專利名稱：：一種低碳低氮中鈦鐵的制作方法
技術領域：
：本發明涉及鐵合金
技術領域：
，具體地說，本發明涉及一種低碳低氮中鈦鐵，該低碳低氮中鈦鐵尤其適用于冶煉IF鋼。
背景技術：
：超深沖鋼，即IF鋼(無間隙原子鋼)，是繼沸騰鋼、低碳鋁鎮靜鋼后，當今世界新一代深沖性能最好的鋼板。它是在超低碳、低氮鋼中加入適量的鈦或鈮，使鋼中的碳、氮間隙原子完全被固定成碳、氮化合物，鋼中沒有間隙原子存在。IF鋼鋼板表面質量極高，其塑性應變比r值(塑性各向異性)達1.9以上、應變硬化指數n達0.27、伸長率達50%，具有非常好的沖壓成形性能，且無時效性、無屈服平臺，是近期新開發的具有極優深沖性能的第三代沖壓用鋼，特別適用于形狀復雜、表面質量要求特別嚴格的沖壓件。根據不同穩定化合金元素，有三種類型的IF鋼，分別為含TIIF鋼、含Nb+TilF鋼和含NbIF鋼，這三種IF鋼的生產都可以采用連續退火和熱鍍鋅工藝。在含TiIF鋼中，Ti在凈化碳之前先要和氮、硫結合，因此TiIF鋼中的Ti的最低含量由下列關系式給出Ti》3.43N+1.5S+4C。在含Nb+TilF鋼中，要加入足夠的Ti與N形成TiN，剩下的Nb以NbC形式凈化C。在含NbIF鋼中，C僅由Nb凈化，至于N則大部分與A1結合成A1N。在這三類IF鋼中，含TiIF鋼對成分和工藝波動的敏感性最小。IF鋼的生產工藝路線一般為鐵水預處理一復吹轉爐煉鋼一RH精煉一板坯連鑄一熱連軋一冷軋、退火、鍍鋅等，但由于超低碳IF鋼對深沖性能、表面質量等要求極高，所以生產難度很大。超低碳IF鋼冶煉的主要難點在于獲得超低碳和超低氮鋼水，得到表面質量極高的連鑄坯。目前，先進的RH真空精煉設備可以將鋼水中的碳含量降估至0.0015%以下，但稍有不慎，鋼包耐材、中間包覆蓋劑和結晶器保護渣等材料會導致鋼水增碳約0.0025~0.0040%，鋼水中的碳含量也增加至0.0050%以上，完全喪失RH精煉設備的冶金效果。通過優化轉爐吹煉工藝，鋼水中的氮含量可以降低至0.0010-0.0015%，但是在連鑄過程中，如果發生保護澆鑄不好，鋼水可以增氮0.0030%，鋼水中的氮含量會增加至0.0050%。在攻克IF鋼生產技術上的這些難題中，首鋼技術研究院科研人員和遷鋼公司技術人員圍繞超低碳和超低氮冶煉、RH深脫碳處理和保護澆鑄等關鍵技術進行了攻關，基本掌握了超低碳IF鋼的冶煉技術，試制結果顯示在正常鑄坯中，碳含量在0.0030%左右，磷和硫含量在0.0070%左右，氮和總氧含量都在0.0020%以下，基本接近世界同類鋼種的最好水平。表1為IF鋼的典型化學成分。表lIF鋼的典型化學成分<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>鑒于IF鋼要求的超純凈度(鋼水中碳《0.0030%、氮《0.0020%)，作為冶煉IF鋼的重要合金一一鈦鐵，也要求其所含雜質元素(特別是碳、氮、磷、硫、硅元素)盡可能低，否則不但會對鋼水造成二次污染，而且會影響成品鋼材的延伸率和深沖性。鈦鐵，尤其是高鈦鐵是以金屬鈦加鐵重熔而成，如專利申請號為200610023557.2，名稱為"低氮鈦鐵及其制造方法和包芯線"的中國申請專利公開了一種低氮鐵及其制造方法，該低氮鈦鐵雜質含量(碳、氮、磷、硫等)較低，能滿足冶煉IF鋼的需要，但該高鈦鐵是以金屬鈦重熔而成，單位品質成本比鈦精礦冶煉鈦鐵高達數倍，因價格高而無法在冶煉IF鋼中廣泛使用。