一种细化低碳合金钢退火态晶粒尺寸的方法与流程

[0001]
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种细化低碳合金钢退火态晶粒细化的方法。本发明所指低碳合金钢，是指常温组织为铁素体、贝氏体或马氏体中的一种或多种。


背景技术：

[0002]
低碳合金钢一类钢铁材料，强度高，综合性能好，广泛应用于各个领域，其性能取决于其化学成分、制造工艺，其中强度、韧性是重要的性能指标，而细化晶粒是最为有效的可以同时提高强度和韧性的方法之一。钢的晶粒细化技术多年来一直是材料和冶金工作者的研究热点。
[0003]
连铸过程中，由于钢坯冷却速度慢，晶粒沿热梯度方向生长形成粗大的柱状晶，粗大的晶粒会遗传到后续热加工前，降低其轧制性能。解决这一问题的关键是细化退火态（既铸态再加热）的晶粒尺寸。现有技术中，获得细晶粒钢的方法主要有利用相变和再结晶的热处理（或形变热处理）、钢液超速冷却、机械合金化等。这些方法一般加工工艺复杂，流程长，对设备能力或生产成本有较高的要求，而采用特定的细化剂对钢的液态进行变质处理，使浇铸的钢锭再加热后得到相对较细小的晶粒，而后续热加工方法和工艺不需改变，是目前研究的趋势。
[0004]
cn201010131571.0公开了一种含稀土钢铁变质剂及其制备方法，其组份为：5-35％re、2-6％mg、2-12％ti、0-5％b、0.5-5％ca、0-5％ba、0-30％si、其余为fe及少量杂质元素。由于其成分含有镁，在变质过程中会产生光化烟雾，污染环境；同时，其含有的稀土价格昂贵，且制备方法比较繁琐、耗时，不利于大批量生产。
[0005]
cn102277523公开了一种fe-x-c 晶粒细化剂，能提高铸锭等轴晶的比例，但该细化剂制备工艺较繁琐，且未提到对再加热晶粒尺寸的影响。
[0006]
cn106312026公开了一种用于铸钢晶粒和组织细化处理的变质剂，所述细化剂由钛铁、钒铁、铌铁经雾化法得到的粉末按比例混合再加入10%左右稀土制成，该细化剂虽采用商用合金雾化法，但含有较高比例稀土，制备成本高。
[0007]
cn101328549a和cn106756156b公开了一种altib中间合金用于铝及铝合金细化的方法，但钢和铝是完全不同的两种合金体系，而且未有altib中间合金用于钢细化的方法公开报道。
[0008]
本发明要解决的技术问题是，提供一种新型、环保、低成本的细化低碳合金钢退火态（即再加热后）晶粒尺寸的方法。


