一种含锑耐候钢及其冶炼方法、应用

摘要

本发明公开了一种含锑耐候钢及其冶炼方法、应用，所述方法包括，获得电炉冶炼钢液；对所述电炉冶炼钢液进行真空处理，获得真空处理钢液；所述真空处理压力≤67Pa，所述真空处理钢液的温度为1635～1700℃；向所述真空处理钢液中加入锑铁进行成分调整，获得含锑钢液。采用本发明的方法，实现了Sb元素的成分均匀，收得率96％以上，降低成本，且方法简单，易于推广。

权利要求

1.一种含锑耐候钢的冶炼方法，其特征在于，所述方法包括，获得电炉冶炼钢液；

对所述电炉冶炼钢液进行真空处理，获得真空处理钢液；所述真空处理压力≤67Pa，所述真空处理钢液的温度为1635～1700℃；

向所述真空处理钢液中加入锑铁进行成分调整，获得含锑钢液；

所述真空处理时间≥20min；

所述真空处理为如下中的任意一种：RH真空处理、VD真空处理；

所述向所述真空处理钢液中加入锑铁进行成分调整，获得含锑钢液，包括，向所述真空处理钢液中先加入锑铁，再加入钛线和硼铁，同时进行软吹氩气搅拌，获得含锑钢液；

所述软吹氩气流量为30～50NL/min，所述软吹氩气时间10～20min；

将所述含锑钢液进行连铸，获得含锑耐候钢；所述连铸中，含锑钢液的过热度为30～40℃；

所述电炉冶炼钢液的温度为1620～1650℃；

所述对所述钢液进行真空处理包括，对所述钢液进行LF精炼和真空处理；在所述LF精炼中，控制造渣，使所述造渣后的炉渣碱度为4～6。

2.根据权利要求1所述的一种含锑耐候钢的冶炼方法，其特征在于，所述LF精炼中，向钢液中喂入铝线，使所述钢液中Al的质量分数≥0.04％。

3.一种含锑耐候钢，其特征在于，采用如权利要求1～2任一项所述的含锑耐候钢的冶炼方法制得，所述含锑耐候钢中，锑的质量分数为0.09～0.11％。

4.一种如权利要求3所述的含锑耐候钢的应用，其特征在于，将所述含锑耐候钢用于制作紧固件。

说明书

一种含锑耐候钢及其冶炼方法、应用

技术领域

[0001] 本发明属于炼钢技术领域，特别涉及一种含锑耐候钢及其冶炼方法、应用。

背景技术

[0002] 耐候钢，即耐气候条件腐蚀钢，由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成。耐候性为普碳钢的2～8倍，同时，它具有耐锈、使构件抗腐蚀等特点。耐候钢一般应用于制造集
装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台及化工石油设备等结构件。对于制作紧固件
的耐候钢，由于采用螺纹连接方式，具有沟槽腐蚀特征，较配套板材具有更为苛刻的腐蚀不
利条件，服役过程中要求紧固件原材料具有比配套材料更高的耐腐蚀性能匹配。因此需要
在钢中添加Sb元素，Sb的加入可以提高钢的抗均匀腐蚀能力，对耐点蚀性能非常优秀。

[0003] 目前，含Sb耐候钢在冶炼过程中，一般Sb合金加入时间为电炉出钢过程中加入。并且由于紧固件用钢在制备机械零件时需要进行冷拉拔和冷顶锻变形处理，因此，影响冷拉
拔和冷顶锻性能的N元素必须要尽可能的降低，那么，耐候紧固件用钢在冶炼过程中必须要
进行真空处理，但是在真空处理后，钢中低沸点Sb元素的含量几乎为零，收得率低。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种含锑耐候钢的冶炼方法，以解决现有技术中Sb元素合金化，收得率几乎为零的问题。

