包芯线及其应用和钒氮合金化钢水及其制备方法和一种钒氮微合金钢的制作方法

包芯线及其应用和钒氮合金化钢水及其制备方法和一种钒氮微合金钢的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种包芯线及其应用，该包芯线包括：芯层和包裹所述芯层的外层，其中，所述芯层为含有钒氮合金、氮化硅铁、铌铁合金和萤石的混合物。本发明提供了一种钒氮合金化钢水及其制备方法，该方法包括：将本发明所述的包芯线喂入待钒氮合金化的钢水中进行钒氮合金化。本发明提供了一种钒氮微合金钢，该钒氮微合金钢由本发明所述的钒氮合金化钢水浇铸而成。本发明的包芯线用于实现钢水钒和氮的合金化，能够依据需要有效增加氮含量而不影响钒含量，可在钢水需要的情况下生产氮含量更高的含钒钢，并且氮的回收率高且稳定。且采用本发明的包芯线进行钢水钒氮合金化得到的钒氮合金化钢水浇铸后得到的钒氮微合金钢屈服强度和抗拉强度高。
【专利说明】包芯线及其应用和钒氮合金化钢水及其制备方法和一种钒 氮微合金钢

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种包芯线及其在钢水钒氮合金化中的应用，以及一种钒氮合金化钢 水及其制备方法，和一种钒氮微合金钢。

【背景技术】
[0002] 钒氮合金是一种新型合金添加剂，可以替代钒铁用于微合金化钢的生产。钒氮合 金添加于钢中能提高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良 好的可焊性。在达到相同强度下，添加氮化钒节约钒加入量30-40%，进而降低了成本。钒氮 合金可用于结构钢，工具钢，管道钢，钢筋及铸铁中。钒氮合金应用于高强度低合金钢中可 同时进行有效的钒、氮微合金化，促进钢中碳、钒、氮化合物的析出，更有效的发挥沉降强化 和细化晶粒作用。
[0003] 由于直接将钒氮合金以块状形态加入钢液中的回收率较低，因此现有技术中主要 是通过向钢液中喂入包芯线的方法实现钢液钒、氮合金化。该方法是把块状或球状钒氮合 金用物理方法破碎，再用铁皮或钢皮包制成包芯线，钒氮合金形成包芯线的芯层，铁皮或钢 皮形成包芯线的外层；然后将上述包芯线通过喂线装置喂入钢包内的钢液中，使钢液钒、 氮合金化。该种方法钒、氮合金元素回收率较高，钒回收率在88-95%，氮回收率在70-90%。 但该种方法应用在一些氮含量要求更高的品种上存在一定的局限性，因为该种氮化钒包芯 线的氮含量受制于钒氮合金中氮和钒的比值，现有产品中钒氮合金通常有VN12、VN14和 VN16三个牌号，一般情况下该三个牌号氮和钒的比值分别12 :78(N:V) ;14 :78(N:V) ;16 : 78(N:V)。可以看出氮和钒的比值最高为VN16的16 :78,即合金中含有16%的N，含有78% 的钒。
[0004] 因此，如果要生产氮含量更高的含钒钢，则必须相应喂入大量的氮化钒，随之而来 的是钢中的钒含量也大量增加。而钒是比较贵重的金属元素，对于降低含钒钢的生产低成 本是不必要的。


【发明内容】

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种能够用于生产氮含量更高，且氮的回收率高 且稳定的含钒钢的包芯线。
[0006] 为实现前述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种包芯线，该包芯线包 括：芯层和包裹所述芯层的外层，其中，所述芯层为含有钒氮合金、氮化硅铁、铌铁合金和萤 石的混合物。
[0007] 根据本发明的第二方面，本发明提供了本发明的包芯线在制备钒氮合金化钢水中 的应用。
[0008] 根据本发明的第三方面，本发明提供了一种钒氮合金化钢水的制备方法，该方法 包括：将本发明所述的包芯线喂入待钒氮合金化的钢水中进行钒氮合金化。
[0009] 根据本发明的第四方面，本发明提供了按照本发明的钒氮合金化钢水的制备方法 制备得到的钒氮合金化钢水。
[0010] 根据本发明的第五方面，本发明提供了一种钒氮微合金钢，其中，该钒氮微合金钢 由本发明所述的钒氮合金化钢水浇铸而成。
[0011] 本发明的包芯线用于实现钢水钒和氮的合金化，能够依据需要有效增加氮含量而 不影响钒含量，可在钢水需要的情况下生产氮含量更高的含钒钢，并且氮的回收率高且稳 定。且采用本发明的包芯线进行钢水钒氮合金化得到的钒氮合金化钢水浇铸后得到的钒氮 微合金钢屈服强度和抗拉强度高。
[0012] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。

