一种多元素氮化合金包芯线及其在q620d钢种强化处理工艺中的应用方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于合金材料应用技术领域，更具体地说，涉及一种多元素氮化合金包芯线及其在Q620D钢种强化处理工艺中的应用方法。
【背景技术】
[0002]目前生产Q620D钢，为提高其强度等性能指标，通常是用氮化钒(V:75?78%，N:12?16 % )或氮化钒铁(V: 42?57%，N:9?14%)对钢水进行微合金化工艺预期达到其强化目的。例如，中国专利申请号为201310262303.6，申请公布日为2013年9月25日的专利申请文件公开了一种添加氮化钒铁生产低合金结构钢的新工艺，步骤如下:(1)转炉冶炼；(2)LF精炼；(3)连铸；(4)热乳，该发明与已有技术相比具有以下优点:1、创新设计Q345B热乳钢带化学成分体系，实现了合理的成分控制技术;Μη元素含量至少降低0.45%，同时加入0.015%?0.030 %的V元素，吨钢成本进一步降低;2、以氮化钒铁微合金化取代常规的高锰合金化，降低了合金元素的添加量，实现了减量化生产，同时更好的发挥了细晶强化和沉淀强化。
[0003]上述方法存在的主要问题和不足是:一:钒的有效利用率低，仅有一部分V(约占45?50 % )，与Ν、C形成VN、VC而产生强化作用，一部分V以金属V的形态存在于钢中，而没有明显的强化作用;二是添加的工艺方法较为粗放，一般是在钢水出钢过程中随钢流加入，这样因钢水温度不同，钢水带渣量不同，钢水中氧含量不同等多种因素的变量而导致微合金化效果差异很大;三是添加物的物理状态不一致，一般氮化合金块度为5?60mm的混合颗粒，使其与钢水融合过程中的动力学条件不均衡，而导致强化效果的差异；四是其强化效果不能充分发挥，稳定性差，导致成本升高，钢种命中率降低。
[0004]中国专利申请号为201210377151.X，申请公布日为2012年12月19日的专利申请文件公开了一种冶金用钒氮微合金化及复合脱氧的包芯线，它包括有线芯和包覆钢带，其技术要点在于:包芯线的线芯由增钒剂、增氮剂和脱氧固氮剂三部分组成，各组分的粒度小于6mm，增钒剂是钒铁、氮化钒铁或五氧化二钒;增氮剂是氮化硅铁、氮化硅锰、氮化锰铁、氮化铬铁、氮化硅、氮化铝或碳氮化钙;脱氧固氮剂是金属铝、钙、镁、钡中的至少一种或由它们组成的合金，还可包含有钛、锆、铌、锰、铬、硅、碳和铁中的一种或多种，但是该发明存在以下不足之处:(1)钒铁、氮化钒铁、五氧化二钒是其结构和性质完全不同的物质，如V205是V的氧化物，加入钢中将成为一种氧化物夹杂对钢质不起任何强化作用；(2)脱氧固氮剂是以分散颗粒状与其它材料用钢带包成包芯线，在加入钢水过程中因其各物质的熔点和比重的差另IJ，它们几乎结合不到一起，其中脱氧剂优先与钢中氧结合而形成脱氧产物变成钢中夹杂。中国专利申请号为201410131544.1，申请公布日为2014年8月6日的专利申请文件公开了一种复合氮合金包芯线及其制备方法，该包芯线由内芯材料和包覆层组成，内芯材料是由钒铁、氮化钒铁、氮化钒、氮化硅铁、氮化硅锰、氮化钛铁、硼铁、氮化硼铁、铌铁以及氮化铌铁中的三种以上混合而成，内芯材料中至少包括二种以上的氮化物或氮化合金;包覆层是光亮钢带，该包芯线的制备方法是:首先制备内芯材料，按要求的氮含量、合金元素含量以及目标钢种的种类进行配料，然后进行磨粉、混匀以及造粒制成内芯材料，然后用光亮钢带将内芯材料包覆成圆形的包芯线;从技术进步方面看该发明相对于单一块状氮化合金对钢水进行微合金化确实迈进了一大步，但是该发明的包芯线氮源供给不足，对钢水精炼的强化效果不明显。
【发明内容】
[0005]1.要解决的问题
[0006]针对现有的钢水微合金化工艺存在钒的有效利用率低、强化效果不能充分发挥、稳定性差、成本高等问题，本发明提供一种多元素氮化合金包芯线及其在Q620D钢种强化处理工艺中的应用方法，本发明设计筛选成分最合适的多元素氮化合金，添加有利于向V、B、Nb传递N并与其结合，同时对钢性能强化起正相关作用的有益元素，如S1、Mn、T1、Cr等;本发明筛选的多元素氮化合金的成分设计与Q620D钢种微合金化强化工艺的要求十分匹配，既充分地保证了 N元素的供给又兼顾了各合金元素的正相关性，使其强化效果得到充分发挥。
[0007]2.技术方案