[0005] 一方面，本发明实施例提供了一种含锑耐候钢的冶炼方法，所述方法包括，

[0006] 获得电流冶炼钢液；

[0007] 对所述电炉冶炼钢液进行真空处理，获得真空处理钢液；所述真空处理压力≤67Pa，所述真空处理钢液的温度为1635～1700℃,；

[0008] 向所述真空处理钢液中加入锑铁进行成分调整，获得含锑钢液。

[0009] 进一步地，所述真空处理时间≥20min。

[0010] 进一步地，所述真空处理为如下中的任意一种：RH真空处理、VD真空处理。

[0011] 进一步地，所述向所述真空处理钢液中加入锑铁进行成分调整，获得含锑钢液，包括，

[0012] 向所述真空处理钢液中先加入锑铁，再加入钛线和硼铁，同时进行软吹氩气搅拌，获得含锑钢液；

[0013] 所述软吹氩气流量为30～50NL/min，所述软吹氩气时间10～20min。

[0014] 进一步地，将所述含锑钢液进行连铸，获得含锑耐候钢；所述连铸中，含锑钢液的过热度为30～40℃。

[0015] 进一步地，所述电炉冶炼钢液的温度为1620～1650℃。

[0016] 进一步地，所述对所述钢水进行真空处理包括，

[0017] 对所述钢水进行LF精炼和真空处理；在所述LF精炼中，控制造渣，使所述造渣后的炉渣碱度为4～6。

[0018] 进一步地，所述LF精炼中，向钢液中喂入铝线，使所述钢液中Al的质量分数≥0.04％。

[0019] 第二方面，本发明提供了一种含锑耐候钢，采用上述的含锑耐候钢的冶炼方法制得，所述含锑耐候钢中，锑的质量分数为0.09～0.11％。

[0020] 第三方面，本发明提供了上述含锑耐候钢的应用，将所述含锑耐候钢用于制作紧固件。

[0021] 本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

[0022] 本发明实施例提供了一种含锑耐候钢及其冶炼方法、应用，所述方法包括，获得电炉冶炼钢液；对所述电炉冶炼钢液进行真空处理，获得真空处理钢液；所述真空处理压力≤
67Pa，所述真空处理钢液的温度为1635～1700℃；向所述真空处理钢液中加入锑铁进行成
分调整，获得含锑钢液。锑元素的沸点低，仅为1635℃，常规的合金加入时间为电炉出钢过
程中，这种常规的加入时机会使低沸点的锑元素在高温的钢水条件下，转变为气态，同时，
气态锑在真空精炼的条件下，Sb更是会因为气相分压低，剧烈蒸发，很难加入钢水中，使锑
元素收得率几乎为零。本申请在破真空后，加入锑铁，一方面，钢液经过真空处理，温度会降
低，另一方面，锑合金化后避开了真空处理，从而提高了锑元素的收得率。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本
领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的
附图。

[0024] 图1是本发明实施例的一种含锑耐候钢的冶炼方法步骤图；

[0025] 图2是添加Sb元素的紧固件用钢的抗腐蚀性效果；

[0026] 图3是未添加Sb元素的紧固件用钢的腐蚀图。

具体实施方式

[0027] 下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明
本发明，而非限制本发明。

[0028] 在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领
域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

[0029] 除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

[0030] 本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

[0031] 一方面，本发明提供了一种含锑耐候钢的冶炼方法，图1为本发明实施例的一种含锑耐候钢的冶炼方法的步骤图，结合图1，所述方法包括，

[0032] S1，获得电炉冶炼钢液。

[0033] 进一步地，电炉冶炼终点C的质量分数为0.05～0.10％。

[0034] 进一步地，所述电炉冶炼钢液的温度为1620～1650℃。

[0035] 进一步地，所述电炉冶炼结束后，对所述钢水进行出钢，所述出钢中，加入铝制品进行脱氧，使所述出钢后的钢水中氧的百万分比浓度≤10ppm。铝制品可以选用铝铁、铝锭
中的任何一种。

[0036] S2，对所述钢液进行LF精炼和真空处理，获得真空处理钢液。

[0037] 进一步地，所述LF精炼中，控制造渣，使所述造渣后的炉渣碱度为4～6。本申请中炉渣碱度指炉渣中CaO与SiO2的质量分数的比值。造高碱度炉渣有利于脱除钢液中的硫。炉
渣由如下质量分数的组分组成：CaO：45.0～55.0％，SiO2：10.0～15.0％，MgO：7.0～
11.0％，Al2O3:20.0‑25.0％。

[0038] 进一步地，所述造渣中，向炉渣中加入脱氧剂进行炉渣脱氧，所述脱氧剂为如下至少一种：铝粒、电石。加入脱氧剂脱可以脱除炉渣中的氧，更有利于脱除钢液中的硫。在实际
操作中，铝粒和电石都是分2～3批次加入到炉渣当中进行炉渣脱氧。本申请中电石是指碳
化硅。

[0039] 进一步地，所述真空处理压力≤67Pa，所述真空处理钢液的温度为1635～1700℃；

[0040] 真空处理结束后，钢液的温度越低，越有利于提高锑元素的收得率，但是钢液温度不可过低，否则会使钢液凝固，无法顺利浇铸。且受到现场炉容和不同工位距离的影响，真
空处理钢液的温度在满足过热度的前提下，越低越有利于提高锑元素的收得率。真空处理
压力越小越有利于脱除钢液中的氮。

[0041] 进一步地，所述LF精炼中，向钢液中喂入铝线，使所述钢液中Al的质量分数≥0.04％。

[0042] 喂入铝线，一方面是控制钢中的氧，创造低氧化性环境，有利于脱硫；另一方面，酸溶铝在钢液凝固过程中可以固定钢液中的氮。第三方面，钢中酸溶Al在轧制过程中析出能
够固定游离N元素，降低加工硬化率，提高钢材的冷加工性能，起到固N保B的作用。使钢水中
Al的质量分数≥0.04％表示在LF精炼中始终保持Al的质量分数≥0.04％。具体操作可在每
次取样后，根成分检测结果选择是否喂入铝线。