【专利附图】

【附图说明】
[0013] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0014] 图1为本发明的包芯线的横截面剖视图。
[0015] 附图标记说明
[0016] 1芯层 2外层

【具体实施方式】
[0017] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0018] 如图1所示，本发明提供了一种包芯线，该包芯线包括：芯层1和包裹所述芯层1 的外层2,其中，所述芯层1为含有钒氮合金、氮化硅铁、铌铁合金和萤石的混合物。
[0019] 根据本发明的包芯线，一方面通过在芯层内加入氮化硅铁，可提高单位芯层的氮 含量，利于生产氮含量更高的含钒钢，例如生产含钒0. 05重量％、含氮0. 015重量％以上的 非调质钢，从而可避免过量加入贵重金属钒的现象发生，降低了生产成本。另一方面，氮化 硅铁的加入不影响包芯线的使用性能，且在制备钒氮合金化钢水中氮的回收率高且稳定， 且更进一步，由于本发明的所述芯层为含有钒氮合金、氮化硅铁、铌铁合金和萤石的混合 物，使得采用本发明的包芯线进行钢水钒氮合金化得到的钒氮合金化钢水浇铸后得到的钒 氮微合金钢屈服强度和抗拉强度高。
[0020] 根据本发明的包芯线，优选所述混合物中，钒氮合金的含量为50-94重量％，氮化 硅铁的含量为4-15重量％，铌铁合金的含量为1-25重量％，萤石的含量为1-25重量％。采 用前述包芯线进行钢水钒氮合金化，氮回收率高且稳定，并且得到的钒氮合金化钢水浇铸 后得到的钒氮微合金钢屈服强度和抗拉强度高。
[0021] 根据本发明的包芯线，优选所述钒氮合金中N含量为10-18重量％，V含量为76-82 重量％，其余为Fe和不可避免的其它杂质元素。前述钒氮合金例如可以为牌号为VN12 (V 含量为76. 0-82. 0重量％，N含量为10. 0-14. 0重量％，其余为Fe和不可避免的其它杂质 元素)，VN14 (V含量为76. 0-82. 0重量％，N含量为12. 0-16. 0重量％，其余为Fe和不可避 免的其它杂质元素)，VN16的钒氮合金（V含量为76. 0-82. 0重量％，N含量为14. 0-18. 0重 量％，其余为Fe和不可避免的其它杂质元素)。采用前述包芯线进行钢水钒氮合金化，氮回 收率高且稳定，并且得到的钒氮合金化钢水浇铸后得到的钒氮微合金钢屈服强度和抗拉强 度高。
[0022] 根据本发明的包芯线，所述氮化硅铁的主要成分为Si3N4，伴随极少量游离铁、未氮 化的硅铁和不可避免的其它一些杂质元素组成的混合物。针对本发明，优选所述氮化硅铁 中N含量为32-39重量％，Si含量为48-58重量％，其余为少量的Fe和不可避免的其它杂 质元素。采用前述包芯线进行钢水钒氮合金化，氮回收率高且稳定，并且得到的钒氮合金化 钢水浇铸后得到的钒氮微合金钢屈服强度高和抗拉强度高。
[0023] 根据本发明的包芯线，优选所述铌铁合金中Nb+Ta含量为60-80重量％，其余为 Fe和不可避免的其它杂质元素，前述铌铁合金例如可以为牌号为FeNb60 (Nb+Ta含量为 60. 0-70. 0重量％，其中，铊含量< 0. 3重量％，其余为Fe和不可避免的其它杂质元素)、 FeNb70 (Nb+Ta含量为70. 0-80. 0重量％，其余为Fe和不可避免的其它杂质元素)的铌铁合 金。采用前述包芯线进行钢水钒氮合金化，氮回收率高且稳定，并且得到的钒氮合金化钢水 浇铸后得到的钒氮微合金钢屈服强度和抗拉强度高。
[0024] 根据本发明的包芯线，优选所述萤石中CaF2含量> 93重量％，其余为不可避免的 其它杂质元素。
[0025] 根据本发明的包芯线，为了便于钒氮合金、氮化硅铁、萤石和铌铁合金快速熔入钢 水内，也便于包芯线的芯层的制作，同时为了提高钒氮微合金钢的屈服强度和抗拉强度，优 选所述含有钒氮合金、氮化硅铁、铌铁合金和萤石的混合物为粉料形式，更优选所述粉料的 颗粒粒径在5mm以下，例如可以为2mm以下，3mm以下，优选为2_5mm。
[0026] 根据本发明的包芯线，优选所述包芯线的所述外层为铁皮或钢皮。
