包芯線及其應用和釩氮合金化鋼水及其制備方法和一種釩氮微合金鋼的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種包芯線及其應用，該包芯線包括：芯層和包裹所述芯層的外層，其中，所述芯層為含有釩氮合金、氮化硅錳、鈦鐵合金和鋁鐵合金的混合物。本發明提供了一種釩氮合金化鋼水及其制備方法，該方法包括：將本發明所述的包芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中進行釩氮合金化。本發明提供了一種釩氮微合金鋼，該釩氮微合金鋼由本發明所述的釩氮合金化鋼水澆鑄而成。本發明的包芯線用于實現鋼水釩和氮的合金化，能夠依據需要有效增加氮含量而不影響釩含量，可在鋼水需要的情況下生產氮含量更高的含釩鋼，并且氮的回收率高且穩定。
【專利說明】包芯線及其應用和釩氮合金化鋼水及其制備方法和一種釩 氮微合金鋼

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種包芯線及其在鋼水釩氮合金化中的應用，以及一種釩氮合金化鋼 水及其制備方法，和一種釩氮微合金鋼。

【背景技術】
[0002] 釩氮合金是一種新型合金添加劑，可以替代釩鐵用于微合金化鋼的生產。釩氮合 金添加于鋼中能提高鋼的強度、韌性、延展性及抗熱疲勞性等綜合機械性能，并使鋼具有良 好的可焊性。在達到相同強度下，添加氮化釩節約釩加入量30-40%，進而降低了成本。釩氮 合金可用于結構鋼，工具鋼，管道鋼，鋼筋及鑄鐵中。釩氮合金應用于高強度低合金鋼中可 同時進行有效的釩、氮微合金化，促進鋼中碳、釩、氮化合物的析出，更有效的發揮沉降強化 和細化晶粒作用。
[0003] 由于直接將釩氮合金以塊狀形態加入鋼液中的回收率較低，因此現有技術中主要 是通過向鋼液中喂入包芯線的方法實現鋼液釩、氮合金化。該方法是把塊狀或球狀釩氮合 金用物理方法破碎，再用鐵皮或鋼皮包制成包芯線，釩氮合金形成包芯線的芯層，鐵皮或鋼 皮形成包芯線的外層；然后將上述包芯線通過喂線裝置喂入鋼包內的鋼液中，使鋼液釩、 氮合金化。該種方法釩、氮合金元素回收率較高，釩回收率在88-95%，氮回收率在70-90%。 但該種方法應用在一些氮含量要求更高的品種上存在一定的局限性，因為該種氮化釩包芯 線的氮含量受制于釩氮合金中氮和釩的比值，現有產品中釩氮合金通常有VN12、VN14和 VN16三個牌號，一般情況下該三個牌號氮和釩的比值分別12 :78(N:V) ;14 :78(N:V) ;16 : 78(N:V)。可以看出氮和釩的比值最高為VN16的16 :78,即合金中含有16%的N，含有78% 的釩。
[0004] 因此，如果要生產氮含量更高的含釩鋼，則必須相應喂入大量的氮化釩，隨之而來 的是鋼中的釩含量也大量增加。而釩是比較貴重的金屬元素，對于降低含釩鋼的生產低成 本是不必要的。


【發明內容】

[0005] 本發明要解決的技術問題是提供一種能夠用于生產氮含量更高，且氮的回收率高 且穩定的含釩鋼的包芯線。
[0006] 為實現前述目的，根據本發明的第一方面，本發明提供了一種包芯線，該包芯線包 括：芯層和包裹所述芯層的外層，其中，所述芯層為含有釩氮合金、氮化硅錳、鈦鐵合金和鋁 鐵合金的混合物。
[0007] 根據本發明的第二方面，本發明提供了本發明的包芯線在制備釩氮合金化鋼水中 的應用。
[0008] 根據本發明的第三方面，本發明提供了一種釩氮合金化鋼水的制備方法，該方法 包括：將本發明所述的包芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中進行釩氮合金化。
[0009] 根據本發明的第四方面，本發明提供了按照本發明的釩氮合金化鋼水的制備方法 制備得到的釩氮合金化鋼水。
[0010] 根據本發明的第五方面，本發明提供了一種釩氮微合金鋼，其中，該釩氮微合金鋼 由本發明所述的釩氮合金化鋼水澆鑄而成。
