高氧含量鋼及其冶煉方法

　　【技術領域】

　　[0001] 本發明屬于冶金工業中連鑄煉鋼技術，具體涉及一種高氧含量鋼及其冶煉方法。

　　【背景技術】

　　[0002] 連鑄工藝主要生產鎮靜鋼，需要鋼水氧含量越低越好（一般鋼水氧含量在20ppm 以下），以保證產品具有高純凈度且不含氣泡缺陷。而有些鋼材需要鋼水具有較高的氧含 量，例如，易切削鋼中I類MnS的形成需要100~300ppm氧含量，搪瓷鋼中需要大量氧化物 夾雜來提高抗鱗爆性能，薄帶連鑄中溶解氧在快速凝固過程析出納米級氧化物對改善鋼的 性能有利等。申請號為02809296. 1、201410337333. 3、200910062937. 0的中國發明專利分 別提供了高氧含量鋼板在含硫易切削鋼、搪瓷鋼、大線能量焊接管線鋼應用的實例，其中鋼 板的氧含量依次為〇. 0015~0. 0150 %、0. 010~0. 050 %、0. 0015~0. 0030%，但都沒有涉 及鋼材冶煉方法及控制措施。申請號為201110242022. 5的中國發明專利公開了一種生產 細鋼絲用高碳低合金鋼盤條及其制造方法，介紹了詳細的脫氧方法和成分控制措施，但氧 含量只達到0. 0010~0. 0030%，不適用于更高氧含量鋼的冶煉。

　　[0003] 由于高氧含量鋼在澆鑄過程中釋放大量氣體導致鋼液沸騰，不利于穩定生產。為 解決這一問題，現有技術中，一方面可采用模鑄方法生產，但生產效率低，且鑄坯容易產 生組織不均勻、雜質多等問題；另一方面可降低鋼液氧含量減輕沸騰，一般氧含量控制在 50ppm以下，但不能達到鋼板部分性能要求，同時還存在氧含量控制范圍不穩定的問題。因 此，需要開發一種適用于連鑄生產、氧含量穩定可控的冶煉方法。

　　【發明內容】

　　[0004] 本發明的目的是解決現有技術的不足，提供一種高氧含量鋼及其冶煉方法。采用 該冶煉方法制得鋼的全氧含量控制在0. 005~0. 030%的范圍內，與目標值偏差小于10%， 且氧含量控制穩定，可用于連鑄工藝生產。

　　[0005] 為實現上述目的，本發明所設計的高氧含量鋼，其化學成分的重量百分數 為：C 彡 0· 0050 %、Mn :0· 10 ~1. 00 %、Si 彡 0· 010 %、P 彡 0· 020 %、S 彡 0· 040 %、 Als 彡 0· 0050%、Me :0· 010 ~0· 100%、0 :0· 005 ~0· 030%，且 Mn、Si、Als 和 Me 總量不低 于0. 15%，余量為Fe和不可避免的雜質；其中，所述Me為Nb、V、Ti、Cr中的一種或兩種。

　　[0006] 作為優選方案，所述高氧含量鋼化學成分的重量百分數為：C :0. 0007~ 0· 0050 %、Mn :0· 10 ~0· 50 %、Si :0· 004 ~0· 010 %、P :0· 010 ~0· 020 %、S :0· 008 ~ 0· 040%、Als :0· 0040 ~0· 0050%、Me :0· 030 ~0· 090%、O :0· 020 ~0· 030%，且 Mn、Si、 Als和Me總量不低于0. 15%，余量為Fe和不可避免的雜質；其中，所述Me為Nb、V、Ti、Cr 中的一種或兩種。

　　[0007] 作為更優選方案，所述高氧含量鋼化學成分的重量百分數為：C :0.0008%、Mn : 0. 25%,Si ：0. 005%,P ：0. 015%,S ：0. 009%,Als ：0. 0045%,Nb ：0. 031%,Ti ：0. 052%,O ： 0. 0290%。