技术实现要素：

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为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种细化低碳合金钢退火态晶粒尺寸的方法，采用该方法可以细化低碳合金钢退火态晶粒尺寸40%以上。
[0010]
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种细化低碳合金钢退火态晶粒尺寸的方法，其关键技术在于，向钢液中添加形成细
化晶粒的细化剂，其中所述细化剂为商用铝钛硼合金，其常见组分为al-5ti-b、al-3ti-b。
[0011]
本发明所述的一种细化低碳合金钢退火态晶粒尺寸的方法，其中：所述细化剂质量占钢液质量的0.05%-0.3%。
[0012]
本发明所述的一种细化低碳合金钢退火态晶粒尺寸的方法，其中：所述低碳合金钢化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.01～0.18%，mn：0.2～1.30%，si：0.2～0.75%，ni：0～3.5%，mo:0～0.8%, v：0～0.15%，cr：0.15～1.5%，nb：0～0.05%，cu：0～0.3%，al：0.01～0.2%，其余为fe和不可避免的杂质。
[0013]
本发明所述的一种细化低碳合金钢退火态晶粒尺寸的方法，其具体操作步骤如下：（1）将表面洁净的纯铁与不易氧化的钢铁料加入非真空感应炉坩埚内，然后持续通入氩气保护，同时供电加热，氩气压力为0.1-0.2mpa；（2）待加入的钢铁料全部熔清，升温至1550-1600℃后保温1-3min，加入钢液质量分数0-0.2%的铝粒预脱氧，同时通入的氩气压力加大至0.2-0.3mpa，清除表面浮渣；（3）加入易氧化的钢铁料；（4）合金化完成后，加入钢液质量分数0.05%-0.3%的细化剂；（5）升温至1600-1650℃后保温2-5min；（6）停止供电后进行浇铸，得到成分精确、内部致密均匀的铸锭。
[0014]
本发明的设计思路是：本发明采用商用的含细化相的中间合金，利用中频冶炼低碳合金钢，将所述细化剂加入钢液后，不仅可以起到一定的脱氧、脱氮作用，而且在脱除氧氮的同时，可以原位形成aln、tic、tin、tib2等细小的形核质点，这些质点弥散分布在钢中，可以阻碍晶粒在随后的加热过程中的过分长大，得到热加工前较细的原始组织，也可以直接得到退火态的细晶粒钢。
[0015]
采用上述技术方案所产生的有益效果为：本发明适用于低碳合金钢的晶粒细化，可将所述钢铸锭加热后的晶粒尺寸细化40%-70%。
[0016]
本发明将商用铝钛硼中间合金在钢铁料熔炼过程中加入到钢液，脱氧、脱氮、细化晶粒形核等冶金过程一次完成，操作简单，并减少了熔炼工序和时间。
[0017]
本发明提供的方法新型、环保、低成本，有利于生产推广。
附图说明
[0018]
图1是实施例1所得低碳合金钢显微组织图；图2是实施例2所得低碳合金钢显微组织图；图3是实施例3所得低碳合金钢显微组织图；图4是实施例4所得低碳合金钢显微组织图；图5是实施例5所得低碳合金钢显微组织图；图6是实施例6所得低碳合金钢显微组织图。
具体实施方式
[0019]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0020]
实施例1本实施例所述的一种细晶粒低碳合金钢的制备方法包括如下步骤：（1）将表面洁净的纯铁与不易氧化的钢铁料加入非真空感应炉坩埚内，然后持续通入氩气供电加热，氩气压力为0.2mpa；（2）加入的钢铁料全部熔清，升温至1550℃后保温3min，加入钢液质量分数0.2%的铝粒预脱氧，同时通入的氩气压力加大至0.3mpa，清除表面浮渣；（3）加入易氧化的钢铁料；（4）合金化完成，加入钢液质量分数0.05%的铝钛硼合金细化剂；（5）升温至1600℃后保温2min；（6）清除表面浮渣，停止供电后进行浇铸，得到成分精确、内部致密均匀的铸锭。
[0021]
经检测，所制备铸锭化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.09%，mn：1.3%，si：0.2%，ni：2.8%，mo:0.7%, v：0.03%，cr：0.58%，nb：0.03%，cu：0.2%，al：0.12%，其余为fe和不可避免的杂质。
[0022]
铸锭取样经随炉加热至温度1150℃，保温2h，研磨、抛光后，使用4%硝酸酒精腐蚀，其晶粒尺寸74.5μm。
[0023]
实施例2本实施例所述的一种细晶粒低碳合金钢的制备方法包括如下步骤：（1）将表面洁净的纯铁与不易氧化的钢铁料加入非真空感应炉坩埚内，然后持续通入氩气供电加热，氩气压力为0.1mpa；（2）加入的钢铁料全部熔清，升温至1600℃后保温1min，加入钢液质量分数0.1%的铝粒脱氧，同时通入的氩气压力加大至0.2mpa，清除表面浮渣；（3）加入易氧化的钢铁料；（4）合金化完成，加入钢液质量分数0.1%的铝钛硼合金细化剂；（5）升温至1650℃后保温4min；（6）清除表面浮渣，停止供电后进行浇铸，得到成分精确、内部致密均匀的铸锭。
[0024]
