[发明专利]以镁铝改性包裹体细化钢晶粒的冶炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢铁冶炼方法，特别涉及一种以镁铝改性（modify）经二次精炼的钢液中的包裹体（inclusion），进而细化钢晶粒的冶炼方法。

背景技术

现今转炉炼钢法（Converter Steelmaking）、电弧炉炼钢法（EAF）所冶炼的钢液，常常经LF、VD、RH、VOD、VAD等制程进行二次精炼，由此期望将钢液中的磷、硫、氧、氮、氢的含量进一步降低，碳及合金的含量调整合理，使所产出的钢液中的成分含量调整至理想范围，以符合现代具各种不同特性的钢品需求。

传统炼钢制程大致分为电弧炉炼钢S91或转炉炼钢S91’及二次精练（Secondary Refining）S93等步骤（参照图1所示），其中，于转炉炼钢或电炉炼钢步骤S91、S91’中，可通过吹入氧气对钢液进行脱碳处理，生成一氧化碳或二氧化碳等气体排出；此时，产出的钢液全氧含量（溶解氧及氧化物中的氧）较高、包裹体较多，若直接将含过量氧的钢液浇铸成钢锭，则会降低钢的品质。通过各种不同的二次精练步骤S92，对钢液进行二次精炼（例如：脱氧、脱硫、脱气、降碳等），经由二次精炼步骤S92之钢液，质量得到较大提升，在连续铸造中浇铸成钢胚，再经轧钢作业而产出钢制品。

然而，于现今科技蓬勃发展之下，尖端科技对于钢制品的质量要求甚为严苛，以致目前除了以高清净的洁净钢为主要发展目标外，更期望进一步提升洁净钢的性能，发展出具更高强度及更高韧性的钢材，并将研发重点聚焦于二次精练步骤S92后钢液特性的改良，开发降服强度超过1000Mpa的超级钢（特别是钢板），以因应市场的需求。

因此，按照材料强化原理，目前多以细晶强化（grain refining strengthening）、固熔强化（solid solution strengthening）、析出强化（precipitation strengthening）、第二项强化（secondary strengthening）等方式，直接改善钢材的晶粒组织及排列，以提高钢材的材料强度。其中，可通过一合金化处理步骤S93，以含有合金元素（例如：铬、锰、镍、稀土等）添加于经二次精练后的钢液中，通过固熔强化、析出强化方式增强钢材的强度、韧性及其他特质；或者，利用一热机处理步骤S94（也称控轧控冷工艺,TCMP）细化晶粒，对二次精练-连铸的钢坯，在轧钢过程中通过控制钢材加热的温度、冷却条件及轧制速度等，使得钢材于热轧过程中按照设定的制程线路相变，形成较细的晶粒组织（通常晶粒5~10μm），达到提升钢强度、改善韧性的目的。

上述该些现有方法的作业不仅成本较高且对性能提升幅度有限，以合金化技术为例，需根据其他高成本的合金元素辅助，才能增强钢材的强度等性能，使得钢材强度的提升明显受限合金元素本身的特质，而导致作业成本偏高，且钢材性能提升的幅度通常不超过20%（降服强度不超过600Mpa）；另外，以热机处理工艺为例，可以生产降服强度700~900Mpa的高强度钢材，但必须于控轧控冷的作业过程中，严谨控制钢材相变的各种条件，例如，加热温度、轧制速度或冷却速度等，方能准确完成钢材晶粒的细化，如此需要投入巨额资金进行设备扩建，且作业时能耗成本巨大，以致此热机处理工艺推广受到限制。

有鉴于此，确实有必要发展一种适用于经二次精练所产出的钢液的晶粒细化方法，通过铝镁与钢液间的相互作用，为解决如上所述的问题创造条件。

发明内容

本发明主要目的改善上述缺点，以提供一种以镁铝改性包裹体细化钢晶粒的冶炼方法，其能够直接改性二次精练后钢液中的包裹体，以于提高钢洁净度的同时，利用钢液热力学条件，通过改变包裹体的成分、尺寸大小、形态、分布，提高钢中微细结晶核的数量，促进钢晶粒的细化，进而提升钢的强度及韧性。

本发明另一个目的在于，提供一种以镁铝改性包裹体，进而细化钢晶粒的冶炼方法，能够降低作业过程所需耗费的成本，改善钢的性能。