[0027] 本发明对所述铁皮或钢皮的材质无特殊要求，其可以为本领域的常规选择，本发 明在此不详细描述。
[0028] 具有本发明前述组成的包芯线均可实现本发明的目的，其制备方法可以为本领域 的常规选择，例如可以按如下步骤进行：
[0029] 将钒氮合金、氮化硅铁、铌铁合金和萤石研磨成粉料，然后使用外皮(从而形成本 发明所述外层）例如可以为铁皮或钢皮包裹形成包芯线即可。
[0030] 本发明中，包芯线的直径可以为本领域的常规选择，针对本发明，优选包芯线的外 径为 10_20_。
[0031] 本发明提供了一种本发明所述的包芯线在制备钒氮合金化钢水中的应用。
[0032] 本发明提供了一种钒氮合金化钢水的制备方法，该方法包括：将本发明所述的包 芯线喂入待钒氮合金化的钢水中进行钒氮合金化。
[0033] 根据本发明的钒氮合金化钢水的制备方法，为了有利于包芯线快速喂入钢水内， 同时为了提高钒氮微合金钢的屈服强度和抗拉强度，优选在进行钒氮合金化过程中，在动 态条件下进行钒氮合金化，动态条件可以通过对钢包进行摇晃或转动来实现，例如可以在 包芯线通过喂线装置喂入钢包内的钢水中的同时，对钢包进行摇晃。
[0034] 根据本发明的钒氮合金化钢水的制备方法，其中，在进行钒氮合金化过程中，优选 在将包芯线通过喂线装置喂入钢包内的钢水中的同时，对包芯线与钢水的接触区域喷吹惰 性气体。
[0035] 本发明中，惰性气体可以为本领域的常规选择，例如可以为氮气和/或氩气。
[0036] 根据本发明的钒氮合金化钢水的制备方法，通过向包芯线与钢水接触区域喷吹惰 性气体，一方面可提高该区域内的钢渣的流动性，同时可提高钒氮微合金钢的屈服强度和 抗拉强度，另一方面可防止该区域以外的钢渣朝该区域流动汇集，尤其是在对钢包摇晃过 程中，其它区域的钢渣有可能朝包芯线附近流动，通过向包芯线附近喷吹惰性气体，可有效 保证包芯线的快速喂入。
[0037] 根据本发明的钒氮合金化钢水的制备方法，其中，优选包芯线喂入的速度为3-10 米/秒。
[0038] 根据本发明的钒氮合金化钢水的制备方法，优选所述待钒氮合金化的钢水为已经 碳娃猛合金化的钢水。
[0039] 根据本发明的一种优选的实施方式，优选所述待钒氮合金化的钢水的温度为 1500-1600°C。
[0040] 本发明提供了按照本发明的钒氮合金化钢水的制备方法得到的钒氮合金化钢水。
[0041] 本发明提供了一种钒氮微合金钢，其中，该钒氮微合金钢由本发明所述的钒氮合 金化钢水烧铸而成。
[0042] 下面结合【具体实施方式】对本发明进一步说明，但并不能因此限制本发明的范围。
[0043] 本发明中，氮含量按如下步骤测得：钢液直接取Φ 10以上的圆棒试样，待测试样 冷却后加工成(p4x9mm的氧氮仪小圆棒标准样，在氧氮仪上测定氮含量，氮的具体测定方 法按GB/T20124 (钢铁，氮含量的测定，惰性气体熔融热导法）的要求进行。
[0044] 氮回收率是通过测定钢液喂入包芯线前、后的氮含量，再结合包芯线所带入的总 氮量，通过计算得到，具体为：氮回收率=(钢液喂入包芯线后的氮含量-钢液喂入包芯线前 的氮含量）X出钢量/包芯线所带入的总氮量。
[0045] 钒含量按如下步骤测得：钢液直接取Φ30Χ10πιπι左右的圆饼试样，待测试样冷却 后在任意一个平面用砂轮去除氧化皮，并打磨平整，在火花放电原子发射光谱仪上，按GB/ Τ4336 (碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法）的要求进行测试。
[0046] 本发明中，拉伸性能按照GB/T228 (金属材料室温拉伸试验方法）进行，分别检测 屈服强度ReL，抗拉强度Rm。
[0047] 本发明中，目标颗粒粒径的粉料可以将物料粉碎后通过标准筛筛分得到。
[0048] 实施例1
[0049] 一种包芯线A1 (外径为12mm)，包括芯层和包裹芯层的外层，所述芯层由钒氮合 金、氮化硅铁、铌铁合金和萤石的粉料(颗粒粒径为2_以下）组成，外层为冷轧带钢（牌号 Stl2)制成的外皮，其中，粉料中，含有钒氮合金（VN16,钒含量78重量％，N含量16重量％): 94重量％，氮化硅铁（N含量为36重量％，Si含量为52重量％):4重量％，铌铁合金：1重量％， 萤石（CaF 2含量为95重量％) : 1重量％，铌铁合金为FeNb60A (Nb+Ta含量为61重量％，其 中，Ta含量为0. 2重量％，其余为Fe和不可避免的其它杂质元素)。
