一种用硼酸代替硼铁进行钢的硼微合金化的方法

摘要

本发明涉及钢的硼微合金化，特指一种用硼酸代替硼铁进行钢的硼微合金化的方法。本发明将工业纯硼酸加热进行脱水和熔融处理，使之成为透明的玻璃体。冷却至室温后，将玻璃体破碎研磨成细粉与稀土硅铁粉混合均匀制成增硼剂。用铝箔包裹增硼剂粉末，并按照钢水重量的0.1-0.15wt%放在钢水包底部。当钢水的温度和成分达到要求后，插铝脱氧、并且加钛铁定氮出钢，增硼剂原料在高温钢水的作用下发生化学反应生成单质硼原子进入钢水中从而完成对钢进行硼的微合金化。实践结果表明：硼酸增硼剂效果稳定，完全可以替代硼铁对含硼钢中进行硼的微合金化。

说明书

技术领域

本发明涉及钢的硼微合金化，特指一种用硼酸代替硼铁进行钢的硼微合金化的方法。

背景技术

硼是目前所发现的能够提高钢的淬适性最有效和最经济的合金元素，研究表明：在钢中加入0.002-0.003%B可以提高低碳钢淬适性的效果相当于加入0.5%Mn，0.5%Mo和0.5%Wo，如果把这些合金元素与硼同时加入，则效果会更加显著；钢中加入硼后在不影响塑性和韧性的前提下，可大幅度提高钢的强度。所以，硼钢被广泛地应用于拖拉机、机床及各种机械部件的制备；应用硼钢可节省我国缺少的铬、镍、钼等金属资源；此外，由于硼具有俘获中子的能力，在核工业中硼钢也得到了广泛应用。

传统含硼钢硼微合金化采用的方法是在钢脱氧和定氮之后在熔池中加入硼铁Fe-B合金；另外，我国一些有条件的企业也采用含硼生铁或铁水冶炼含硼钢。

硼酸H₃BO₃在一定的温度下会发生分解生成硼酐B₂O₃，即：2H₃BO₃ → B₂O₃ +3H₂O；在高温下，如果存在像稀土RE和铝Al这样的与氧具有更强亲和力的元素，硼原子就会被还原出来，即：2RE+ B₂O₃ → 2[B] + RE₂O₃，2Al+ B₂O₃ → 2[B] + Al₂O₃，活性硼原子溶解在钢中就可以实现硼的合金化了。所以，使用硼酸同样可以用来对钢进行硼的微合金化。

    与硼铁相比，硼酸是一个廉价的供硼剂。所以，硼酸增硼剂的使用会降低含硼钢的生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用硼酸代替硼铁对钢进行硼的微合金化的方法。其工艺步骤如下：

（1）供硼剂为工业纯市售硼酸（H₃BO₃≥98%wt），还原剂为稀土硅铁（RE≥20%wt, Si≥40%wt）；

（2）将硼酸粉加热至500oC-600oC脱水和玻璃化，冷却至室温后，用鄂式破碎机破碎成为粒度小于10mm的颗粒；然后，在球磨机中研磨成粒度50目以上的细粉；大块状的稀土硅铁也采用相同的方法研磨成粒度50目以上的细粉；

（3）供硼剂粉与还原剂稀土硅铁粉按照1:2重量比配料，将称量后的粉末放入球磨机中混合、研磨至均匀，倒出混合均匀后的粉末即制成增硼剂，增硼剂在使用之前需放置于干燥的容器中备用；

（4）炼钢炉中冶炼钢水，当钢的成分和温度达到要求后插铝脱氧并加入0.1%wt 30Fe-Ti定氮；

（5）用铝箔或空易拉罐桶包裹增硼剂，增硼剂的加入量为钢水重量的0.1-0.15wt%，加入前在150oC-200oC进行干燥除气处理50-80分钟，然后，将增硼剂包裹放在钢包底部，出钢冲熔后即完成了硼的微合金化过程。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

实施例1

将市售的工业纯硼酸（H₃BO₃≥98%wt）加热至500oC使之脱水并成为透明的玻璃体，冷却至室温后，用鄂式破碎机将玻璃体和稀土硅铁（RE，23.5%wt, Si，46%wt）破碎成为粒度小于10mm的小颗粒，在球磨机中将小颗粒原料研磨成粒度50目以上的细粉，硼酸供硼剂粉与稀土硅铁粉还原剂按照1:2重量配比、称量；将称好后的原料放入球磨机中研磨混合60分钟，倒出混合均匀后的粉末即制成增硼剂，增硼剂在使用之前需放置于干燥的容器中备用。

用铝箔或空易拉罐桶包裹混合粉末，增硼剂的加入量为钢水重量的0.15%。加入前在150oC进行干燥除气处理80分钟，然后，将其放在钢包底部。

在中频感应电炉或电弧炉中熔炼20Mn钢水；当钢的成分和温度达到要求后插铝脱氧并加入0.1%wt 30Fe-Ti定氮，出钢混冲增硼剂即完成了硼的微合金化过程，经检测，20MnB钢的含硼量为39ppm。

实施例2

将市售的工业纯硼酸（H₃BO₃≥98%wt）加热至600oC使之脱水并成为透明的玻璃体，冷却至室温后，用鄂式破碎机将玻璃体和稀土硅铁（RE，23.5%wt, Si，46%wt）破碎成为粒度小于10mm的小颗粒，在球磨机中将小颗粒原料研磨成粒度50目以上的细粉，硼酸供硼剂粉与稀土硅铁粉还原剂按照1:2重量配比、称量，将称好后的原料放入球磨机中研磨混合60分钟，倒出混合均匀后的粉末即制成增硼剂。增硼剂在使用之前需放置于干燥的容器中备用。

用铝箔或空易拉罐桶包裹混合粉末，增硼剂的加入量为钢水重量的0.1%。加入前在200oC进行干燥除气处理50分钟，然后，将其放在钢包底部。

在转炉中熔炼20Mn钢水，当钢的成分和温度达到要求后插铝脱氧并加入0.1%wt 30Fe-Ti定氮，出钢混冲增硼剂即完成了硼的微合金化过程，经检测，20MnB钢的含硼量为35ppm。