而金紅石冶煉的高鈦鐵(70鈦鐵)，其含氧量高達812%，二氧化鈦雜質含量高，由于IF鋼中要求氧含量《0.002y。，若鈦鐵中氧含量達812%，顯然無法滿足IF鋼的產品的要求。也有直接采用鈦精礦生產低硅鈦鐵，如專利號為97107131.4，名稱為"低硅鈦鐵的制備方法"的中國專利以及專利申請號為03113095兀名稱為"低硅鈦鐵及其制備方法"的中國申請專利，它們均提供了一種低硅鈦鐵的制備方法，即以鈦材廢料和鈦精礦為原料，采用鋁熱法和重熔法相結合的熔煉方法。所謂鋁熱法結合重熔法是指在鋁熱法熔煉過程中加入部分純廢鈦，其特點是純廢鈦雜質少且以金屬鈦的狀態加入，可以減少主要原材料和還原劑鋁的加入量，但卻大大增加了熔煉成本，另外所得的低硅鈦鐵的鋁含量偏高，雖然鋁可固定鋼中的間隙原子氮，形成微細的A1N，從而得到微細的鐵素體晶體，保證了鋼板的韌性，但過多的鋁不但會生成粗大的A1N造成鋼板韌性劣化，而且會在鋼中形成大量彌散的針狀八1203夾雜物，損害鋼板內質健全性、室溫形變能力和焊接性，且上述兩種鈦鐵未涉及對其氮含量的控制，氮在IF鋼中的危害特別突出，它不僅能極大地提高鋼板的屈服強度和應變硬化率，而且能大幅度地降低鋼板沖擊韌性及焊接性能。專利申請號為200710019619.7，名稱為"一種低碳低硅鈦鐵及其制備工藝"的中國申請專利公開了一種低碳低硅鈦鐵，它主要含有鈦、鋁和鐵，還含有硅、碳、磷、硫、銅和錳，各組份重量百分比(％)組成為鈦45~55、鋁812、硅《1.5、碳0.02-0.05、磷《0.04、硫《0.03、銅0.050.1和鐵余量，它以鈦精礦和金紅石為原料，采用鋁熱法的熔煉方法制得，該低碳低硅鈦鐵能降低鈦合金的冶煉成本，使鈦具有較好的利用率，但未對鈦鐵中含氮量作要求，且其含鋁量同樣偏高。專利申請號為200510094826.X，名稱為"用于冶煉含鈦鋼種的低硅鈦鐵"的中國申請專利公開了一種低硅鈦鐵，其成分為鈦38~42%、鋁8~12%、硅0.8~1.5%、碳0.02~0.05%、磷0.01~0.02%、硫0.01~0.02%、銅0.10.15%、錳1.5~2%，鐵余量。該鈦鐵含鋁量偏高，且也未涉及對氮含量的要求。一般IF鋼中要求鋁含量《0.06wt。/c)，氮含量《0.002wtM，因為當鈦鐵中的氮進入鋼水中，增加鋼水中有害元素氮含量，對鋼材的深沖性能影響很大，同時鈦鐵中較多的鋁與鋼中的氧結合生成A1203，因此時己沒有上浮條件，形成脆性夾雜物殘留在鋼中，也惡化了鋼材的深沖性能。為了解決上述問題，本發明者通過合理配料，選擇低氮容量渣系，通過鋁熱法熔煉制得了一種低碳低氮中鈦鐵，該低碳低氮中鈦鐵中的碳、氮、硫、磷等雜質含量低，可用于冶煉深沖性能優異的IF鋼。本發明的目的在于提供一種低碳低氮中鈦鐵。
發明內容本發明提供的低碳低氮中鈦鐵所含鈦的重量百分比含量為，38~42%，其中還含有鋁、硅、碳、氮、磷、硫、銅、錳和鐵，所述鋁和氮的重量百分比含量分別控制在<8.5%和《0.05%。在一個優選實施方式中本發明的低碳低氮中鈦鐵所含鋁的重量百分比含量控制在《7%。在另一個優選實施方式中本發明的低碳低氮中鈦鐵所含硅、碳、磷、硫、銅、錳、鐵的重量百分比含量分別控制為硅《1.5%、碳《0.05%、磷《0.02%、硫《0.03%、銅《0.1%、錳《2%，余量為鐵。在另一個優選實施方式中本發明的低碳低氮中鈦鐵所含硅的重量百分比含量控制在《1.15。下面，對本發明的低碳低氮中鈦鐵的化學成分作用作詳細敘述。