　　[0008] 上述高氧含量鋼的冶煉方法，它通過鐵水預處理、轉爐冶煉、脫氧合金化、出鋼、深 脫碳精煉、加入鋁丸脫氧、再合金化和連鑄生產得到高氧含量鋼，該方法包括如下步驟：

　　[0009] 1)鐵水預處理：脫去S和P ;

　　[0010] 2)轉爐冶煉：將步驟1)中預處理后的鐵水注入轉爐冶煉，轉爐冶煉終點C含量為 0. 03 ~0. 04% ;

　　[0011] 3)脫氧合金化：向步驟2)中加入中碳錳鐵脫氧合金化，終點O含量為0. 05~ 0. 07% ；

　　[0012] 4)出鋼：出鋼溫度為1700~1730°C，保證鋼水為弱沸騰狀態，爐渣堿度為3. 0~ 4. 0,擋渣出鋼，渣層厚度< IOOmm ;高氧含量條件下，鋼水即為沸騰狀態，氧含量過高，沸騰 劇烈不能用于連鑄生產，氧含量過低鋼水處于鎮靜狀態，又不利于鋼中有益物質的生成；

　　[0013] 5)深脫碳精煉：在RH精煉裝置中進行深脫碳精煉，鋼水到達真空站后吹氧脫碳， 真空度維持在50Pa以下，處理15~20min，深脫碳精煉終點C含量達到0. 0030%以下； [0014] 6)加入鋁丸脫氧：取步驟5)得到的鋼水樣測定鋼水化學成分，用氧槍測定鋼水氧 含量W1，根據鋼水總量Ms、鋼水氧含量W1和鋼板目標全氧含量W 2計算錯丸加入量M A1，其計 算公式為：

　　[0015] Mai=kX (W1- 0. 7XW 2) XMs

　　[0016] 其中，Mai單位為kg，W JP W2單位為ppm，Ms單位為噸；k為脫氧系數，取值為 0. 0015 ；

　　[0017] 7)再合金化：加入鋁丸脫氧后，真空循環2~3min，再依次加入所需合金，再合金 化完成后再真空循環5~8min，加保溫覆蓋劑；所述再合金化過程中合金收得率按鎮靜鋼 收得率減去10~15 %計算；

　　[0018] 8)將步驟7)冶煉的鋼水再經過常規連鑄工藝生產，在此過程中控制最終C含量 < 0. 0050%，即得到所述的高氧含量鋼。

　　[0019] 作為優選方案，所述鋼水總量Ms不超過300噸。氧含量的控制與鋼水總量（即 盛裝鋼水的鋼包設備容量）有關，脫氧過程中鋁丸加入量的計算公式M ai=kX (W1 + 0. 7XW2) XMs是在鋼水總量為300噸以下總結出的。

　　[0020] 本發明具有以下優點：

　　[0021] 第一，本發明制得高氧含量鋼的全氧含量在0. 005~0. 030%范圍內，按該冶煉方 法制得鋼的全氧含量與目標值偏差小于10%，氧含量控制穩定，適用于連鑄工藝生產；

　　[0022] 第二，本發明方法制得的鋼中Als含量不超過0. 0050%，鋼中形成大量非氧化鋁 類的氧化物夾雜；主要是MnS以及含有Mn、Me(Me為他，、11、(>中的一種或兩種）元素的 復合氧化物，對鋼板的特定性能如抗鱗爆性、易切削性、焊接性等產生有益作用；

　　[0023] 第三，本發明方法制備高氧含量鋼無需鎮靜處理，生產效率高，所制得的鋼中形成 大量均勻分布直徑小于5 μ m的球狀夾雜物，該類型鋼可用于制造具有特定性能的鋼板，如 搪瓷鋼、易切削鋼、大線能量焊接用鋼等。

　　【附圖說明】

　　[0024] 圖1為本發明高氧含量鋼的掃描電鏡圖；

　　【具體實施方式】

　　[0025] 下面通過具體實施例對本發明的高氧含量鋼及其冶煉方法作進一步的說明：

　　[0026] 表1列出了實施例1~6高氧含量鋼化學成分的重量百分數，余量為Fe和不可避 免的雜質。

　　[0027] 表1實施例1~6高氧含量鋼化學成分（Wt % )

