钢铁冶金用的镁钙合金包芯线及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线及其制备方法，由芯料和外皮组成，芯料由镁、钙、硅组成，其中Mg:6%~38%，Ca:5%~30%，其余为硅和制备原料时不可避免的杂质元素，优选将Mg/Ca的质量比控制在5:3至7.5:3之间。对于齿轮钢、易切削钢、非调质钢，Ca可以改善Al2O3夹杂物和MnS夹杂物的形态和提高钢液的洁净度，Mg同样改善夹杂物的形态和提高钢液的洁净度，而采用镁钙复合处理同时可以起到变性夹杂物、净化钢液的作用，并且Mg可以显著提高Ca的有效作用与收得率。在精炼时喂入该包芯线，可以起到脱氧、夹杂物改质、净化钢液和提高钢材性能的作用。
【专利说明】
钢铁冶金用的镆钙合金包芯线及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种加入钢液或铁液中的各种添加剂材料及其制备方法，特别是涉及一种钢铁冶金用的包芯线形式的复合材料添加剂及其制备方法，应用于金属材料夹杂物形态的控制技术领域。【背景技术】
[0002]在齿轮钢、易切削钢、非调质钢中通常含有一定量的硫，冶炼时主要采用铝脱氧， 其产物A1203夹杂呈簇状，其熔点高达2050°C，炼钢温度下为固态，由于其分子间结合力较大，连铸时A1203易粘附在水口壁上、积累长大结瘤，会引起水口堵塞;在钢材加工时，它在钢中呈链状或串状分布，恶化钢材内部和表面的质量。采用钙处理技术，可使A1203夹杂变为低熔点的钙铝酸盐。[0003 ]钙处理技术还可以对齿轮钢、易切削钢、非调质钢中硫化物进行变性处理，使硫化物形态得以优化，性能得以提升。用钙处理后将MnS变为含钙的硫化物加工后仍为球状或接近球状。这样即可改善钢材的各向异性。钙能与硫反应生成CaS，或在CaO的外层起脱硫反应生成CaS，或与CaO ? AI2O3、CaO、Al2〇3、Si〇2等夹杂物起反应生成CaS，最后CaS均存在于这些夹杂物的外层。由于这类夹杂物塑性低，加工过程中不变形，故硫化物不会像MnS那样，由于塑性好在加工过程中会变成长条状或片层状。同时，钢中常会有一些不希望要的对钢机械性能和热加工性能不利的微量杂质如48、513、511、81、？13等，用一般化学方法很难去除。钙和这些元素都有一定的亲和力，故钙处理技术能去除这些有害的杂质元素。
[0004]向钢液中添加镁同样可以起到变性夹杂物的效果，镁通过参与脱氧反应生成的氧化镁将和氧化铝生成镁铝尖晶石夹杂物，起到将A1203夹杂物变性的作用，这样镁铝尖晶石夹杂物会极其细小并且随机分布在钢中，不会对钢的疲劳性能和其他性能造成影响。同时， 镁可以强化和提高钙的有效作用，提高钙的收得率，镁钙复合处理具有比单独的钙处理、单独的镁处理更好的效果。如专利申请号为201610163260.x公开了一种含钙镁硫的20MnCr易切削齿轮钢及其制备方法，专利申请号为201610163261.4公开了一种含镁钙的45MnVS易切削非调质钢及其制造方法，专利申请号为20161016 3553.8公开了一种含镁钙的易切削钢及生产工艺，专利申请号为201210315608.4公开了以镁铝改质介在物细化钢晶粒之冶炼方法。
[0005]在1600 °C下，镁的熔点为649 °C，沸点为1090 °C，钙的熔点为839 °C，沸点为1484 °C， 在炼钢及精炼的温度条件下，镁、钙的蒸汽压很高，直接将镁、钙加入钢液中，会使镁、钙迅速生成蒸汽逸出，无法直接加入钢中，而且钙、镁蒸汽在高温下与钢液接触后，会引起剧烈燃烧导致爆炸，引起钢水喷溅事故，同时直接将镁、钙加入钢液中消耗量大，控制夹杂物的冶金工艺成本高，镁钙通常以合金包芯线的形式加入钢液，多以硅钙合金线、硅镁合金线的形式加入，但以两种合金线的加入方式向金属液中喂线，不利于对合金成分的精确控制。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线及其制备方法，对于齿轮钢、易切削钢、非调质钢，合金包芯线中的Ca能改善Al2〇3夹杂物和MnS夹杂物的形态和提高钢液的洁净度，合金包芯线中的Mg 同样能改善夹杂物的形态和提高钢液的洁净度，而采用本发明镁钙合金包芯线进行镁钙复合处理同时能起到变性夹杂物、净化钢液的作用，并且Mg可以显著提高Ca的有效作用与收得率。在精炼时喂入本发明包芯线，还能起到脱氧、夹杂物改质、净化钢液和提高钢材性能的综合作用效果。
[0007]为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案:一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线，由芯部和外皮组成具有设定长度的复合材料线材，其特征在于，包芯线的芯部的材料的化学成分质量百分比组成如下:Mg为6?38%，Ca为5? 30%，其余为硅和不可避免的杂质元素;包芯线的外皮至少采用厚度为0.3?3毫米冷乳钢带制成。