[0050] 实施例2
[0051] 一种包芯线A2 (外径为12mm)，包括芯层和包裹芯层的外层，所述芯层由钒氮合 金、氮化硅铁、铌铁合金和萤石的粉料(颗粒粒径为3_以下）组成，外层为冷轧带钢（牌号 Stl2)制成的外皮，其中，粉料中，含有钒氮合金（VN16,钒含量78重量％，N含量16重量％): 51重量％，氮化硅铁（N含量为36重量％，Si含量为52重量％) :9重量％，铌铁合金：25重 量％，萤石（CaF2含量为95重量％) :15重量％，铌铁合金为FeNb60A (Nb+Ta含量为61重 量％，其中，Ta含量为0. 2重量％，其余为Fe和不可避免的其它杂质元素)。
[0052] 实施例3
[0053] -种包芯线A3 (外径为13mm)，包括芯层和包裹芯层的外层，所述芯层由钒氮合 金、氮化硅铁、铌铁合金和萤石的粉料(颗粒粒径为3_以下）组成，外层为冷轧带钢（牌号 Stl2)制成的外皮，其中，粉料中，含有钒氮合金（VN16,钒含量78重量％，N含量16重量％): 51重量％，氮化硅铁（N含量为36重量％，Si含量为52重量％) :9重量％，铌铁合金：15重 量％，萤石（CaF2含量为95重量％) :25重量％，铌铁合金为FeNb60A (Nb+Ta含量为61重 量％，其中，Ta含量为0. 2重量％，其余为Fe和不可避免的其它杂质元素)。
[0054] 实施例4
[0055] -种包芯线A4 (外径为13mm)，包括芯层和包裹芯层的外层，所述芯层由钒氮合 金、氮化硅铁、铌铁合金和萤石的粉料(颗粒粒径为5_以下）组成，外层为冷轧带钢（牌号 Stl2)制成的外皮，其中，粉料中，含有钒氮合金（VN16,钒含量78重量％，N含量16重量％): 75重量％，氮化硅铁（N含量为36重量％，Si含量为52重量％) :15重量％，铌铁合金：1重 量％，萤石（CaF2含量为95重量％):9重量％，铌铁合金为FeNb60A(Nb+Ta含量为61重量％， 其中，Ta含量为0. 2重量％，其余为Fe和不可避免的其它杂质元素)。
[0056] 对比例1
[0057] 与实施例4的包芯线相同，不同的是，包芯线D1的芯层为100重量％的￥附6氮化 钒合金粉料。
[0058] 制备例
[0059] 采用包芯线A1-A4在120吨转炉+120吨LF炉精炼炉+6机6流方坯连铸机上生 产C含量0. 34-0. 38重量％，Μη含量1. 45-1. 70重量％，Si含量0. 25-0. 45重量％，钒含量 0. 05-0. 08重量％，氮含量不小于0. 0050重量％的36Mn2VN钢，具体按如下步骤进行：
[0060] 首先在转炉内加入140吨铁水，利用转炉吹氧脱C的功能，将铁水初炼成钢水，钢 水中的C初炼到0. 08重量％时出钢到钢包中，此时实际出钢量为133吨(转炉初炼过程中 约5重量％的原料被烧损）。出钢过程中向钢水中加入FeSi、FeMn合金和无烟煤进行Si、 Μη和C元素合金化，合金化后钢水中C含量为0. 35重量％，Μη含量为1. 50重量％，Si含 量为0. 30重量％，V含量为0. 005重量％，此时在钢水中取样，取出的试样冷却后再加工成 (p4><9mm的氧氮仪小圆棒标准样，在氧氮仪上测定钢水中的氮含量为〇. 0050重量％。
[0061] 钢水到达LF炉后开始电加热，当钢水温度加热到1575°C时停止加热，用喂线机 喂入包芯线并同时摇晃钢包，同时对包芯线与钢水的接触区域喷吹惰性气体(惰性气体为 氮气)，以制备所需钒氮含量的钒氮合金化钢水，该过程的氮回收率(结果见表1);然后在6 机6流方述连铸机上将f凡氮合金化钢水烧铸成280mmX 380mm铸述，最后经乳制后，成材为 φ73、壁厚为5_的成品无缝钢管，其氮含量以及钒含量，屈服强度和抗拉强度见表1。
[0062] 制备对比例
[0063] 按照制备例的方法制备成品钢，不同的是，使用包芯线D1进行制备。
[0064] 表 1
[0065]