　　[0028]

　　[0029] 實施例1 :

　　[0030] 鐵水預處理脫S和P后，注入轉爐冶煉，轉爐冶煉終點C含量為0. 038%，出鋼前， 采用中碳錳鐵脫氧合金化，脫氧合金化終點O含量為〇. 061 %，出鋼溫度為1718°C，爐渣堿 度為3. 2,擋渣出鋼，渣層厚度為60mm ;在RH精煉裝置中進行深脫碳精煉，鋼水到達真空 站后吹氧脫碳，吹氧量為128m3,隨后抽真空，真空度維持在50Pa以下，處理ISmin至深脫 碳終點，深脫碳終點C含量達到0. 0006% ;取樣測定鋼水化學成分，并用氧槍測定氧含量 為SeOppm(W1)，鋼水總量為208噸（Ms)，鋼板目標全氧含量為300ppm(W 2)，根據計算公式 為軋1=1^(11一0.7\12)\18，其中，1^ 1單位為1^，11和12單位為？?111，18單位為噸， k為脫氧系數，取值為0.0015,計算鋁丸的加入量為109kg(MA1);加入109kg鋁丸脫氧后， 真空循環3min，再依次加入錳鐵、鈮鐵和鈦鐵再合金化，合金收得率按鎮靜鋼收得率減去 10~15%計算，再合金化完成后真空循環7min，結束真空，加保溫覆蓋劑。控制最終C含量 < 0. 0050%，經過常規連鑄工藝生產，即得到表1中實施例1對應化學成分的鋼。經檢測， 鋼中形成了球狀夾雜物，夾雜物主要是少量MnS和大量含Mn、Nb、Ti的復合氧化物，夾雜物 質量百分數為0.067%。

　　[0031] 實施例2:

　　[0032] 鐵水預處理脫S和P后，注入轉爐冶煉，轉爐冶煉終點C含量為0. 039%，出鋼前， 采用中碳錳鐵脫氧合金化，脫氧合金化終點O含量為〇. 068%，出鋼溫度為1705°C，爐渣 堿度為3. 1，擋渣出鋼，渣層厚度80mm ;在RH精煉裝置中進行深脫碳精煉，鋼水到達真空 站后吹氧脫碳，吹氧量為163m3,隨后抽真空，真空度維持在50Pa以下，處理19min至深脫 碳終點，深脫碳終點C含量達到0. 0017% ;取樣測定鋼水化學成分，并用氧槍測定氧含量 SlOppm(W1)，鋼水總量214噸（Ms)，鋼板目標全氧含量240ppm(W2)，根據其計算公式為：M m=k X (W1 - 0· 7 X W 2) X Ms，其中，Mai單位為kg，W JP W 2單位為ppm，Ms單位為噸，k為脫氧系 數，取值為〇. 0015,計算鋁丸的加入量為46kg (Mai);加入46kg鋁丸脫氧后，真空循環2min， 再依次加入錳鐵和鉻鐵再合金化，合金收得率按鎮靜鋼收得率減去10~15%計算，再合金 化完成后真空循環6min，結束真空，加保溫覆蓋劑。控制最終C含量< 0. 0050%，經過常規 連鑄工藝生產，即得到表1中實施例2對應化學成分的鋼。經檢測，鋼中形成了球狀夾雜物， 夾雜物主要是少量MnS和大量含Mn、Cr的復合氧化物，夾雜物質量百分數為0. 051 %。

　　[0033] 實施例3 :

　　[0034] 鐵水預處理脫S和P后，注入轉爐冶煉，轉爐冶煉終點C含量為0. 032%，出鋼前， 采用中碳錳鐵脫氧合金化，脫氧合金化終點O含量為〇. 061 %，出鋼溫度為1709°C，爐渣 堿度為3. 2,擋渣出鋼，渣層厚度60mm ;

