[发明专利]一种硅钙合金冶金材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种冶金材料，具体地说，本发明涉及一种新型硅钙合金。

背景技术

过去二十多年来，冶金界发现某些细小弥散的氧化物颗粒可以显著改善钢材的某些性能，典型的例子是氧化物冶金技术，这一技术为日本的研究人员首创并应用到钢铁生产中。其基本的原理是在钢中形成细小弥散的TiO_x(x＝1.5或者2)氧化物颗粒，这些颗粒在焊接热循环过程中将成为新相的析出核心，在奥氏体晶粒内部诱发出针状铁素体组织，这种针状铁素体组织可以大幅度提高钢材焊接热影响区的冲击韧性。这一技术首先在日本的一些高强度的结构钢如管线钢、大线能量焊接用钢等品种上得到应用，在这些钢中，Ti的含量在0.01-0.02％，其中大部分形成了氧化物和氮化物，少部分固溶在钢中，氮化物和氧化物对于改善钢的性能钢有非常重要的效果，氧化物的效果更好，且钢中的氧化钛数量越多，效果越显著。

为了得到细小弥散的氧化钛夹杂物颗粒，需要在炼钢过程中实施夹杂物控制技术，即通过特定的合金对钢水进行脱氧，使钢中形成合适种类的夹杂物并抑制其它夹杂物的形成。目前采用的方法是用Ti脱氧，使之形成钛的氧化物并留存下来，日本的钢厂发明了这项技术并应用到管线钢等厚板产品的生产上。对于结构钢厚板，氧化物冶金技术可以通过夹杂物来控制钢材组织来提高焊接热影响区冲击韧性。

要保障钢板的低温冲击性能，钢板含硫量应很低，或使钢中的硫化物球化，此外，钢中需要有尽可能低的氧化铝夹杂物含量。常规的办法是采用硅钙合金处理，硅钙合金是一种较为理想的复合脱氧剂、脱硫剂，被应用于优质钢、低碳钢、不锈钢等钢种和镍基合金、钛基合金等特殊合金的生产当中，并适合作转炉炼钢用的增温剂，还可用作铸铁的孕育剂和球墨铸铁生产中的添加剂。硅钙合金是由元素硅、钙和铁组成的三元合金，主要有块状和粉状两种物理状态，含Ca量一般在24-31％之间，含Si量在55-65％之间。通过向钢中添加钙和硅的合金，一方面使钢中的氧化铝形成低熔点的铝酸钙夹杂物排出钢液进入渣中，另一方面使钢中的硫化物球化。

但是，由于钙是一种非常活泼的元素，加入钙可以将钢中的氧化钛还原出来，即变成氧化钙和金属钛，反应式如下式(1)：

3[Ca]+(Ti₂O₃)＝＝3(CaO)+2[Ti]    (1)

这和氧化物冶金技术需要获得尽可能多的氧化钛夹杂物的目标相矛盾。所以，日本的钢厂在实施氧化物冶金技术时，不进行钙处理，而代之以将钢中硫含量控制在0.0010wt％以下，同时在炼钢连铸过程中尽可能去除氧化铝夹杂物。但世界上只有很少的钢厂能够达到这样苛刻的条件。在这种情况下，在实施氧化物冶金过程中，为保障钢板的最终使用性能，必须对钢进行钙处理，同时设法维持钢中有用夹杂物的浓度在合理的水平。

因此，本发明的目的在于提供一种新型硅钙合金，以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种硅钙合金冶金材料，其特征在于，其质量百分比组成为：

纳米TiO₂    2～10％

硅钙合金    90～98％

其中TiO₂为粉末状态，硅钙合金为合金颗粒形式。

所述硅钙合金含有

钙          15～35％

硅          30～60％

添加成分    0.5～12％

其余为不可避免的杂质。

所述添加成分选自Ti、Si、Al、Ba、Mg、Fe中的一种或几种。

所述杂质少于8％。

所述TiO₂的细度≤50纳米。

所述硅钙合金混合均匀，无大于6毫米颗粒。

本发明还提供该硅钙合金冶金材料在冶金工业中的应用。

本发明的主要思想基于以下两个方面：1、通过改变反应式(1)左右两边反应物的浓度(活度)使反应不能向右进行；2、通过混合粉末向钢水中引入更多的TiO₂颗粒，使钢液在完成钙处理的同时不影响钢中有用夹杂物Ti₂O₃的数量和分布。后者的原理基于以下反应：

2(TiO₂)＝＝(Ti₂O₃)+[O]    (2)