【权利要求】
1. 一种包芯线，该包芯线包括：芯层和包裹所述芯层的外层，其特征在于，所述芯层为 含有钒氮合金、氮化硅铁、铌铁合金和萤石的混合物。
2. 根据权利要求1所述的包芯线，其中，所述混合物中，钒氮合金的含量为50-94重 量％，氮化硅铁的含量为4-15重量％，铌铁合金的含量为1-25重量％，萤石的含量为1-25重 量％。
3. 根据权利要求1或2所述的包芯线，其中，所述钒氮合金中N含量为10-18重量％， V含量为76-82重量％，其余为Fe和不可避免的其它杂质元素。
4. 根据权利要求1或2所述的包芯线，其中，所述氮化硅铁中N含量为32-39重量％， Si含量为48-58重量％，其余为少量的Fe和不可避免的其它杂质元素。
5. 根据权利要求1或2所述的包芯线，其中，所述铌铁合金中Nb+Ta含量为60-80重 量％，其余为Fe和不可避免的其它杂质元素。
6. 根据权利要求1或2所述的包芯线，其中，所述萤石中CaF2含量> 93重量％。
7. 根据权利要求1或2所述的包芯线，其中，所述混合物为粉料形式，粉料的颗粒粒径 在5mm以下，包芯线的所述外层为铁皮或钢皮。
8. 权利要求1-7中任意一项所述的包芯线在制备钒氮合金化钢水中的应用。
9. 一种钒氮合金化钢水的制备方法，该方法包括：将权利要求1-7中任意一项所述的 包芯线喂入待钒氮合金化的钢水中进行钒氮合金化。
10. 根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述待钒氮合金化的钢水为已经碳硅锰合 金化的钢水，且所述待钒氮合金化的钢水的温度为1500-1600°C。
11. 根据权利要求9或10所述的制备方法，其中，在动态条件下进行钒氮合金化，且 在包芯线喂入待钒氮合金化的钢水中的同时，对包芯线与所述钢水的接触区域喷吹惰性气 体。
12. 权利要求9-11中任意一项所述的方法得到的钒氮合金化钢水。
13. -种钒氮微合金钢，其特征在于，该钒氮微合金钢由权利要求12所述的钒氮合金 化钢水烧铸而成。
【文档编号】C21C7/00GK104060042SQ201310655777
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】刘明 申请人:攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司