[0008]为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下:
[0009]—种多元素氮化合金包芯线，包括线芯和包覆层，所述的线芯是多元素氮化合金，由隹凡铁、娃铁、金属娃、猛铁、金属猛、钦铁、络铁、棚铁和银铁中二种以上材料进彳丁氣化处理制备得到，线芯包括以下组成成分:N: 15.5?24.9%，V:27?48%，S1: 18?32%，Nb:0.3?4%，Μη:0.05?3%，Β:0.3?4.5%，T1:0.8?7.0%，Cr:0.1?5.0% ,C < 1.4% ,Ρ < 0.10% ,s<0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质;所述的包覆层为光亮钢带。
[0010]优选地，所述的线芯由粒径为0.01?4.5mm的多元素氮化合金制成。
[0011]优选地，所述的线芯组分中V、B和Nb质量分数之和与N质量分数的比为1.69?2.71ο
[0012]上述的多元素氮化合金包芯线在Q620D钢种强化处理工艺中的应用。
[0013]上述的多元素氮化合金包芯线在Q620D钢种强化处理工艺中的应用方法，其步骤为:
[0014]1)转炉终点出钢:包括测温、终点成分分析、挡渣出钢、钢水脱氧、钢水合金化工乙；
[0015]2)钢水精炼:调整钢水成分和温度，并对钢水实行脱气、除夹杂净化工艺，在钢水精炼的过程中喂入权利要求1中所述的多元素氮化合金包芯线；
[0016]3)连铸:将精炼钢水铸成铸坯；
[0017]4)铸坯乳制:炉温控制在1250?1290°C，加热保温时间为3.5?4.5h，采用控乳控冷工艺，开乳温度1030?1080°C，二次乳制温度900?935°C，终乳温度790?840°C。
[0018]优选地，钢水精炼过程中吹氩-氮混合气体，其中氩气体积分数为20?50%，氮气体积分数为50?80%。
[0019]优选地，钢水精炼过程中温度控制在1590?1610°C。
[0020]优选地，钢水精炼过程中多元素氮化合金包芯线的喂线速度为200?280m/min，喂线量为1.1?2.2kg/ts(l.l?2.2千克包芯线/吨钢)。
[0021 ] 优选地，所述步骤2)中调整钢水成分，使钢水成分为:C: 0.14?0.18 %，S1: 0.35?0.60%，Mn:1.5?2.0%，V:0.07?0.11%，Nb:0.001?0.005%，T1:0.004?0.009%，B:0.003?0.009%，N:0.011 ?0.015% ,P<0.03% ,S< 0.025%，A1 <0.01%。
[0022]优选地，Q620D钢中H含量控制在< 4ppm，0含量控制在< 15ppm。
[0023]本发明所提出多元素氮化合金与对比专利201410131544.1中的包芯线相比，其物质内在结构有着本质上的差别，多元素氮化合金是几种合金元素同时与氮化合而形成氮化合金，本发明涉及的多元素氮化合金在钢水微合金化过程中保证了氮源的供给并优先选择V、B、Nb等贵金属元素，以最优的方式提高其强化效果，本发明所涉及的微合金化工艺对钢水的精炼工艺有新的要求，创造最佳的钢水微合金化条件，大幅度提高其强化效果和稳定性。
[0024]3.有益效果
[0025]相比于现有技术，本发明的有益效果为:
[0026](1)本发明针对现有技术中存在的问题，设计筛选成分最合适的多元素氮化合金，首先考虑(V+B+Nb)/N比值(V、B和Nb三种元素质量分数之和与N质量分数的比)，使其V、B、Nb充分与N结合发挥其强化作用，此外，本发明添加有利于向V传递N并与其结合，同时对钢性能强化起正相关作用的有益元素，如S1、Mn、T1、Cr等，再次，本发明采用完全不同于现行的工艺方法而是一种新的工艺方法对钢水实行氮化合金微合金化处理；
[0027](2)本发明设计实验筛选验证合适的V+B+Nb三元素含量之和与N含量之比为1.69?2.71，理论上的V/N比值为3.64( S卩V与N完全形成VN化合物二者所需的质量分数的比值)，单一的氮化钒或氮化钒铁的V/N比值分别为5.13和4.3，说明其N含量是不够的，同时因钢水的热力学条件和动力学条件的影响，要求实际含N量要高于理论含N量，所以本发明采取多元素氮化合金来保证氮源的供给;让合金元素充分地形成氮化物或氮碳化物，弥散