鈦鈦可與鋼中的間隙原子碳、氮結合形成細小的析出物，消除鋼的基體中碳、氮原子的存在。它與鋼中C、N結合，不僅生成穩定性很高的TiC、TiN粒子，消除鋼中固溶的C、N原子，而且生成的TiC、TiN粒子具有較強的細化晶粒效果和析出強化效果，可提高鋼板的沖擊韌性及焊接性能。本發明的低碳低氮中鈦鐵的鈦含量控制為38~42wt%。碳雖然具有強化鋼強度和硬度的作用，但對于IF鋼來說，隨著其含量的增加，會使IF鋼的沖擊韌性下降，脆性轉變溫度明顯上移，一般要求IF鋼中的碳含量《0.003wt%，因此本發明的低碳低氮中鈦鐵中碳含量控制在《0.05wt。/0。鋁可固定鋼中的間隙原子氮，但過多的鋁會與鋼中的氧結合形成大量彌散的針狀Al203夾雜物，因此時己沒有上浮條件，Al203將形成脆性夾雜物殘留在鋼中，也惡化了鋼材的深沖性能，損害鋼板內質健全性、室溫形變能力和焊接性。一般IF鋼中要求鋁含量《0.06wty。，因此當鈦鐵中的鋁含量〈8.5wty。，則帶到鋼中的鋁小于0.0255wtn/。，不影響IF鋼的質量，更優選的是，本發明低碳低氮中鈦鐵的鋁含量《7wtM。氮氮是一種間隙原子，在IF鋼中的危害特別突出，因為當鈦鐵中的氮進入鋼水中，增加鋼水中有害元素氮含量，它不僅會極大地提高鋼板的屈服強度和應變硬化率，而且將大幅度地降低鋼板沖擊韌性及焊接性能。一般IF鋼中要求氮含量《0.002wty。，但鈦鐵生產中必定會含氮，由于控制方法不同，最終鈦鐵的含氮量也不同，由于鈦和氮的結合力很強，若鈦鐵中的氮含量為0.2wty。，則進入鋼中的氮含量為0.0006wt%，本發明低碳低氮中鈦鐵的氮含量《0.05wt。/。。'硅IF鋼的應變硬化率、脆性轉變溫度會隨著硅含量的增加而增加，同時IF鋼的拉伸延伸率會下降，因此雜質元素硅的含量控制在《1.5wty。，更優選的是，硅含量控制在《1.15wt。/。。磷、硫鋼中不可避免的有害夾雜物，對IF鋼的拉伸延伸率損害很大，理論上要求它們的含量越低越好，本發明低碳低氮中鈦鐵的磷含量和硫含量分別控制為磷《0.02wt%、硫《0.03wt0/0。銅、錳銅、錳的存在使鋼在凝固或熱加工等加熱過程中生成低熔點的物質在晶界析出，易產生晶間裂紋。一般IF鋼中要求Cu含量越低越好，錳《0.2wt。/。，'因此本發明低碳低氮中鈦鐵的銅含量和錳含量分別控制為銅《0.1wty。、錳《2wtW。本發明的低碳低氮中鈦鐵以鈦精礦和金紅石為原料，釆用鋁熱法熔煉制得。具體方法按照以下步驟進行(1)按要求選料、烘烤；(2)按重量配比分別配混主料、精煉料和點火劑，主料由鈦精礦、金紅石、鋁粒、鐵磷、石灰、瑩石、發熱劑組成，精煉料由鋁粒、鐵磷、石灰、瑩石、發熱劑組成，點火劑由鋁粒、鐵磷、硝酸鈉組成；(3)將一定量的主料和點火劑所組成的底料投入熔煉爐，用紅火激發點火劑；(4)待反應形成熔池后向熔爐內投入主料；(5)待主料反應完畢后，投加精煉料；(6)投加渣面緩凝劑石灰粉；(7)排渣、冷卻、精整篩分。在本發明鈦鐵的熔煉過程中，采取了一定的措施防止過量的氮、鋁、硅、碳及其它雜質進入其中本發明通過合理的配料控制鈦鐵中的含鋁量，即通過鋁熱法中鋁的加入量來加以控制；通過控制原料(鈦精礦、金紅石，石灰)的含碳量來達到鈦鐵中的低含碳量；通過選擇低Si02的鈦精礦和金紅石以降低鈦鐵中硅含量，只有Si02含量低，才能減少硅進入產品中，同時提高爐渣堿度抑制二氧化硅的還原以達到控制鈦鐵中含硅量的目的；選擇低氮容量渣系的爐渣(主要成分Al2O36070%，CaO5~10%，CaF23~5%)，該爐渣具有低.