[0011] 本發明的包芯線用于實現鋼水釩和氮的合金化，能夠依據需要有效增加氮含量而 不影響釩含量，可在鋼水需要的情況下生產氮含量更高的含釩鋼，并且氮的回收率高且穩 定。且采用本發明的包芯線進行鋼水釩氮合金化得到的釩氮合金化鋼水澆鑄后得到的釩氮 微合金鋼屈服強度和抗拉強度高。
[0012] 本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：
[0014] 圖1為本發明的包芯線的橫截面剖視圖。
[0015] 附圖標記說明
[0016] 1芯層2外層

【具體實施方式】
[0017] 以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0018] 如圖1所示，本發明提供了一種包芯線，該包芯線包括：芯層1和包裹所述芯層1 的外層2,其中，所述芯層1為含有釩氮合金、氮化硅錳、鈦鐵合金和鋁鐵合金的混合物。 [0019] 根據本發明的包芯線，一方面通過在芯層內加入氮化硅錳，可提高單位芯層的氮 含量，利于生產氮含量更高的含釩鋼，例如生產含釩〇. 05重量％、含氮0. 015重量％以上的 非調質鋼，從而可避免過量加入貴重金屬釩的現象發生，降低了生產成本。另一方面，氮化 硅錳的加入不影響包芯線的使用性能，且在制備釩氮合金化鋼水中氮的回收率高且穩定， 且更進一步，由于本發明的所述芯層為含有釩氮合金、氮化硅錳、鈦鐵合金和鋁鐵合金的混 合物，使得采用本發明的包芯線進行鋼水釩氮合金化得到的釩氮合金化鋼水澆鑄后得到的 釩氮微合金鋼屈服強度和抗拉強度高。
[0020] 根據本發明的包芯線，優選所述混合物中，釩氮合金的含量為47-97重量％，氮化 硅錳的含量為1-15重量％，鈦鐵合金的含量為1-25重量％，鋁鐵合金的含量為1-25重量％。 采用前述包芯線進行鋼水釩氮合金化，氮回收率高且穩定，并且得到的釩氮合金化鋼水澆 鑄后得到的釩氮微合金鋼屈服強度和抗拉強度高。
[0021] 根據本發明的包芯線，優選所述釩氮合金中N含量為10-18重量％，V含量為76-82 重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素。前述釩氮合金例如可以為牌號為VN12 (V 含量為76. 0-82. 0重量％，N含量為10. 0-14. 0重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質 元素)，VN14 (V含量為76. 0-82. 0重量％，N含量為12. 0-16. 0重量％，其余為Fe和不可避 免的其它雜質元素)，VN16的釩氮合金（V含量為76. 0-82. 0重量％，N含量為14. 0-18. 0重 量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素)。采用前述包芯線進行鋼水釩氮合金化，氮回 收率高且穩定，并且得到的釩氮合金化鋼水澆鑄后得到的釩氮微合金鋼屈服強度和抗拉強 度高。
[0022] 根據本發明的包芯線，優選所述氮化硅錳中N含量為25-33重量％，Si含量為 38-45重量％，Μη含量為10-15重量％，其余為少量的Fe和不可避免的其它雜質元素。采用 前述包芯線進行鋼水釩氮合金化，氮回收率高且穩定，并且得到的釩氮合金化鋼水澆鑄后 得到的釩氮微合金鋼屈服強度高和抗拉強度高。
[0023] 根據本發明的包芯線，優選所述鈦鐵合金中Ti含量為25-45重量％，其余為Fe和 不可避免的其它雜質元素，前述鈦鐵合金例如可以為牌號為FeTi30 (Ti含量為25. 0-35. 0 重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素)、牌號為FeTi40 (Ti含量為35. 0-45. 0重 量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素）的鈦鐵合金。采用前述包芯線進行鋼水釩氮 合金化，氮回收率高且穩定，并且得到的釩氮合金化鋼水澆鑄后得到的釩氮微合金鋼屈服 強度和抗拉強度高。
[0024] 根據本發明的包芯線，優選所述鋁鐵合金中A1含量為35-45重量％，其余為Fe和 不可避免的其它雜質元素。
