一种新型汽车用中锰钢保护渣及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型汽车用中锰钢保护渣及其应用；属于钢铁连铸技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着我国汽车工业的发展，对超高强钢的需求越来越高，也对其成形性能提出了 越来越高的要求。锰元素可以提高钢的强度和塑性等性能，因此锰钢逐渐成为了汽车钢的 发展方向。例如，第二代汽车用钢TWIP钢不仅具有很高的强度和成型性，还具备很好的吸 收撞击能量的能力；第三代汽车用钢中锰钢强塑积在30GPa%左右，兼具高强度和高延伸 率，并且成本适中，具有极好的应用前景。
[0003] 目前，汽车钢用中锰钢已采用炼钢-连铸-轧钢技术路线生产，尤其是连铸技术的 应用，极大的提高了中锰钢的生产效率。保护渣是连铸过程中重要的功能材料，在连铸结 晶器内发挥绝热保温，防止钢水二次氧化，吸收非金属夹杂，润滑坯壳和控制传热等重要作 用。然而，在连铸过程中，钢液中的锰或其它合金元素（铝等）会与保护渣部分成分发生氧 化还原反应，例如：[Mn]+l/2(Si0 2) = l/2[Si] + (MnO)，[Al]+3/4Si02= l/2Al 203+3/4[Si] 等，或者这些合金元素与钢液中的氧结合形成氧化夹杂物。渣钢界面反应和氧化夹杂物导 致保护渣中MnO等合金元素氧化物含量增加，SiO 2消耗将引起的保护渣碱度（Ca(VSiO2)升 高，其结果是导致保护渣粘度和结晶性能发生显著变化，进而影响了保护渣的润滑及控制 传热功能，严重时使连铸过程不能正常进行，铸坯经常出现凹陷，裂纹，夹杂等质量缺陷。
[0004] 在钢液凝固过程中，中锰钢铸锭表现出典型三层凝固结构：即最外层为激冷层，然 后是柱状晶区，中间部分为等轴晶，但是由于中锰钢的导热系数较低，铸坯中易形成粗大的 柱状晶，该组织在钢成形过程中形变能力与其他晶体学织构差异大，制品表面会出现凹凸 不平的缺陷。为抑制铸坯中粗大柱状晶的产生并提高其等轴晶率，可将结晶器内铸坯的冷 却速率控制在合理的范围内，达到促进晶核析出提高等轴晶率的目的，因此，通过调节和优 化保护渣的传热特性，控制结晶器内的冷却条件是解决上述问题的有效手段之一。
[0005] 从文献检索的情况来看，目前有一些针对锰钢连铸过程设计和开发的保护渣。 例如公开号为CN103667913A《一种高屈服强度，高塑性TWIP钢的生产方法》，公开号为 CN103008590A《一种中碳锰钢用连铸结晶器保护渣》及公开号为CN102423795A《一种高锰 钢的连铸方法》中所提及的保护渣。但这些保护渣的设计未充分考虑渣钢反应会导致保护 渣结晶，粘度等理化特性的影响，以及由此而产生的热流不稳定及铸坯质量差等问题，因此 这些保护渣不适合用于板坯连铸机生产中锰钢。尤其不适合用于板坯连铸机生产含有铝， 钛等活泼金属元素的汽车用钢中锰钢。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种组分配比合理，可抑制渣钢反应， 不易变性，粘度，熔化温度，结晶特性稳定的保护渣及其在中锰钢连铸中的应用。
[0007] 本发明一种新型汽车用中锰钢保护渣，以质量百分比计包括下述组分：
[0008] CaO 29?37%，优选为31?36%，进一步优选为32. 1?35. 8% ;
[0009] Al2O3 16?25%，优选为16?23%，进一步优选为16. 8?2L 9% ;
[0010] SiO2 10?15%，优选为11?15%，进一步优选为11. 5?13. 5% ;
[0011] MgO 2?7%，优选为2?6%，进一步优选为3. 8?5. 3% ;
[0012] Na2O 10 ?14%，优选为 11 ?14%，进一步优选为 11. 5 ?13. 1% ;;
[0013] Li2O 1?5%，优选为1?4%，进一步优选为I. 1?1. 9% ;
[0014] MnO 1?7%，优选为3?6%，进一步优选为4. 5?5.5% ;
[0015] F_ 9?13%，优选为10?13%，进一步优选为11. 2?12. 8%。
[0016] 本发明所述保护渣中，CaO与Al2O3质量比为1.2?2. 2:1。优选为1.4-2. 1 :1，进 一步优选为1. 5-2. 0 : L
[0017] 本发明所述保护渣中，Γ以CaF 2, NaF，Na3AlF6中任意一种的形式配入保护渣。
[0018] 本发明所述保护渣中，保护渣的熔点为1100?1200°C，1300°C的粘度为0. 10? 0· 3Pa · s，结晶率为40?60%。
[0019] 本发明所述保护渣，在连铸过程中传递热流为I. 1?I. 6MW/m2。