　　在RH精煉裝置中進行深脫碳精煉，鋼水到達真空 站后吹氧脫碳，吹氧量為150m3,隨后抽真空，真空度維持在50Pa以下，處理ISmin至深脫 碳終點，深脫碳終點C含量達到0. 0011 % ;取樣測定鋼水化學成分，并用氧槍測定氧含量 MOppm(W1)，鋼水總量205噸（Ms)，鋼板目標全氧含量200ppm(W2)，根據其計算公式為：M m=k X (W1 - 0· 7 X W 2) X Ms，其中，Mai單位為kg，W JP W 2單位為ppm，Ms單位為噸，k為脫氧系 數，取值為〇. 0015,計算鋁丸的加入量為83kg (Mai);加入83kg鋁丸脫氧后，真空循環3min， 再依次加入錳鐵、鈮鐵和釩鐵再合金化，合金收得率按鎮靜鋼收得率減去10~15%計算， 再合金化完成后真空循環7min，結束真空，加保溫覆蓋劑。控制最終C含量< 0. 0050%，經 過常規連鑄工藝生產，即得到表1中實施例3對應化學成分的鋼。經檢測，鋼中形成了球狀 夾雜物，夾雜物主要是大量MnS和含Mn、Nb、V的復合氧化物，夾雜物質量百分數為0.046%。

　　[0035] 實施例4 :

　　[0036] 鐵水預處理脫S和P后，注入轉爐冶煉，轉爐冶煉終點C含量為0. 038%，出鋼 前，采用中碳錳鐵脫氧合金化，脫氧合金化終點O含量為0.067 %，出鋼溫度為1720°C，爐 渣堿度為3. 3,擋渣出鋼，渣層厚度85mm ;在RH精煉裝置中進行深脫碳精煉，鋼水到達真 空站后吹氧脫碳，吹氧量為63m3,隨后抽真空，真空度維持在50Pa以下，處理17min至深脫 碳終點，深脫碳終點C含量達到0. 0022% ;取樣測定鋼水化學成分，并用氧槍測定氧含量 SlOppm(W1)，鋼水總量210噸（Ms)，鋼板目標全氧含量80ppm(W2)，根據其計算公式為：M ai=1^(11-0.7\12)\18，其中，1^1單位為1^，1 1和12單位為？?111，18單位為噸，1^為脫氧系 數，取值為〇. 0015,計算鋁丸的加入量為49kg (Mai);加入49kg鋁丸脫氧后，真空循環3min， 再依次加入錳鐵、鈦鐵、釩鐵再合金化，合金收得率按鎮靜鋼收得率減去10~15%計算，再 合金化完成后真空循環7min，結束真空，加保溫覆蓋劑。控制最終C含量< 0.0050%，經 過常規連鑄工藝生產，即得到表1中實施例4對應化學成分的鋼。經檢測，鋼中形成了球 狀夾雜物，夾雜物主要是少量MnS和大量含Mn、Ti、V的復合氧化物，夾雜物質量百分數為 0. 029%。

　　[0037] 實施例5 :

　　[0038] 鐵水預處理脫S和P后，注入轉爐冶煉，轉爐冶煉終點C含量為0. 032%，出鋼 前，采用中碳錳鐵脫氧合金化，脫氧合金化終點O含量為0.066%，出鋼溫度為1716°C，爐 渣堿度為3. 2,擋渣出鋼，渣層厚度70mm ;在RH精煉裝置中進行深脫碳精煉，鋼水到達真 空站后吹氧脫碳，吹氧量為18m3,隨后抽真空，真空度維持在50Pa以下，處理16min至深脫 碳終點，深脫碳終點C含量達到0.0041% ;取樣測定鋼水化學成分，并用氧槍測定氧含量 SeOppm(W1)，鋼水總量198噸（Ms)，鋼板目標全氧含量60ppm (W2)，根據其計算公式為：Mai=1^(11-0.7\12)\18，其中，1^1單位為1^，1 1和12單位為？?111，18單位為噸，1^為脫氧系 數，取值為〇. 0015,計算鋁丸的加入量為94kg (Mai);加入94kg鋁丸脫氧后，真空循環3min， 再依次加入錳鐵和鈦鐵再合金化，合金收得率按鎮靜鋼收得率減去10~15%計算，再合金 化完成后真空循環7min，結束真空，加保溫覆蓋劑。控制最終C含量< 0. 0050%，經過常規 連鑄工藝生產，即得到表1中實施例5對應化學成分的鋼。經檢測，鋼中形成了球狀夾雜物， 夾雜物主要是大量MnS和含Mn、Ti的復合氧化物，夾雜物質量百分數為0. 021 %。