[0008]作为本发明优选的技术方案，包芯线的芯部的材料中的Mg为10?20%，Ca为10?25%。
[0009]作为本发明进一步优选的技术方案，包芯线的芯部的材料中的Mg为15?20%，Ca为 15~20%〇
[0010]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，包芯线的芯部的材料中的Mg:Ca的质量比控制在5:3?7.5:3之间。
[0011]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，包芯线的芯部的材料中的Mg:Ca的质量比控制在5:3?6.5:3之间。
[0012]—种本发明钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，采用镁材料、钙材料和硅材料作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量百分比如下进行配料:Mg为6?38%，Ca为5?30%，其余原料主要为硅，将镁材料、钙材料和硅材料原料混合后冷压成镁钙合金坯，再进行预热，然后经热挤压成镁钙合金的金属丝，最后采用厚度为0.3?3毫米的冷乳钢带，将镁钙合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。[〇〇13]包芯线的芯部的材料中的Mg: Ca的质量比优选控制在5:3?7.5:3之间。
[0014] 优选采用S1-Mg合金和S1-Ca合金作为原料，或者优选采用S1-Mg合金、S1-Ca合金和含硅量为99.0?99.995wt.%的工业硅粉作为原料。[〇〇15]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:1.使用本发明包芯线时，能够保证当包芯线能插入到钢液深处才开始融化，增加了芯料与待处理钢液之间的接触时间，从而提高有效成分的收得率；2.本发明包芯线中的Ca可以改善夹杂物的形态和提高钢液的洁净度，本发明包芯线中的Mg同样改善夹杂物的形态和提高钢液的洁净度，而且效果更佳更持久，并且可以提高 Ca的有效作用，提高Ca的收得率。Si可以提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低，并且Si和Ca、Mg起着联合脱氧作用，同时还可以增强钢材的延展性，改善钢的耐磨性能；3.使用本发明包芯线进行冶炼后，其产物可形成多元互溶体，降低脱氧产物的活度和熔点，有利于脱氧进行，使钢液净化效果更好，Mg、Ca可以使钢中的夹杂物变性为低熔点的镁铝尖晶石和钙铝酸盐，有利于夹杂物的聚集上浮去除，从而提高钢材的性能。【附图说明】[0〇16]图1为未处理的钢样的金相图及其夹杂物分布。
[0017]图2为经对比例一中钙处理的钢样的金相图及其夹杂物分布。[〇〇18]图3为经对比例二中镁处理的钢样的金相图及其夹杂物分布。[〇〇19]图4为经本发明实施例一镁钙合金包芯线进行镁钙复合处理的钢样的金相图及其夹杂物分布。【具体实施方式】
[0020]本发明的优选实施例详述如下:实施例一:在本实施例中，一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，采用s1-Mg合金、S1-Ca 合金和含硅量为99wt.%的工业硅粉作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量百分比如下进行配料:Mg为6%，Ca为5%，其余原料主要为硅，将S1-Mg合金、S1-Ca 合金和工业硅粉混合后冷压成镁钙合金坯，再进行预热，然后经热挤压成镁钙合金的金属丝，最后采用厚度为0.3毫米的冷乳钢带，将镁钙合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。
[0021]对比例一:在本实施例中，一种钢铁冶金用的钙合金包芯线的制备方法，采用S1-Ca合金和含硅量为99wt.%的工业硅粉作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量百分比如下进行配料:Ca为5%，其余原料主要为硅，将S1-Ca合金和工业硅粉混合后冷压成钙合金坯，再进行预热，然后经热挤压成钙合金的金属丝，最后采用厚度为0.3毫米的冷乳钢带，将钙合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。[〇〇22] 对比例二:在本实施例中，一种钢铁冶金用的镁合金包芯线的制备方法，采用S1-Mg合金和含硅量为99wt.%的工业硅粉作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量百分比如下进行配料:Mg为6%，其余原料主要为硅，将S1-Mg合金和工业硅粉混合后冷压成镁合金坯，再进行预热，然后经热挤压成镁合金的金属丝，最后采用厚度为0.3毫米的冷乳钢带，将镁合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。