[0020] 本发明所述保护渣的应用，包括用作汽车用中锰钢连铸过程中的保护渣。
[0021] 本发明所述保护渣的应用，所述汽车用中锰钢，其Mn的质量百分含量为3.0? 15. 0%，优选为4?11 %，进一步优选为5.0?10. 0%。
[0022] 本发明所述保护渣的应用，所述汽车用中锰钢，其铝的质量百分含量为1?8%， 优选为1-7 %，进一步优选为1-6 %，更进一步优选为3-6 %。
[0023] 原理及优势
[0024] 原理
[0025] 本发明所述的保护渣为CaO-Al2O3保护渣，由于Al 203不易钢液中的活泼金属发生 反应，用Al2O3替代传统保护渣中的SiO 2，得到的CaO-Al2O3系保护渣是一种非反应渣系，此 类保护渣成分中Al 2O3含量较高并且不易与钢中活泼金属元素发生反应，并且由于SiO 2含 量较少，熔渣体系中SiOjS动较低，因此可有效抑制[Mn]+l/2(Si02) = l/2[Si] + (Mn0)， [Al]+3/4Si02= l/2Al 203+3/4[Si]等澄钢界面反应的正向进行。
[0026] 本发明所述保护渣中，添加 Γ的主要目的是：控制保护渣的结晶能力，将保护渣的 结晶率控制在合适的范围内，进而控制热流大小，使冷却速率稳定在合理的范围内，促进晶 核产生，从而提高铸坯内部的等轴晶率，减少粗大柱状晶的产生。
[0027] 本发明所述保护渣中，添加 Na2O和Li2O的主要目的是：利用Na2O和Li2O的协同 作用，实现了降低保护渣粘度的目的，同时也实现了降低保护渣熔点的目的。
[0028] 本发明所述保护渣中，添加 MnO的主要目的是：作为过渡金属氧化物，能起到控制 辐射传热的作用，可进一步加强对结晶器内热流的控制，从而实现结晶器内合适的冷却条 件。此外，熔渣体系中MnO活度增大，进一步抑制[Mn]+1/2 (SiO2) = 1/2 [Si]+ (MnO)反应 的正向进行。
[0029] 与现有技术相比较本发明所具有的优势：
[0030] 1)有效抑制渣钢界面反应。CaO-Al2O3系保护渣是一种非反应渣系，有效的抑制了 渣钢反应平衡的向右的进行，稳定了保护渣的成分，进而将保护渣的理化性能控制在合理 的范围内。
[0031] 2)较好的控制传热能力。可通过调节Γ调节保护渣的结晶能力控制结晶内热流 大小，MnO为过渡金属氧化物，对辐射传热也有良好的调控作用。因此，可通过调节保护渣 中熔剂的成分实现对结晶器内热流的控制，进而保证钢液以合适的冷却速率速率凝固，促 进晶核产生，提高铸坯中的等轴晶率，减少铸坯中粗大柱状晶的产生。
[0032] 3)渗渣和润滑效果好。通过添加助熔剂Na20, Li2,MgO在各组元的协同作用下，降 低了保护渣的熔点和粘度，从而增加连铸过程中保护渣的消耗量，保障铸坯得到良好的润 滑。
[0033] 综上所述，本发明提供的一种保护渣，具有抑制渣钢界面反应，不易变性，粘度低 等优点。连铸过程中，该保护渣保持较好的流动性，渣耗正常，保护渣较好的实现了润滑和 传热控制功能，大幅减少铸坯纵裂和夹杂等缺陷，提高铸坯等轴晶率等。特别是将本发明所 开发的保护渣用于汽车用中，高锰钢的连铸过程时，能有效地抑制熔融状态下的保护渣与 合金间的界面反应，对热流有较强的控制能力，提高保护渣渗透能力，实现弯月面的缓冷， 进而达到减少铸坯裂纹及凹陷，提高铸坯质量的目的。
【具体实施方式】
[0034] 以下结合实例对本发明作进一步的阐述，实例仅用于说明本发明，而不是以任何 形式来限制本发明。
[0035] 本发明的保护渣的熔化温度，1300°C的粘度分别采用冶金行业标准ΥΒ/Τ186和 YB/T185测定。保护渣结晶性能和传热性能分别采用行业通用的热丝法和红外发射系统测 定。测试过程中首先将保护渣原料按目标成分称量混合，在研钵中研磨混合均匀，然后放入 中频感应炉升温至1500°C熔化保护渣，待其熔化后搅拌使其成分均匀保温lOmin。将熔融 态渣倒入水中急冷得到玻璃态保护渣块体碾磨成粉末后进行热丝实验，得出保护渣结晶分 数数据，或者将熔渣倒入模具中并退火保温，制成玻璃态保护渣片用于传热性能的测定，得 出可评判保护渣传热能力的热流数据。
[0036] 实施例1
[0037] 一种汽车用中，高锰钢连铸结晶器保护渣，其成分质量百分含量为：CaO 32. 1%， Al2O3 21. 3%，SiO2 11. 8%，MgO 3. 8%，Na2O 12. 7%，Li2O 1. 4%，MnO 4. 8%，Γ 12. 1%。 该保护渣CaOAl2O3为1.5。采用上述方法测得的保护渣的主要物性指标见表1所示。该实施 例所设计的保护渣用于质量百分含量为C 0. 5% ,Mn 6. 5% ,Al 3. 5%的汽车用钢中锰钢 连铸工艺；所得铸坯等轴晶比例为88%，铸坯纵裂和夹杂的情况出现的概率低于