　　[0039] 實施例6 :

　　[0040] 鐵水預處理脫S和P后，注入轉爐冶煉，轉爐冶煉終點C含量為0. 033%，出鋼前， 采用中碳錳鐵脫氧合金化，脫氧合金化終點O含量為〇. 061 %，出鋼溫度為1708°C，爐渣 堿度為3. 1，擋渣出鋼，渣層厚度80mm ;在RH精煉裝置中進行深脫碳精煉，鋼水到達真空 站后吹氧脫碳，吹氧量為196m3,隨后抽真空，真空度維持在50Pa以下，處理20min至深脫 碳終點，深脫碳終點C含量達到0. 0010% ;取樣測定鋼水化學成分，并用氧槍測定氧含量 SOOppm(W1)，鋼水總量202噸（Ms)，鋼板目標全氧含量120ppm(W2)，根據其計算公式為：M m=kX (W1- 0· 7XW2) XMs，其中，Mai單位為kg，W2單位為ppm，Ms單位為噸，k為脫 氧系數，取值為〇. 0015,計算鋁丸的加入量為65kg(Mai);加入65kg鋁丸脫氧后，真空循環 2min，再依次加入錳鐵和鈮鐵再合金化，合金收得率按鎮靜鋼收得率減去10~15%計算， 再合金化完成后真空循環6min，結束真空，加保溫覆蓋劑。控制最終C含量< 0. 0050%，經 過常規連鑄工藝生產，即得到表1中實施例6對應化學成分的鋼。經檢測，鋼中形成了球狀 夾雜物，夾雜物主要是大量MnS和含Mn、Nb的復合氧化物，夾雜物質量百分數為0. 043%。 [0041] 從圖1中可以看出鋼中夾雜物呈球狀，主要是MnS以及含有Mn、Me (Me為Nb、V、 Ti、Cr中的一種或兩種）元素的復合氧化物，這些球狀夾雜物隨著鋼在后續加工工藝（熱 車L、冷軋等）會產生變形、拉長、破碎等變化，最終形成鋼材產品中具有一定形態分布的夾 雜物，對鋼板的特定性能如抗鱗爆性、易切削性、焊接性等產生有益作用。

　　【主權項】

　　L一種高氧含量鋼，其特征在于：所述高氧含量鋼化學成分的重量百分數為：C彡 0? 0050%、Mn:0? 10 ~I.OO%、Si彡 0?OlO%、P彡 0? 020%、S彡 0? 040 %、 Als彡 0? 0050%、Me:0? 010 ~0? 100%、0 :0? 005 ~0? 030%，且Mn、Si、Als和Me總量不低 于0. 15%，余量為Fe和不可避免的雜質；其中，所述Me為Nb、V、Ti、Cr中的一種或兩種。

　　2. 根據權利要求1所述高氧含量鋼，其特征在于：所述高氧含量鋼化學成分的重量 百分數為：C:0? 0007 ~0? 0050%、Mn:0? 10 ~0? 50%、Si:0? 004 ~0? 010%、P:0? 010 ~ 0. 020%、S:0. 008 ~0. 040%、Als:0. 0040 ~0. 0050%、Me:0. 030 ~0. 090%、0 :0. 020 ~ 0. 030%，且Mn、Si、Als和Me總量不低于0. 15%，余量為Fe和不可避免的雜質；其中，所述 Me為Nb、V、Ti、Cr中的一種或兩種。