[〇〇23]实验测试分析:结合实施例一与对比例一和对比例二，为了验证实施例一制备的镁钙合金包芯线的对夹杂物控制的处理效果，进行了金属材料的实验，将牌号为X1215的4份相同的钢样熔化后， 分别采用实施例一制备的镁钙合金包芯线、对比例一制备的钙合金包芯线和对比例二制备的镁合金包芯线，对其中的3份钢样熔体分别进行不同的处理，与未进行处理的钢样熔体一并凝固得到4块不同成分的钢锭，然后将得到的钢锭进行切割，对距离表面1/2处的纵截面进行磨抛处理，然后通过光学显微镜观察钢样的金相图及其夹杂物分布。[〇〇24]参见图1?4,通过对夹杂物典型形貌的观察发现，图1未处理的钢样的金相图夹杂物尺寸较大，大部分为球形，也有少量为短棒状，整体分布体现出略微的沿晶界特征。图2经对比例一制备的钙合金包芯线进行钙处理的钢样中夹杂物尺寸相对于图1中的夹杂物尺寸有所减小，短棒状形态的夹杂物增多。图3经对比例二制备的镁合金包芯线进行镁处理的钢样中夹杂物尺寸明显减小，短棒状夹杂物数量增多，有沿晶界分布的趋势。而图4经实施例一制备的镁钙合金包芯线进行镁钙复合处理的钢样中夹杂物尺寸明显较细小，其中椭球和短棒形状的比例有所增大，而且表现为非常明显的沿晶界分布的特点。这证明实施例一制备的镁钙合金包芯线对钢液中夹杂物改质效果良好，有利于提高钢材的性能。使用本实施例一包芯线后，其产物可形成多元互溶体，降低脱氧产物的活度和熔点，有利于脱氧进行， 使钢液净化效果更好，Mg、Ca可以使钢中的夹杂物变性为低熔点的镁铝尖晶石和钙铝酸盐， 有利于夹杂物的聚集上浮去除，从而提高钢材的性能。
[0025] 实施例二:本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于:在本实施例中，一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，采用S1-Mg合金、S1-Ca 合金和含硅量为99wt.%的工业硅粉作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量百分比如下进行配料:Mg为38%，Ca为30%，其余原料主要为硅，将S1-Mg合金、S1-Ca合金和工业硅粉混合后冷压成镁钙合金坯，再进行预热，然后经热挤压成镁钙合金的金属丝，最后采用厚度为3毫米的冷乳钢带，将镁钙合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。经本实施例制备的镁钙合金包芯线进行镁钙复合处理的钢样中夹杂物尺寸明显较细小，其中椭球和短棒形状的比例有所增大，而且表现为非常明显的沿晶界分布的特点。对于本实施例钢样，Ca可以改善Al2〇3夹杂物和MnS夹杂物的形态和提高钢液的洁净度，Mg同样改善夹杂物的形态和提高钢液的洁净度，而采用镁钙复合处理同时可以起到变性夹杂物、净化钢液的作用，并且Mg可以显著提高Ca的有效作用与收得率。在精炼时喂入该包芯线，可以起到脱氧、夹杂物改质、净化钢液和提高钢材性能的作用。[0〇26] 实施例三:本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于:在本实施例中，一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，采用S 1-Mg合金、S1-Ca 合金和含硅量为99wt.%的工业硅粉作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量百分比如下进行配料:Mg为10%，Ca为10%，其余原料主要为硅，将S1-Mg合金、S1-Ca合金和工业硅粉混合后冷压成镁钙合金坯，再进行预热，然后经热挤压成镁钙合金的金属丝，最后采用厚度为0.3毫米的冷乳钢带，将镁钙合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。 相比实施例一，经本实施例制备的镁钙合金包芯线进行镁钙复合处理的钢样中夹杂物尺寸明显更加细小，其中椭球和短棒形状的比例有所增大，而且表现为非常明显的沿晶界分布的特点。[〇〇27]实施例四:本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于:在本实施例中，一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，采用S 1-Mg合金、S1-Ca 合金和含硅量为99wt.%的工业硅粉作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量百分比如下进行配料:Mg为20%，Ca为25%，其余原料主要为硅，将S1-Mg合金、S1-Ca合金和工业硅粉混合后冷压成镁钙合金坯，再进行预热，然后经热挤压成镁钙合金的金属丝，最后采用厚度为3毫米的冷乳钢带，将镁钙合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。相比实施例一，经本实施例制备的镁钙合金包芯线进行镁钙复合处理的钢样中夹杂物尺寸明显更加细小，其中椭球和短棒形状的比例有所增大，而且表现为非常明显的沿晶界分布的特点。
