一种对高铝钢中氧化铝夹杂物改性的方法

摘要

本发明为一种对高铝钢中氧化铝夹杂物改性的方法，步骤1、依照合金成分备料，配备20kg的工业纯铁，置于坩埚内，同时将含C、Si、Mn、Cr、Mo合金成分的各原材料按比例加入坩埚内并放入真空炉坩埚中，Al按比例配料，Al和铁钙包芯线分别放入两个料仓中；步骤2、抽真空，使真空度达到10Pa，并升温至1600℃，然后恒温；步骤3、通入氩气加压至3Mpa，再通过料仓加入Al，5min后，通过料仓加入1.2kg铁钙包芯线进行钙处理；步骤4、将钢液倒入事先准备好的铸模内；步骤5、将电炉功率降至0，20分钟后泄压，钢液随炉冷，炉冷后，取钢样，得最终产品。本发明为高铝钢中氧化铝夹杂的改性提供了一种新的可行工艺。

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，更具体的涉及一种对高铝钢中氧化铝夹杂物改性的方法。

背景技术

高铝钢是一种具有很高的表面硬度和耐磨性能的钢种，被广泛地应用于制作可承受冲击负荷和往复磨损条件下工作的部件上。高铝钢因铝脱氧会产生大量氧化铝夹杂，很难去除，严重影响钢的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对高铝钢中氧化铝夹杂物改性的方法，用以解决现有技术中高铝钢存在大量氧化铝夹杂而影响钢性能的问题。

本发明是这样实现的，一种对高铝钢中氧化铝夹杂物改性的方法，包括如下步骤：

步骤1、装料：依照合金成分备料，首先配备20kg的工业纯铁，放置于镁沙制成的坩埚内，同时将含C、Si、Mn、Cr、Mo合金成分的各原材料按比例加入坩埚内并放入真空炉中，Al按比例配料，Al和铁钙包芯线分别放入两个料仓中；

步骤2、对真空炉抽真空，使真空炉内的真空度达到10Pa，并升温至1600℃，使坩埚内的炉料全部融化，然后在1600℃恒温；

步骤3、向真空炉内通入氩气加压至3Mpa，然后通过料仓加入Al，5min后，通过料仓加入铁钙包芯线进行钙处理，钢液于1600℃恒温20min，铁钙包芯线的加入量为1.2kg；

步骤4、将钢液倒入事先准备好的铸模内；

步骤5、将电炉功率降至0，20分钟后泄压，钢液随炉冷，钢液随炉冷，炉冷后，取钢样，得到最终产品。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，按质量百分比计，依照如下合金成分进行备料：C 0.40-0.42％、Si 0.30-0.35％、Mn 0.47-0.51％、Cr 1.50-1.55％、Mo 0.20-0.25％、Al 0.8-1.1％及铁余量。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中，进行钙处理所用的铁钙包芯线的Ca含量与Fe含量的重量比为3:7。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明实现了使用钙处理改性高铝钢中氧化铝夹杂，为高铝钢中氧化铝夹杂的改性提供了一种新的可行工艺。

2.本发明工艺设计合理，原料成本低廉，通过加压提高钢液中钙的溶解度和收得率，从而对高铝钢中氧化铝夹杂物进行改性。

3.本发明设计熔炼速率快，可操作性强。

附图说明

图1为本发明对比例1中观察到的夹杂物形貌图；

图2为本发明对比例1中夹杂物的能谱图；

图3为本发明对比例2中观察到的夹杂物形貌图；

图4为本发明对比例2中夹杂物的能谱图；

图5为本发明实施例1中观察到的夹杂物形貌图；

图6为本发明实施例1中夹杂物的能谱图；

图7为三炉实验夹杂物统计结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

通过净化钢液、夹杂物变性和微合金化能够使钢产品性能提高，但是在炼钢温度下，钙的溶解度很小，而且极易挥发，加入非常困难，钙的利用率极低。为了克服这样的问题，本发明提供了一种对高铝钢中氧化铝夹杂物改性的方法，通过钙处理和加压相结合的方式来对高铝钢中氧化铝夹杂物进行改性，通过加压来控制钢中的钙含量，提高其利用率，进一步发挥钙元素净化钢液、夹杂物变性和微合金化作用。

本发明实施例中进行了3炉对比实验来进行高铝钢的熔炼，第一炉实验作为对比例1，该实验过程不加钙且不加压；第二炉实验作为对比例2，该实验过程加钙但不加压；第三炉实验作为实施例1，该实验过程加钙且加压。

对比例1：

该对比例1包括以下实验步骤：

步骤1、按质量百分比计，依照合金成分：C 0.40-0.42％、Si 0.30-0.35％、Mn0.47-0.51％、Cr 1.50-1.55％、Mo 0.20-0.25％、Al 0.8-1.1％及铁余量，配备20kg的工业纯铁，放置于镁沙制成的坩埚内，同时将含C、Si、Mn、Cr、Mo合金成分的各原材料按比例加入并放入真空炉中，Al按比例配料，Al和1.2Kg纯铁分别放入两个料仓中；