经检测，所制备铸锭化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.12%，mn：0.82%，si：0.38%，ni：3.5%，mo:0.74%, v：0.03%，cr：0.58%，nb：0.03%，cu：0.22%，al：0.14%，其余为fe和不可避免的杂质。
[0025]
铸锭取样经随炉加热至温度1150℃，保温2h，研磨、抛光后，使用4%硝酸酒精腐蚀，其晶粒尺寸37.5μm。
[0026]
实施例3本实施例所述的一种细晶粒低碳合金钢的制备方法包括如下步骤：（1）将表面洁净的纯铁与不易氧化的钢铁料加入非真空感应炉坩埚内，然后持续通入氩气供电加热，氩气压力为0.1mpa；（2）加入的钢铁料全部熔清，升温至1580℃后保温2min，加入钢液质量分数0.1%的铝粒脱氧，同时通入的氩气压力加大至0.2mpa，清除表面浮渣；（3）加入易氧化的钢铁料；（4）合金化完成，加入钢液质量分数0.3%的铝钛硼合金细化剂；（5）升温至1600℃后保温5min；
（6）清除表面浮渣，停止供电后进行浇铸，得到成分精确、内部致密均匀的铸锭。
[0027]
经检测，所制备铸锭化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.18%，mn：0.79%，si：0.37%，ni：2.85%，mo:0.75%, v：0.04%，cr：0.58%，nb：0.03%，cu：0.22%，al：0.2%，其余为fe和不可避免的杂质。
[0028]
铸锭取样经随炉加热至温度1150℃，保温2h，研磨、抛光后，使用4%硝酸酒精腐蚀，其晶粒尺寸37.3μm。
[0029]
实施例4本实施例作为实施例1-3的对比，未加入细化剂。
[0030]
本实施例所述的一种低碳合金钢的制备方法包括如下步骤：（1）将表面洁净的纯铁与不易氧化的钢铁料加入非真空感应炉坩埚内，然后持续通入氩气供电加热，氩气压力为0.2mpa；（2）加入的钢铁料全部熔清，升温至1550℃后保温3min，加入钢液质量分数0.2%的铝粒脱氧，同时通入的氩气压力加大至0.3mpa，清除表面浮渣；（3）加入易氧化的钢铁料；（4）合金化完成，继续升温；（5）升温至1600℃后保温2min；（6）清除表面浮渣，停止供电后进行浇铸，得到成分精确、内部致密均匀的铸锭。
[0031]
经检测，所制备铸锭化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.09%，mn：0.79%，si：0.37%，ni：2.82%，mo:0.73%, v：0.04%，cr：0.55%，nb：0.03%，cu：0.22%，al：0.14%，其余为fe和不可避免的杂质。
[0032]
铸锭取样经随炉加热至温度1150℃，保温2h，研磨、抛光后，使用4%硝酸酒精腐蚀，其晶粒尺寸120.8μm。
[0033]
实施例5本实施例所述的一种细晶粒低碳合金钢的制备方法包括如下步骤：（1）将表面洁净的纯铁与不易氧化的钢铁料加入非真空感应炉坩埚内，然后持续通入氩气供电加热，氩气压力为0.1mpa；（2）加入的钢铁料全部熔清，升温至1580℃后保温2min，加入钢液质量分数0.1%的铝粒脱氧，同时通入的氩气压力加大至0.2mpa，清除表面浮渣；（3）加入易氧化的钢铁料；（4）合金化完成，加入钢液质量分数0.1%的铝钛硼合金细化剂；（5）升温至1620℃后保温3min；（6）清除表面浮渣，停止供电后进行浇铸，得到成分精确、内部致密均匀的铸锭。
[0034]
经检测，所制备铸锭化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.01%，mn：1.1%，si：0.75%，cr：0.1%，al：0.01%，其余为fe和不可避免的杂质。
[0035]
铸锭取样经随炉加热至温度1250℃，保温2h，研磨、抛光后，使用4%硝酸酒精腐蚀，其晶粒尺寸62.3μm。
[0036]
实施例6本实施例作为实施例5的对比，未加入细化剂。
[0037]
本实施例所述的一种细晶粒低碳合金钢的制备方法包括如下步骤：
（1）将表面洁净的纯铁与不易氧化的钢铁料加入非真空感应炉坩埚内，然后持续通入氩气供电加热，氩气压力为0.2mpa；（2）加入的钢铁料全部熔清，升温至1580℃后保温2min，加入钢液质量分数0.15%的铝粒脱氧，同时通入的氩气压力加大至0.3mpa，清除表面浮渣；（3）加入易氧化的钢铁料；（4）合金化完成，继续升温；（5）升温至1620℃后保温3min；（6）清除表面浮渣，停止供电后进行浇铸，得到成分精确、内部致密均匀的铸锭。
[0038]
经检测，所制备铸锭化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.03%，mn：1.3%，si：0.7%，cr：0.14%，al：0.03%，其余为fe和不可避免的杂质。
[0039]
铸锭取样经随炉加热至温度1250℃，保温2h，研磨、抛光后，使用4%硝酸酒精腐蚀，其晶粒尺寸150.3μm。
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以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。