[0028] 实施例五:本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于:在本实施例中，一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，采用s1-Mg合金、S1-Ca 合金和含硅量为99wt.%的工业硅粉作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量百分比如下进行配料:Mg为15%，Ca为15%，其余原料主要为硅，将S1-Mg合金、S1-Ca合金和工业硅粉混合后冷压成镁钙合金坯，再进行预热，然后经热挤压成镁钙合金的金属丝，最后采用厚度为0.3毫米的冷乳钢带，将镁钙合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。 相比实施例三，经本实施例制备的镁钙合金包芯线进行镁钙复合处理的钢样中夹杂物尺寸明显更加细小，其中椭球和短棒形状的比例有所增大，而且表现为非常明显的沿晶界分布的特点。[〇〇29]实施例六:本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于:在本实施例中，一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，采用S 1-Mg合金、S1-Ca 合金和含硅量为99wt.%的工业硅粉作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量百分比如下进行配料:Mg为20%，Ca为20%，其余原料主要为硅，将S1-Mg合金、S1-Ca合金和工业硅粉混合后冷压成镁钙合金坯，再进行预热，然后经热挤压成镁钙合金的金属丝，最后采用厚度为3毫米的冷乳钢带，将镁钙合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。相比实施例三，经本实施例制备的镁钙合金包芯线进行镁钙复合处理的钢样中夹杂物尺寸明显更加细小，其中椭球和短棒形状的比例有所增大，而且表现为非常明显的沿晶界分布的特点。
[0030]实施例七:本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于:在本实施例中，一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，采用s 1-Mg合金、S1-Ca 合金和含硅量为99wt.%的工业硅粉作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量百分比如下进行配料:Mg为8.33%，Ca为5%，其余原料主要为硅，将S1-Mg合金、 S1-Ca合金和工业硅粉混合后冷压成镁钙合金坯，再进行预热，然后经热挤压成镁钙合金的金属丝，最后采用厚度为0.3毫米的冷乳钢带，将镁钙合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。相比实施例一，经本实施例制备的镁钙合金包芯线进行镁钙复合处理的钢样中夹杂物尺寸明显更加细小，其中椭球和短棒形状的比例有所增大，而且表现为非常明显的沿晶界分布的特点。
[0031]实施例八:本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于:在本实施例中，一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，采用S 1-Mg合金、S1-Ca 合金和含硅量为99wt.%的工业硅粉作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量百分比如下进行配料:Mg为38%，Ca为22.8%，其余原料主要为硅，将S1-Mg合金、 S1-Ca合金和工业硅粉混合后冷压成镁钙合金坯，再进行预热，然后经热挤压成镁钙合金的金属丝，最后采用厚度为3毫米的冷乳钢带，将镁钙合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。 相比实施例一，经本实施例制备的镁钙合金包芯线进行镁钙复合处理的钢样中夹杂物尺寸明显更加细小，其中椭球和短棒形状的比例有所增大，而且表现为非常明显的沿晶界分布的特点。
