一种工业原料制备非晶钢用预熔渣的制作方法

本发明涉及铁基非晶熔体纯净化处理技术，是一种新型的预处理熔渣。

背景技术：

目前对于铁基非晶合金及其复合材料的制备，原料多选用高纯元素，成本高且对于制备工艺要求严格。工业原材料价格低廉但杂质含量高，尤其是过量的磷和硫元素将使得非晶钢的强度和塑韧性同时下降，因此由工业原料制备非晶钢必须要在冶炼过程中脱磷硫。目前对于磷硫除杂有很多种方法，如控制氧化还原气氛、压力、温度等条件都能在一定程度上控制磷硫含量，但工艺复杂，通过预熔渣预处理钢水同时脱磷硫，工艺简单有效。其中cao基预熔渣价格低廉、来源广泛，处理回收简单方便、且对环境污染很小，而稀土元素ce对于p、s元素化学亲和力强，可用于提高预处理的除杂效果，并同时提高非晶形成能力。因此新型工业原料预处理制备非晶钢用混合预熔渣的开发，将降低制备成本并优化非晶钢的力学性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种工业原料制备非晶钢用预熔渣。

本发明是一种工业原料制备非晶钢用预熔渣，按质量百分比计，其组方为：cao：27.3%-30%；sio2：9.1-10%；fe2o3：54.6-60%；ce：0-9%。

本发明的有益效果在于：所发明的混合预熔渣对工业原材料制备高强韧非晶钢的熔体预处理除杂，脱磷脱硫效果显著。

附图说明

图1为本发明实施例熔渣等温液相线图，图2为本发明实施例经预熔渣处理制得非晶钢的xrd衍射图谱，图3为本发明实施例非晶钢的室温压缩应力-应变曲线。

具体实施方式

本发明是一种工业原料制备非晶钢用预熔渣，按质量百分比计，其组方为：cao：27.3%-30%；sio2：9.1-10%；fe2o3：54.6-60%；ce：0-9%

根据上述的预熔渣，按质量比，其组方cao：sio2：fe2o3=3：1：6。

实现本发明目的的技术解决方案为：通过预处理除杂提高工业原料熔制母合金的熔体脱磷硫率，由热力学计算确定渣系组方，制备获得具备优异的综合力学性能的非晶钢。

cao-sio2-fe2o3渣系中fe2o3作为氧化剂，cao为碱性氧化物，sio2为酸性氧化物，

根据factsage软件计算确定渣系组方的液相线温度，使其在熔炼设备安全温度范围内。脱硫反应是将金属液中的熔融[s]转变为（cas）进入熔渣，脱磷反应是将磷氧化成+5价与碱性氧化物结合，固定在磷酸盐中，最后由渣带出。渣系的熔融温度和碱度是影响预处理脱磷硫的重要因素，选择合适的成分配比是预处理除磷硫的关键。确定渣系成分配比时，渣的碱度大于2.5时能利于脱硫，2.5～4时对脱磷有利，温度应该控制在1400～1500℃。对于脱磷反应来说，为强放热反应，控制在中温1400～1500℃有利于脱磷反应进行；对于脱硫反应来说，高温下容易造成高碱度，利于形成流动性好的渣。ce元素对于p、s元素也有较强的亲和力，其磷化物和硫化物熔点高且密度小，可从合金液中上浮而去除；另一方面由于其原子尺寸大，对于非晶，引起的原子尺寸差和较大的负混合焓能够提高非晶形成能力，对于晶体，能够促进异质形核从而通过细晶强化的方式同时提高合金的塑性和强度。

比较好的选择：混合预熔渣，按质量比，其组方cao：sio2：fe2o3=3：1：6。

以下通过实施例进一步展开本发明。实施例的冶炼是在真空感应炉中进行，待处理非晶钢锭是由工业生铁、磷铁、铬铁、硫铁等配制的fe-15mn-5si-10cr-0.6c(wt.%)合金，所用工业原材料的化学成分如表1所示。钢锭中加入每次加入5g预熔渣，熔炼四次后由铜模铸造成试样，预熔渣化学成分列于表2。电感耦合等离子发射光谱仪p和s元素含量测定结果列于表3，实施例经预处理除杂后的p、s脱除率列于表4，经预熔渣处理制得非晶钢的室温压缩力学性能列于表5。

表1是本发明实施例配制钢锭的工业原料化学成分(wt.%)。

表2是本发明实施例预熔渣的化学成分(wt.%)。

如图1所示，为预熔渣等温液相线图，熔点温度在熔炼设备安全温度范围内。

如图2所示，为经预熔渣处理工业原料制备非晶钢的xrd衍射图谱，本发明实施例的非晶基体上均有奥氏体相析出，为非晶复合结构。

表3是本发明实施例电感耦合等离子发射光谱仪p和s元素含量测定结果。

表4是本发明四个实施例经预处理除杂后的p、s脱除率，预熔渣预处理除杂效果显著，脱p率最高81.7%，脱s率最高91.7%。

如图3所示，为经预熔渣处理工业原料制备非晶钢的室温准静态压缩工程应力-应变曲线，发生显著的塑性变形伴随强烈的加工硬化，具有很高的断裂强度。室温压缩实验按照gb/t7314-2005金属材料室温压缩试验方法进行。

表5是本发明实施例经预熔渣处理工业原料制备非晶钢的室温压缩力学性能，本发明实施例力学性能优异，其断裂强度高达3589mpa，塑性应变达到30.8%。

表1本发明实施例配制钢锭的工业原料化学成分(wt.%)：

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表2是本发明实施例预熔渣的化学成分(wt.%)：

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表3本发明实施例电感耦合等离子发射光谱仪元素含量测定结果：

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表4本发明实施例工业原料制备非晶钢除杂后的p、s脱除率：

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表5本发明实施例工业原料制备非晶钢的室温压缩力学性能：

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技术特征：

技术总结
一种工业原料制备非晶钢用预熔渣，按质量百分比，其组方为：Cao：27.3%‑30%；SiO2：9.1‑10%；Fe2O3：54.6‑60%；Ce：0‑9%。本发明的实施例的非晶基体上均有奥氏体相析出，为非晶复合结构。本发明的力学性能优异，其断裂强度高达3589MPa，塑性应变达到30.8%。四个实施例经预处理除杂后的P、S脱除率，预熔渣预处理除杂效果显著，脱P率最高81.7%，脱S率最高91.7%。

技术研发人员：赵燕春;蒋建龙;毛雪晶;赵鹏彪;孙浩;杨壮;寇生中
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：2019.05.23
技术公布日：2019.08.20