[0025] 根據本發明的包芯線，為了便于釩氮合金、氮化硅錳、鋁鐵合金和鈦鐵合金快速熔 入鋼水內，也便于包芯線的芯層的制作，同時為了提高釩氮微合金鋼的屈服強度和抗拉強 度，優選所述含有釩氮合金、氮化硅錳和鈦鐵合金的混合物為粉料形式，更優選所述粉料的 顆粒粒徑在5mm以下，例如可以為2mm以下，3mm以下，優選為2_5mm。
[0026] 根據本發明的包芯線，優選所述包芯線的所述外層為鐵皮或鋼皮。
[0027] 本發明對所述鐵皮或鋼皮的材質無特殊要求，其可以為本領域的常規選擇，本發 明在此不詳細描述。
[0028] 具有本發明前述組成的包芯線均可實現本發明的目的，其制備方法可以為本領域 的常規選擇，例如可以按如下步驟進行：
[0029] 將釩氮合金、氮化硅錳、鈦鐵合金和鋁鐵合金研磨成粉料，然后使用外皮(從而形 成本發明所述外層）例如可以為鐵皮或鋼皮包裹形成包芯線即可。
[0030] 本發明中，包芯線的直徑可以為本領域的常規選擇，針對本發明，優選包芯線的外 徑為 10_20_。
[0031] 本發明提供了一種本發明所述的包芯線在制備釩氮合金化鋼水中的應用。
[0032] 本發明提供了一種釩氮合金化鋼水的制備方法，該方法包括：將本發明所述的包 芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中進行釩氮合金化。
[0033] 根據本發明的釩氮合金化鋼水的制備方法，為了有利于包芯線快速喂入鋼水內， 同時為了提高釩氮微合金鋼的屈服強度和抗拉強度，優選在進行釩氮合金化過程中，在動 態條件下進行釩氮合金化，動態條件可以通過對鋼包進行搖晃或轉動來實現，例如可以在 包芯線通過喂線裝置喂入鋼包內的鋼水中的同時，對鋼包進行搖晃。
[0034] 根據本發明的釩氮合金化鋼水的制備方法，其中，在進行釩氮合金化過程中，優選 在將包芯線通過喂線裝置喂入鋼包內的鋼水中的同時，對包芯線與鋼水的接觸區域噴吹惰 性氣體。
[0035] 本發明中，惰性氣體可以為本領域的常規選擇，例如可以為氮氣和/或氬氣。
[0036] 根據本發明的釩氮合金化鋼水的制備方法，通過向包芯線與鋼水接觸區域噴吹惰 性氣體，一方面可提高該區域內的鋼渣的流動性，同時可提高釩氮微合金鋼的屈服強度和 抗拉強度，另一方面可防止該區域以外的鋼渣朝該區域流動匯集，尤其是在對鋼包搖晃過 程中，其它區域的鋼渣有可能朝包芯線附近流動，通過向包芯線附近噴吹惰性氣體，可有效 保證包芯線的快速喂入。
[0037] 根據本發明的釩氮合金化鋼水的制備方法，其中，優選包芯線喂入的速度為3-10 米/秒。
[0038] 根據本發明的釩氮合金化鋼水的制備方法，優選所述待釩氮合金化的鋼水為已經 碳娃猛合金化的鋼水。
[0039] 根據本發明的一種優選的實施方式，優選所述待釩氮合金化的鋼水的溫度為 1500-1600°C。
[0040] 本發明提供了按照本發明的釩氮合金化鋼水的制備方法得到的釩氮合金化鋼水。
[0041] 本發明提供了一種釩氮微合金鋼，其中，該釩氮微合金鋼由本發明所述的釩氮合 金化鋼水燒鑄而成。
[0042] 下面結合【具體實施方式】對本發明進一步說明，但并不能因此限制本發明的范圍。
[0043] 本發明中，氮含量按如下步驟測得：鋼液直接取Φ 10以上的圓棒試樣，待測試樣 冷卻后加工成q>4x9mm的氧氮儀小圓棒標準樣，在氧氮儀上測定氮含量，氮的具體測定方 法按GB/T20124 (鋼鐵，氮含量的測定，惰性氣體熔融熱導法）的要求進行。
[0044] 氮回收率是通過測定鋼液喂入包芯線前、后的氮含量，再結合包芯線所帶入的總 氮量，通過計算得到，具體為：氮回收率=(鋼液喂入包芯線后的氮含量-鋼液喂入包芯線前 的氮含量）X出鋼量/包芯線所帶入的總氮量。
[0045] 釩含量按如下步驟測得：鋼液直接取Φ30Χ10πιπι左右的圓餅試樣，待測試樣冷卻 后在任意一個平面用砂輪去除氧化皮，并打磨平整，在火花放電原子發射光譜儀上，按GB/ Τ4336 (碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發射光譜分析方法）的要求進行測試。
