[发明专利]含钛和氮的包芯线及其应用

说明书

本发明涉及含钛和氮的包芯线及其应用，属于钢铁冶炼技术领域。本发明提供了含钛和氮的包芯线，所述包芯线的芯层用纳米氮化钛粉末制成，所述纳米氮化钛粉末的尺寸小于100nm。本发明还进一步提供了该包芯线在钢液合金化中的用途，以及一种钢液合金化的方法。采用本发明含钛和氮的包芯线进行钢液合金化，钢中钛元素几乎全部以析出质点的形式存在，且析出质点的尺寸几乎全部小于100nm，钛元素析出质点析出率≥98％，析出质点尺寸小于100nm的比例≥99％。

技术领域

本发明涉及含钛和氮的包芯线及其应用，属于钢铁冶炼技术领域。

背景技术

微合金化钢主要是指在钢中添加微量或少量的某种或某几种合金元素，达到明显提升强度、韧性、延展性、可焊性及抗疲劳性等综合性能的钢，特别是提高钢的强度指标。现有技术条件下，微合金化钢主要通过添加微量或少量的钒、铌、钛等中的一种或多种元素制备而来。微合金化的作用机理是：作为微量元素的钒、铌或钛加入钢液后，与钢液中的碳或氮结合形成碳或氮的化合物析出质点，即V(C、N)，Nb(C、N)或Ti(C、N)析出质点。众所周知，这些析出质点的尺寸越细小、数量越多，对钢的综合性能，特别是强度的提升越有利。当析出质点的尺寸在100nm以下时，才具有较强的沉淀强化和细晶强化作用，可明显提高钢的强度。没有析出的微合金元素或当析出质点的尺寸大于100nm时，一般起不到沉淀强化和细晶强化作用，对提高钢的强度基本不起作用，造成贵重微合金化元素资源的浪费。

根据上述微合金化原理可知，微合金钢涉及所要控制的化学元素主要有钒、铌、钛、碳和氮，涉及所要控制的析出质点主要有V(C、N)，Nb(C、N)和Ti(C、N)，关键是涉及所要控制析出质点的尺寸在100nm以下，而且析出质点的尺寸越细小越好、数量越多越好。一般情况下钢液中不存在钒、铌或钛元素，通常需要在钢液中加入相应的合金方式来实现。碳元素可通过加入一定的石墨、无烟煤或碳粉获得。一般情况下转炉钢残氮含量在0.004％-0.006％范围内，电炉钢残氮含量在0.006％-0.008％范围内，很多情况下还需额外添加含氮类合金补充氮元素来促进V(C、N)，Nb(C、N)或Ti(C、N)质点的析出。

现有微合金钢的钒、铌或钛元素合金化方法是在装有钢液的钢包中加入相应合金块或相应含氮合金块，或将相应合金块或相应含氮合金块破碎后制备成包芯线，然后将上述包芯线通过喂线装置喂入钢包内的钢液中，必要时再配以加入或喂入一定量的增氮剂。该种方法可使钒、铌、钛微合金元素在钢中大量析出，对提升钢的强度产生较明显的效果，钒、铌、钛的碳氮化物质点析出率一般在50％～80％，析出质点的尺寸一般在10nm～500nm。但该种方法存在以下不足：钒、铌、钛的碳氮化物质点析出率仍然较低，存在20％以上没有析出的微合金元素，同时存在部分100nm以上的碳氮化物质点析出物，导致贵重微合金元素资源的浪费，也一定程度上影响钢铁产品质量的稳定性。另外，CN201410439695.3公开了一种提高中碳V钢强韧性的方法，CN201410527716.7公开了一种控制细化VN析出相尺寸及数量的方法，上述方法可使钢中80％以上VN析出相颗粒尺寸在20nm～100nm范围，但仍存在部分100nm以上的VN析出相颗粒和没有析出的V微合金元素。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提供含钛和氮的包芯线。本发明的第二个目的在于提供该包芯线在钢液合金化中的用途。本发明的第三个目的在于提供钢液合金化的方法。

本发明提供了含钛和氮的包芯线，所述包芯线的芯层用纳米氮化钛粉末制成，所述纳米氮化钛粉末的尺寸小于100nm。

进一步地，用粘合剂将所述纳米氮化钛粉末粘合成粒径小于3mm的粘合粉料。

进一步地，粘合剂占芯层总重量的5～9％。