物，有利于残余元素锡在复合 MnS夹杂物上的异质析出，一旦残余元素锡在所述复合MnS夹杂物上异质析出时，会阻碍复 合MnS夹杂物的长大与变形，一定程度上减轻由于MnS夹杂物体系的增大对钢性能的危害； 二是钢中的Ti能与硫形成复合夹杂，其熔点高且难溶于奥氏体，这样硫被难溶的硫化物取 代，能降低硫含量高对钢材所带来的严重偏析问题；三是Ti细化硫化物夹杂，有利于夹杂 物的评级； (3) 本发明向碳素结构钢中加入一定量的S源和Ti源，改善和提高其热塑性和常低/ 温的冲击韧性，解决由于残余元素Sn恶化钢热塑性导致其在连铸和乳制过程中产生裂纹 及表面缺陷的问题。
【具体实施方式】
[0014] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0015] 相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修 改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细 节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的 描述也可以完全理解本发明。
[0016] 实施例1 在含锡的16Mn钢中，残余元素锡会显著恶化16Mn钢的热塑性和常/低温的冲击韧性。 残余元素锡的作用原理如下：残余元素锡在晶界偏聚降低了晶界的表面能，弱化了晶粒间 的结合力，加速晶界微孔的形核与长大，且锡的晶界偏聚锁住了晶界，同时阻碍晶界迀移和 动态再结晶，进而恶化钢的高温热塑性，另一方面，偏聚于晶界处的锡弱化晶界，降低晶界 结合力，冲击时促使裂纹更容易沿解理面扩展，从而恶化钢的冲击韧性。
[0017]-种改善含锡碳素结构钢性能的方法，所述含锡碳素结构钢为含有残余元素锡的 基础碳素结构钢，所述方法是在基础碳素结构钢炼制的精炼期添加S源和Ti源，获得改性 后碳素结构钢，以解决由于所述基础碳素结构钢中残余元素锡的富集对钢性能产生的危 害，提高了所述碳素结构钢的高温热塑性和常/低温冲击韧性。
[0018]在所述基础碳素结构钢炼制的精炼期添加的所述S源和所述Ti源的量分别为：按 照S源中S元素进行计算，添加的S元素的重量百分比为0. 01~0. 03%，添加的所述Ti源 的重量百分比为〇. 02~0. 04%。
[0019]向含锡的16Mn钢中加入S源以改善和提高所述含锡的16Mn钢性能的原理为：加 入的S源与16Mn钢中的Μη反应生成MnS夹杂物，MnS夹杂物可作为残余元素锡异质析出 的有效形核核心，S的添加使生成的钢中MnS夹杂物数量变多，明显提高MnS夹杂物上锡异