[0046] 本發明中，拉伸性能按照GB/T228 (金屬材料室溫拉伸試驗方法）進行，分別檢測 屈服強度ReL，抗拉強度Rm。
[0047] 本發明中，目標顆粒粒徑的粉料可以將物料粉碎后通過標準篩篩分得到。
[0048] 實施例1
[0049] 一種包芯線Al(外徑為12_)，包括芯層和包裹芯層的外層，所述芯層由釩氮合金、 氮化硅錳、鈦鐵合金和鋁鐵合金的粉料(顆粒粒徑為2mm以下）組成，外層為冷軋帶鋼（牌號 St 12)制成的外皮，其中，粉料中，含有釩氮合金（VN16,釩含量78重量％，N含量16重量％): 97重量％，氮化硅錳（N含量為28重量％，Si含量為40重量％，Μη含量為10重量％，其余為 少量的Fe和不可避免的其它雜質元素):1重量％，鈦鐵合金：1重量％，錯鐵合金（Α1含量為 40重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素）：1重量％，鈦鐵合金為FeTi40 (Ti含量 為40重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素)。
[0050] 實施例2
[0051] 一種包芯線A2(外徑為12_)，包括芯層和包裹芯層的外層，所述芯層由釩氮合金、 氮化硅錳、鈦鐵合金和鋁鐵合金的粉料(顆粒粒徑為3mm以下）組成，外層為冷軋帶鋼（牌號 Stl2)制成的外皮，其中，粉料中，含有釩氮合金（VN16,釩含量78重量％，N含量16重量％): 47重量％，氮化硅錳（N含量為28重量％，Si含量為40重量％，Μη含量為10重量％，其余為 少量的Fe和不可避免的其它雜質元素):13重量％，鈦鐵合金：25重量％，錯鐵合金（A1含量 為40重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素):15重量％，鈦鐵合金為FeTi40 (Ti含 量為40重量％,其余為Fe和不可避免的其它雜質元素)。
[0052] 實施例3
[0053] -種包芯線A3(外徑為13_)，包括芯層和包裹芯層的外層，所述芯層由釩氮合金、 氮化硅錳、鈦鐵合金和鋁鐵合金的粉料(顆粒粒徑為3mm以下）組成，外層為冷軋帶鋼（牌號 St 12)制成的外皮，其中，粉料中，含有釩氮合金（VN16,釩含量78重量％，N含量16重量％): 47重量％，氮化硅錳（N含量為28重量％，Si含量為40重量％，Μη含量為10重量％，其余為 少量的Fe和不可避免的其它雜質元素):13重量％，鈦鐵合金：15重量％，錯鐵合金（Α1含量 為40重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素):25重量％，鈦鐵合金為FeTi40 (Ti含 量為40重量％,其余為Fe和不可避免的其它雜質元素)。
[0054] 實施例4
[0055] -種包芯線A4(外徑為13_)，包括芯層和包裹芯層的外層，所述芯層由釩氮合金、 氮化硅錳、鈦鐵合金和鋁鐵合金的粉料(顆粒粒徑為5mm以下）組成，外層為冷軋帶鋼（牌號 St 12)制成的外皮，其中，粉料中，含有釩氮合金（VN16,釩含量78重量％，N含量16重量％): 75重量％，氮化硅錳（N含量為28重量％，Si含量為40重量％，Μη含量為10重量％，其余為 少量的Fe和不可避免的其它雜質元素）：15重量％，鈦鐵合金：1重量％，錯鐵合金（Α1含量 為40重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素）：9重量％，鈦鐵合金為FeTi40 (Ti含 量為40重量％,其余為Fe和不可避免的其它雜質元素)。
[0056] 對比例1
[0057] 與實施例4的包芯線相同，不同的是，包芯線D1的芯層為100重量％的￥附6氮化 釩合金粉料。
[0058] 制備例