[0032]实施例九:本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于:在本实施例中，一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，采用s1-Mg合金、S1-Ca 合金和含硅量为99wt.%的工业硅粉作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量百分比如下进行配料:Mg为12.5%，Ca为5%，其余原料主要为硅，将S1-Mg合金、 S1-Ca合金和工业硅粉混合后冷压成镁钙合金坯，再进行预热，然后经热挤压成镁钙合金的金属丝，最后采用厚度为0.3毫米的冷乳钢带，将镁钙合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。相比实施例一，经本实施例制备的镁钙合金包芯线进行镁钙复合处理的钢样中夹杂物尺寸明显更加细小，其中椭球和短棒形状的比例有所增大，而且表现为非常明显的沿晶界分布的特点。[〇〇33] 实施例十:本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于:在本实施例中，一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，采用S 1-Mg合金、S1-Ca 合金和含硅量为99wt.%的工业硅粉作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量百分比如下进行配料:Mg为10.83%，Ca为5%，其余原料主要为硅，将S1-Mg合金、 S1-Ca合金和工业硅粉混合后冷压成镁钙合金坯，再进行预热，然后经热挤压成镁钙合金的金属丝，最后采用厚度为0.3毫米的冷乳钢带，将镁钙合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。相比实施例九，经本实施例制备的镁钙合金包芯线进行镁钙复合处理的钢样中夹杂物尺寸明显更加细小，其中椭球和短棒形状的比例有所增大，而且表现为非常明显的沿晶界分布的特点。
[0034]上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的， 只要不背离本发明钢铁冶金用的镁钙合金包芯线及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种钢铁冶金用的镁钙合金包芯线，由芯部和外皮组成具有设定长度的复合材料线 材，其特征在于，包芯线的芯部的材料的化学成分质量百分比组成如下:Mg为6?38%，Ca为5? 30%，其余为硅和不可避免的杂质元素;包芯线的外皮至少采用厚度为0.3?3毫米冷乳钢带 制成。2.根据权利要求1所述钢铁冶金用的镁钙合金包芯线，其特征在于:包芯线的芯部的材 料中的Mg为10?20%，Ca为10?25%。3.根据权利要求2所述钢铁冶金用的镁钙合金包芯线，其特征在于:包芯线的芯部的材 料中的Mg为15?20%，Ca为15?20%。4.根据权利要求1?3中任意一项所述钢铁冶金用的镁钙合金包芯线，其特征在于:包 芯线的芯部的材料中的Mg: Ca的质量比控制在5:3?7.5:3之间。5.根据权利要求4所述钢铁冶金用的镁钙合金包芯线，其特征在于:包芯线的芯部的材 料中的Mg: Ca的质量比控制在5:3?6.5:3之间。6.—种权利要求1所述钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，其特征在于:采用镁 材料、钙材料和硅材料作为原料，按照待制备的包芯线的芯部的材料的主要化学成分质量 百分比如下进行配料:Mg为6?38%，Ca为5?30%，其余原料主要为硅，将镁材料、钙材料和硅材 料原料混合后冷压成镁钙合金坯，再进行预热，然后经热挤压成镁钙合金的金属丝，最后采 用厚度为〇.3?3毫米的冷乳钢带，将镁钙合金的金属丝包裹成实芯金属包芯线。7.根据权利要求6所述钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，其特征在于:包芯线 的芯部的材料中的Mg: Ca的质量比控制在5:3?7.5:3之间。8.根据权利要求6或7所述钢铁冶金用的镁钙合金包芯线的制备方法，其特征在于:采 用S1-Mg合金和S1-Ca合金作为原料，或者采用S1-Mg合金、S1-Ca合金和含硅量为99.0? 99.995wt.%的工业硅粉作为原料。
【文档编号】C21C7/00GK106086303SQ201610604432
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月28日 公开号201610604432.2, CN 106086303 A, CN 106086303A, CN 201610604432, CN-A-106086303, CN106086303 A, CN106086303A, CN201610604432, CN201610604432.2
【发明人】付建勋, 李健, 吴彦欣, 胡德林, 张明, 徐杰, 朱玉员, 刘辉, 李徐, 刘思雨
【申请人】上海大学