[发明专利]磁悬浮辅助硅及其合金对钢中氧化铝夹杂改性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到钢铁冶金领域，具体为一种在定向磁场中，对钢添加纯硅或含硅合金进行夹杂物改性，并减少钢中夹杂物数量的熔炼方法，采用添加硅将钢中氧化铝夹杂调整成10微米以下的球状颗粒，钢中弥散分布的氧化铝夹杂被低熔点硅铝酸盐包裹，形成光滑球体，大幅度提高了材料的寿命和力学性能。

背景技术

钢中非金属夹杂物对钢的强度、塑性、断裂、韧性、切削性能、点蚀都有显著的影响，自1990年国际钢铁大会上新日铁研究员提出氧化物冶金技术以来，人们对钢中的夹杂物有了新的认识，不再苛求钢种的高度纯净，而是研究积极有效的利用钢中的夹杂物，氧化物冶金即通过加入合适的复合脱氧剂和采用合理的脱氧制度来控制脱氧产物的尺寸、分布、组成与数量，使钢中形成某种成分可控且弥散细小的氧化物颗粒，利用他们作为凝固时或固—固相变时的结晶核心，通过钉扎高温下晶界的移动对晶粒的长大进行抑制；通过促进晶内铁素体的形核来细化钢的组织；通过形成碳化物来减少基体含碳量从而改善钢的加工性，使钢材具有良好的韧性、较高的强度及优良的可焊性^[1]。

铝镇静钢在连铸时，高熔点的Al₂O₃夹杂物易粘在中间包的水口上面影响浇铸, 大而集中的夹杂物对钢的性能很有害，Al₂O₃颗粒超过1μm时，钢的屈服强度和抗拉强度将显著降低。

未经处理钢中非金属夹杂物数量多，且呈不规则的大块状集聚分布，这些不规则的大块状聚集分布的夹杂物，容易造成应力集中，使钢的冲击韧性降低，使用硅钙处理钢中的非金属夹杂物，多角状的大块夹杂物变为球状或近似圆球的细小颗粒，且其分布状态由聚集分布变为弥散均匀分布，从而改善钢的性能^[2]。

传统的硅钙处理工艺是目前工厂冶炼铝镇静钢时常用的工艺，其对改性钢中夹杂物，改善钢材性能有一定程度的作用，但同时也面临着一些困难^[3]。例如，由于钙的密度低于钢液，不能沉入钢中，当向熔池中加入含钙合金时，需要喷吹或喂包芯线才能有效地加入；钙的蒸汽压很高，在钢液中的溶解度很小；钙基合金改性铝的氧化物夹杂，其获得的改性产物不易去除，当在夹杂物颗粒的外围形成液相时，阻碍了变性反应的进行，同时改性得到的产物CaO·Al₂O₃不易变形，在高级别硬线冷拉或轧制过程中会形成微裂纹，导致钢的性能恶化。

在硅钙合金处理的传统工艺过程中钙对夹杂物的处理效果较差，与氧化铝夹杂形成大量的CaO·Al₂O₃颗粒，夹杂物数量巨大，而且球化效果有限。然而在本专利的磁悬浮辅助工艺下，改性效果大幅度提升；进一步地，纯硅在夹杂物处理过程中的改性效果却鲜有提及，一般认为纯硅易形成链状夹杂，不宜单独使用。本专利提供了一种纯硅和磁悬浮熔炼联合使用的例子，可以使得硅改性后，夹杂物数量得到合理降低，同时尺寸普遍控制在10微米以下，且夹杂物颗粒表面近乎呈现完美的球形。

磁悬浮炉熔炼具有快速高效的特点，熔炼时能达到较高的熔炼温度，熔炼过程中钢液呈悬浮状态，磁悬浮熔炼炉熔炼时，其感应产生的悬浮力能很好的去除大颗粒夹杂^[4]。

[1] 韩其勇,费永亮. 第六届国际钢铁大会[J]. 钢铁,1991,6:84-85。

[2] 卢翔宇,李波,王永顺,赵保国. 喂Ca-Si丝对钢中夹杂物变性的研究[J].包钢科技，2003, 29:28-31。

[3] 刘钢,张旺盛,李斌. 钙处理工艺对夹杂物变性理论分析与实践[J].江西冶金,2009, 29(3):3-5。

[4] 杨贵成. 感应加热悬浮熔炼新技术[J]. 铸造设备研究,2002,3:52-54。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在磁悬浮炉熔炼过程中添加纯硅或含硅合金进行氧化铝夹杂物改性，并减少夹杂物数量的熔炼方法。本发明可以大幅度减少钢中大颗粒氧化铝夹杂的数量，并使残余的氧化铝夹杂形成光滑球体，促进钢的各项力学性能的提高。

本发明的技术方案是：

一种利用硅处理的钢中氧化铝夹杂改性方法，包括以下步骤：

1) 熔炼前，将定量的脱氧剂（Al）、氧化铝粉末夹杂、硅(Si)粉（包括含硅合金）与铁粉混匀压块；

2) 向铁粉中加入的Al粉、Al₂O₃粉和Si粉按重量百分比计；