[0059] 采用包芯線A1-A4在120噸轉爐+120噸LF爐精煉爐+6機6流方坯連鑄機上生 產C含量0. 34-0. 38重量％，Μη含量1. 45-1. 70重量％，Si含量0. 25-0. 45重量％，釩含量 0. 05-0. 08重量％，氮含量不小于0. 0050重量％的36Mn2VN鋼，具體按如下步驟進行：
[0060] 首先在轉爐內加入140噸鐵水，利用轉爐吹氧脫C的功能，將鐵水初煉成鋼水，鋼 水中的C初煉到0. 08重量％時出鋼到鋼包中，此時實際出鋼量為133噸(轉爐初煉過程中 約5重量％的原料被燒損）。出鋼過程中向鋼水中加入FeSi、FeMn合金和無煙煤進行Si、 Μη和C元素合金化，合金化后鋼水中C含量為0. 35重量％，Μη含量為1. 50重量％，Si含 量為0. 30重量％，V含量為0. 005重量％，此時在鋼水中取樣，取出的試樣冷卻后再加工成 φΦ<9ηιη?的氧氮儀小圓棒標準樣，在氧氮儀上測定鋼水中的氮含量為〇. 〇〇50重量％。
[0061] 鋼水到達LF爐后開始電加熱，當鋼水溫度加熱到1575°C時停止加熱，用喂線機 喂入包芯線并同時搖晃鋼包，同時對包芯線與鋼水的接觸區域噴吹惰性氣體(惰性氣體為 氮氣)，以制備所需釩氮含量的釩氮合金化鋼水，該過程的氮回收率(結果見表1);然后在6 機6流方述連鑄機上將f凡氮合金化鋼水燒鑄成280mmX 380mm鑄述，最后經乳制后，成材為 爭73、壁厚為5_的成品無縫鋼管，其氮含量以及釩含量，屈服強度和抗拉強度見表1。
[0062] 制備對比例
[0063] 按照制備例的方法制備成品鋼，不同的是，使用包芯線D1進行制備。
[0064] 表 1
[0065]

【權利要求】
1. 一種包芯線，該包芯線包括：芯層和包裹所述芯層的外層，其特征在于，所述芯層為 含有f凡氮合金、氮化娃猛、鈦鐵合金和錯鐵合金的混合物。
2. 根據權利要求1所述的包芯線，其中，所述混合物中，釩氮合金的含量為47-97重 量％，氮化娃猛的含量為1-15重量％，鈦鐵合金的含量為1-25重量％，錯鐵合金的含量為 1-25重量％。
3. 根據權利要求1或2所述的包芯線，其中，所述釩氮合金中N含量為10-18重量％， V含量為76-82重量％，其余為Fe和不可避免的其它雜質元素。
4. 根據權利要求1或2所述的包芯線，其中，所述氮化硅錳中N含量為25-33重量％， Si含量為38-45重量％，Μη含量為10-15重量％，其余為少量的Fe和不可避免的其它雜質 元素。
5. 根據權利要求1或2所述的包芯線，其中，所述鈦鐵合金中Ti含量為25-45重量％， 其余為Fe和不可避免的其它雜質元素。
6. 根據權利要求1或2所述的包芯線，其中，所述鋁鐵合金中A1含量為35-45重量％， 其余為Fe和不可避免的其它雜質元素。
7. 根據權利要求1或2所述的包芯線，其中，所述混合物為粉料形式，粉料的顆粒粒徑 在5mm以下，包芯線的所述外層為鐵皮或鋼皮。
8. 權利要求1-7中任意一項所述的包芯線在制備釩氮合金化鋼水中的應用。
9. 一種釩氮合金化鋼水的制備方法，該方法包括：將權利要求1-7中任意一項所述的 包芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中進行釩氮合金化。
10. 根據權利要求9所述的制備方法，其中，所述待釩氮合金化的鋼水為已經碳硅錳合 金化的鋼水，且所述待釩氮合金化的鋼水的溫度為1500-1600°C。
11. 根據權利要求9或10所述的制備方法，其中，在動態條件下進行釩氮合金化，且 在包芯線喂入待釩氮合金化的鋼水中的同時，對包芯線與所述鋼水的接觸區域噴吹惰性氣 體。
12. 權利要求9-11中任意一項所述的方法得到的釩氮合金化鋼水。
13. -種釩氮微合金鋼，其特征在于，該釩氮微合金鋼由權利要求12所述的釩氮合金 化鋼水燒鑄而成。
【文檔編號】C22C38/12GK104060030SQ201310653266
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年12月6日 優先權日:2013年12月6日
【發明者】劉明 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司