步骤2、对真空炉抽真空，使真空炉内的真空度达到10Pa，并升温至1600℃，使坩埚内的炉料全部融化，然后在1600℃恒温；

步骤3、向真空炉内通入氩气加压至0.1Mpa，然后通过料仓加入Al，5min后，通过料仓加入工业纯铁，钢液于1600℃恒温20min，铁钙包芯线的加入量为1.2kg；

步骤4、将钢液倒入事先准备好的铸模内；

步骤5、将电炉功率降至0，20分钟后泄压，钢液随炉冷，钢液随炉冷，炉冷后，取钢样，得到最终产品。

对比例2：

该对比例2包括以下实验步骤：

步骤1、按质量百分比计，依照合金成分：C 0.40-0.42％、Si 0.30-0.35％、Mn0.47-0.51％、Cr 1.50-1.55％、Mo 0.20-0.25％、Al 0.8-1.1％及铁余量，配备20kg的工业纯铁，放置于镁沙制成的坩埚内，同时将含C、Si、Mn、Cr、Mo合金成分的各原材料按比例加入并放入真空炉中，Al按比例配料，Al和铁钙包芯线分别放入两个料仓中；

步骤2、对真空炉抽真空，使真空炉内的真空度达到10Pa，并升温至1600℃，使坩埚内的炉料全部融化，然后在1600℃恒温；

步骤3、向真空炉内通入氩气加压，压力为0.1Mpa；然后通过料仓加入Al，5min后，通过料仓加入1.2kg成分为30％Ca+70％Fe的铁钙包芯线，钢液于1600℃恒温20min；

步骤4、将钢液倒入事先准备好的铸模内；

步骤5、将电炉功率降至0，20分钟后泄压，钢液随炉冷，炉冷后，取钢样，得到最终产品。

实施例1：

该实施例提供了一种对高铝钢中氧化铝夹杂物改性的方法，包括以下实验步骤：

步骤1、按质量百分比计，依照合金成分：C 0.40-0.42％、Si 0.30-0.35％、Mn0.47-0.51％、Cr 1.50-1.55％、Mo 0.20-0.25％、Al 0.8-1.1％及铁余量，配备20kg的工业纯铁，放置于镁沙制成的坩埚内，同时将含C、Si、Mn、Cr、Mo合金成分的各原材料按比例加入并放入真空炉中，Al按比例配料，Al和铁钙包芯线分别放入两个料仓中；

步骤2、对真空炉抽真空，使真空炉内的真空度达到10Pa，并升温至1600℃，使坩埚内的炉料全部融化，然后在1600℃恒温；

步骤3、向真空炉内通入氩气加压至3Mpa；然后通过料仓加入Al，5min后，通过料仓加入1.2kg成分为30％Ca+70％Fe的铁钙包芯线，钢液于1600℃恒温20min；

步骤4、将钢液倒入事先准备好的铸模内；

步骤5、将电炉功率降至0，20分钟后泄压，钢液随炉冷，炉冷后，取钢样，得到最终产品。

对比例1、2和实施例1三炉次所得产品的钢成分进行检测，检测结果如表1所示：

表1 实验钢种化学成分(质量分数/％)

表1为三炉钢成分检测结果。检测结果表明，对比例1(不加压不加钙炉次)钢中基本不含钙；对比例2(加钙不加压炉次)钢中钙含量约为230ppm；实施例1(加钙、加压炉次)钢中钙含量为642ppm，相比对比例1和对比例2，实施例1(加钙、加压炉次)使得钢中钙含量大幅升高。

对上述对比例1、对比例2和实施例1三炉次所得产品通过扫描电镜分析夹杂物种类、形貌以及数量，对比例1、对比例2和实施例1三炉次的典型夹杂物形貌分别如图1、图3和图5所示，图2、图4和图6分别为对比例1、对比例2和实施例1三炉次的夹杂物的能谱图。结果表明，不加钙不加压钢中夹杂物主要为氧化铝及镁铝尖晶石；加钙不加压钢中夹杂物，主要为固态钙铝酸盐；加压加钙钢中夹杂物主要为液态钙铝酸盐，说明本发明方法通过加压加钙可使高铝钢中氧化铝夹杂物变性成为液态CaO-Al₂O₃-CaS夹杂物。对比例1、对比例2和实施例1三炉次的夹杂物数量粒径分布结果如表2所示：

表2 各炉夹杂物数量、粒径分布状况

从表2的结果可以看出，相比对比例1和对比例2，本发明实施例1(加钙、加压炉次)中夹杂物的尺寸及数量均显著降低。

对三炉实验进行钢中夹杂物进行统计，各炉所得钢中典型夹杂物统计结果如图7所示。统计结果表明，不加钙不加压钢中夹杂物主要为氧化铝及镁铝尖晶石；加钙不加压钢中夹杂物，主要为固态钙铝酸盐；加压加钙钢中夹杂物主要为液态钙铝酸盐。由此说明，加压加钙可使高铝钢中氧化铝夹杂物变性成为液态CaO-Al₂O₃-CaS夹杂物。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。