熔點、高密度、低溶解度等特點，對氮的溶解能力很弱，能有效地防止爐渣吸入大氣中的氮，從而阻止大氣中氮向渣中轉移和渣中氮向鈦鐵中轉移，此外，爐渣中的螢石(CaF2)可降低爐渣熔點而不降低堿度，從而形成防止或減少氮進入的渣系。本發明的有益效果為由于本發明低碳低氮中鈦鐵中的碳、氮、硫、磷等雜質元素含量得到了有效的控制，含量均很低，因此完全可用于冶煉深沖性能優異的IF鋼。具體實施方式以下用實施例對本發明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發明最佳實施方式的描述，并不對本發明的范圍有任何限制。實施例11、設備反射爐、轉鼓式混料機、中間料倉、冶煉爐等。2、原料要求鈦精礦TiO2》50%，Si02《1.2%，ZFe《35%，C、S、P均《0,02。/。；金紅石TiO2》90%，Si02《1.5%，C、S、P均《0.02。/o;鋁粒Al》99%，Si《0.5%，粒度0.90.12mm(20120目);鐵磷ZFe》65%，Si《1.5%，粒度《0.9mm(20目);石灰CaO》90%，C《0.2%，粒度《2mm(IO目)；瑩石CaF2》90%，粒度《2mm(10目)；氯酸鉀KC103》99.5%，粒度《2mm(10目)。3、原料組成把以上原料，按下述配比和步驟分成不同的操作用料，供后續操作使用。主料鈦精礦金紅石鋁粒鐵磷石灰瑩石氯酸鉀為70:30:45.5:3.6:9.4:3.8:2.8;精煉料鋁粒鐵磷石灰瑩石氯酸鉀為2.7:7:1:0.3:1;點火劑鋁粒鐵磷硝酸鈉為5:6:4。4、熔煉操作.將以上配制好的操作用料按以下步驟，進行熔煉操作在熔煉爐內，首先制成一個鎂砂窩，然后向鎂砂窩中放入主料作為"底料"以及點火劑，采用下部點火法，用"紅火"激發點火劑引起底料的反應，當底料反應形成熔池后繼續加入主料，主料加入的量和加入速度應隨著熔池的擴大而增加和加快，直至主料加完。待上述熔煉反應完畢后，隨即快速而均勻地加入精煉料。當精煉料在熔煉爐中反應完畢后，即向熔煉爐中加入石灰粉，其目的是使渣面緩凝，以利于爐內殘存的氣體順利排除和鈦鐵珠的充分沉降，一段時間后放掉熔煉爐中的廢渣。熔煉結束，待熔煉爐中的成品自然冷卻后，再進一步水冷，然后送精整區進行精整、篩分、包裝。通過以上方法，熔煉得到的低碳低氮中鈦鐵，其成品化學成分分析結果如下鈦40,12wt%、鋁8.05wt%、銅0.1wt%、錳0.64wt%、硅1.13wt%、碳0.028wt%、氮0.032wt%、磷0.015wt%、硫0.016wt%，鐵余量。實施例2實施方法同實施例1。其中原料組成為主料鈦精礦金紅石鋁粒鐵磷石灰瑩石氯酸鉀為68:29:48:3.4:9.6:3.4:2.5;精煉料鋁粒鐵磷石灰瑩石氯酸鉀為2.9:7:1:0.5:1.2;點火劑鋁粒鐵磷硝酸鈉為5:6:4。熔煉得到的低碳低氮中鈦鐵，其成品化學成分分析結果如下鈦38.06wt%、鋁8.2wt%、銅0.1wt%、錳0.70wt%、硅l.lwt%、碳0.022wt%、氮0.035wt%、磷0.017wt%、硫0.018wt%，鐵余量。實施例3實施方法同實施例1。其中原料組成為主料鈦精礦金紅石鋁粒鐵磷石灰瑩石氯酸鉀為71.5:30:.45.5:3.7:9.4:3.7:2.7;精煉料鋁粒鐵磷石灰瑩石氯酸鉀為2.65:6.8:1:0.5:1;點火劑鋁粒:'鐵磷硝酸鈉為5:6:4。