　　3. 根據權利要求2所述高氧含量鋼，其特征在于：所述高氧含量鋼化學成分的重量百 分數為：C:0? 0008%、Mn:0? 25%、Si:0? 005%、P:0? 015%、S:0? 009%、Als:0? 0045%、Nb: 0? 031%、Ti:0? 052%、0 :0? 0290%。

　　4. 根據權利要求I所述高氧含量鋼的冶煉方法，其特征在于：該方法通過鐵水預處理、 轉爐冶煉、脫氧合金化、出鋼、深脫碳精煉、加入鋁丸脫氧、再合金化和連鑄生產得到高氧含 量鋼，其特征在于，該方法包括如下步驟： 1) 鐵水預處理：脫去S和P; 2) 轉爐冶煉：將步驟1)中預處理后的鐵水注入轉爐冶煉，轉爐冶煉終點C含量為 0. 030 ~0. 040% ; 3) 脫氧合金化：向步驟2)中加入中碳錳鐵脫氧合金化，脫氧合金化終點O含量為 0. 050 ~0. 070% ; 4) 出鋼：出鋼溫度為1700~1730°C，保證鋼水為弱沸騰狀態；爐澄堿度為3. 0~4. 0， 擋渣出鋼，渣層厚度彡IOOmm; 5) 深脫碳精煉：在RH精煉裝置中進行深脫碳精煉，鋼水到達真空站后吹氧脫碳，真空 度維持在50Pa以下，處理15~20min，深脫碳精煉終點C含量達到0. 0030%以下； 6) 加入鋁丸脫氧：取步驟5)得到的鋼水樣測定鋼水化學成分，用氧槍測定鋼水氧含量 W1，根據鋼水總量Ms、鋼水氧含量W1和鋼板目標全氧含量^計算鋁丸加入量Mai，其計算公式 為： Mai=kX(W1- 0. 7XW2)XMs 其中，Mai單位為kg，WJPW2單位為ppm，Ms單位為噸；k為脫氧系數，取值為0. 0015 ; 7) 再合金化：加入鋁丸脫氧后，真空循環2~3min，再依次加入所需合金，合金化完成 后再真空循環5~8min，加保溫覆蓋劑； 8) 將步驟7)冶煉的鋼水再經過常規連鑄工藝生產，在此過程中控制最終C含量 < 0. 0050%，即得到所述的高氧含量鋼。

　　5. 根據權利要求3所述高氧含量鋼的冶煉方法，其特征在于：所述鋼水總量Ms不超過 300 噸。

　　【專利摘要】本發明公開了一種高氧含量鋼及其冶煉方法，所述高氧含量鋼化學成分的重量百分數為：C≤0.0050％、Mn：0.10～1.00％、Si≤0.010％、P≤0.020％、S≤0.040％、Als≤0.0050％、Me：0.010～0.100％、O：0.005～0.030％，且Mn、Si、Als和Me總量不低于0.15％，余量為Fe和不可避免的雜質；其中，所述Me為Nb、V、Ti、Cr中的一種或兩種。該高氧含量鋼通過鐵水預處理、轉爐冶煉、脫氧合金化、出鋼、深脫碳精煉、加入鋁丸脫氧、再合金化和連鑄生產制得。本發明方法制得高氧含量鋼的全氧含量在0.005～0.030％范圍內，與目標值偏差小于10％，氧含量控制穩定，無需鎮靜處理，生產效率高，可用于連鑄工藝生產。該類型鋼可用于制造具有特定性能的鋼板，如搪瓷鋼、易切削鋼、大線能量焊接用鋼等。

　　【IPC分類】C22C33/04, C22C38/28, C22C38/18, C22C38/26, C22C38/14, C22C38/12

　　【公開號】CN104894472

　　【申請號】CN201510269017

　　【發明人】宋乙峰, 楊宏武, 杜蓉, 白會平, 雷澤紅, 黃道兵, 董蓓, 涂元強

　　【申請人】武漢鋼鐵(集團)公司

　　【公開日】2015年9月9日

　　【申請日】2015年5月22日