熔煉得到的低碳低氮中鈦鐵，其成品化學成分分析結果如下鈦39.6wt%、鋁7.24wt%、銅0.08wt%、錳0.85wt%、硅1.24wt%、碳0.026wt%、氮0.03wt%、磷0.017wt%、硫0.02wt%，鐵余量。實施例4實施方法同實施例1。其中原料組成為主料鈦精礦金紅石鋁粒鐵磷石灰瑩石氯酸鉀為70.5:28:45:3.5:9.4:3.7:2.8;精煉料鋁粒鐵磷石灰瑩石氯酸鉀為2.8:6.7:1.2:0.4:1.1;點火劑鋁粒鐵磷硝酸鈉為5:6:4。熔煉得到的低碳低氮中鈦鐵，其成品化學成分分析結果如下鈦41.15wt%、鋁6.8wt%、銅0.08wt%、錳0.65wt%、硅1.4wt%、碳0.03wt%、氮0.028wt%、磷0.014wt%、硫0.017wt%，鐵余量。實施例5實施方法同實施例1。其中原料組成為主料鈦精礦金紅石鋁粒鐵磷石灰瑩石氯酸鉀為73:30:44:3.6:9.3:3.85:2.7;精煉料鋁粒鐵磷石灰瑩石氯酸鉀為2.9:7:1.05:0.5:1;點火劑鋁粒鐵磷硝酸鈉為5:6:4。熔煉得到的低碳低氮中鈦鐵，其成品化學成分分析結果如下鈦41.8wt%、鋁7.25wt%、銅0.1wt%、錳0,68wt%、硅1.3wt%、碳0.032wt%、氮0.025wt%、磷0.018wt%、硫0.02wt%，鐵余量。實施例6實施方法同實施例1。其中原料組成為主料鈦精礦金紅石鋁粒鐵磷石灰瑩石氯酸鉀為66:31:43:3.8:9.6:3.9:3.0;精煉料鋁粒鐵磷石灰瑩石氯酸鉀為2.5:7:1:0.5:1;點火劑鋁粒鐵磷硝酸鈉為5:6:4。熔煉得到的低碳低氮中鈦鐵，其成品化學成分分析結果如下鈦40,6wt%、鋁6.7wt%、銅0.07wt%、錳0.7wt%、硅1.05wt%、碳0.032wt%、氮0.042wt%、磷0.02wt%、硫0.02wt%，鐵余量。權利要求1、一種低碳低氮中鈦鐵，其特征在于，所述低碳低氮中鈦鐵所含鈦的重量百分比含量為38～42％，含有鋁、硅、碳、氮、磷、硫、銅、錳和鐵，所述鋁和氮的重量百分比含量分別控制在<8.5％和≤0.05％。2、根據權利要求1所述的低碳低氮中鈦鐵，其特征在于，所述鋁的重量百分比含量控制在《7%。3、根據權利要求1所述的低碳低氮中鈦鐵，其特征在于，所述硅、碳、磷、硫、銅、錳、鐵的重量百分比含量分別控制為硅《1.5%、碳《0.05%、磷《0.02%、硫《0.03%、銅《0.1%、錳《2%，余量為鐵。4、根據權利要求1或3所述的低碳低氮中鈦鐵，其特征在于，所述硅的重量百分比含量控制在《1.15。全文摘要本發明提供了一種低碳低氮中鈦鐵。所述低碳低氮中鈦鐵主要包括鈦和鐵，還含有鋁、硅、碳、氮、磷、硫、銅、錳等雜質元素，各組分重量百分比為鈦38～42％、鋁＜8.5％、硅≤1.5％、碳≤0.05％、氮≤0.05％、磷≤0.02％、硫≤0.03％、銅≤0.1％、錳≤2％，余量為鐵。該低碳低氮中鈦鐵是以鈦精礦和金紅石為原料，采用鋁熱法熔煉而得。本發明的低碳低氮中鈦鐵雜質含量低，特別是碳、氮含量得到有效控制，可用于冶煉IF鋼。文檔編號C22C35/00GK101397624SQ20071004634公開日2009年4月1日申請日期2007年9月25日優先權日2007年9月25日發明者凌天鷹,朱全郎申請人:上海崇明冶金材料廠