[0043] 进一步地，所述真空处理时间≥20min。真空精炼可以去除钢液中的氮，从而提高含锑紧固件用钢的冷拔和冷顶锻性能。

[0044] 进一步地，所述真空处理为如下中的任意一种：RH真空处理、VD真空处理。真空精炼方式可以根据钢种的要求灵活选择，比如，碳含量≤0.02％的钢可以选择RH真空精炼，碳
含量≥0.1％的钢可以选择VD真空精炼。

[0045] S3，向所述真空处理钢液中先加入锑铁，再加入钛线和硼铁，同时进行软吹氩气搅拌，获得含锑钢液。

[0046] 锑铁需要充足的时间和动力学条件才能实现成分均匀合金化，因此，破真空后，先加入锑铁。钛线和硼铁的加入顺序没有要求。需要说明的是，由于喂入钛线的时候，可能会
造成钢液翻滚，液面裸露，从而污染钢水，如果先加入硼铁，再喂入钛线，可能会降低硼元素
的收得率；如果先喂入钛线，再加入硼铁，Ti元素在钢中比较活泼，增加硼元素的活度，更易
均匀。在实际生产中，在破真空后需要喂入钙线使夹杂物变性，为了节省时间，可以选择喂
钙线和喂钛线同时进行。具体操作情况，可根据生产现场的设备和生产节奏进行控制。

[0047] Ti元素在钢中比较活泼，与N元素结合能力强，与Al元素配合起固N保B的作用；微量B能较大幅度提高钢的淬透性，价格低廉替代Mo、Ni、Cr等贵重元素，降低成本。

[0048] 进一步地，所述软吹氩气流量为30～50NL/min，所述软吹氩气时间10～20min。通过软吹，是钢液中的锑、钛和硼均匀，温度均匀，促进夹杂物上浮。

[0049] S4，将所述含锑钢液进行连铸，获得含锑耐候钢。

[0050] 锑元素的沸点低，仅为1635℃，常规的合金加入时间为电炉出钢过程中。由于电炉冶炼原料为废钢，这导致电炉冶炼终点氮含量高，因此，必须采用本申请的电炉冶炼‑LF精
炼‑真空精炼‑连铸工艺流程，在这种工艺流程下，由于设置了LF精炼和真空精炼两道精炼
工序，并且对真空保压时间由严格的时长限制，因此，在中间包内钢液温度能够使连铸顺利
进行的前提下，对于连铸开浇炉次，真空精炼开始的钢液温度也需要控制在1670℃；对于连
铸中间炉次真空精炼开始温度最低为1640℃。而真空精炼开始温度都超过了Sb的沸点，在
该温度下进行真空处理，势必会导致Sb元素升华，无法顺利加入钢水中，使锑元素收得率几
乎为零。本申请在破真空后，加入锑铁，一方面，钢水的温度比LF精炼时低些，另一方面，锑
合金化后避开了真空精炼处理，因此提高了锑元素的收得率。

[0051] 进一步地，所述连铸中，含锑钢液的过热度为30～40℃。

[0052] 为了提供锑元素的收得率，要尽可能的降低真空处理结束温度，但是温度不可过低，需要考虑钢液需要一定的过热度使浇铸顺利进行。

[0053] 另一方面，本发明提供了一种含锑耐候钢，采用上述的冶炼方法制得，所述含锑耐候钢由如下质量分数的化学成分组成：C：0.20％～0.25％；Si：0.15％～0.25％；Mn：0.78％
～0.83％；P≤0.015％；S≤0.015％；Alt：0.020％～0.040％；Cu：0.30％～0.35％；Ti：
0.045％～0.055％；B：0.0010％～0.0030％；Sb：0.09％～0.11％，N≤0.0060％其余为Fe及
不可避免杂质。

[0054] Sb元素可以改善钢耐腐蚀性，主要作用机理是在钢的表面形成致密的Sb2O5保护性锈层，对耐点蚀性能非常优秀，对抵抗酸性(HCl、H2SO4)环境点蚀特别有效。图2是添加Sb元
素的紧固件用钢的抗腐蚀性效果，图3是未添加Sb元素的紧固件用钢的腐蚀图。Sb元素低于
0.09％，仍存在局部腐蚀现象，效果不明显；Sb元素高于0.11％，会出现晶界偏聚，热加工性
能、强韧性等问题。

[0055] 第三方面，本发明提供了一种含锑耐候钢的应用，将所述含锑耐候钢用于制作紧固件。

[0056] 南海，地处亚洲大陆南部的热带和亚热带区域，其特点是热带海洋性气候显著，属于典型的高温、高湿、高盐雾、强辐射、高氯离子浓度环境，对岛礁工程建筑物的服役耐久性
提出了更高的要求。本申请的含锑耐候钢为抗拉强度1000MPa级含锑耐候紧固件用钢，可用
于南海岛礁耐蚀基建用紧固件。

[0057] 本申请提供了一种含锑耐候钢及其冶炼方法、应用，在电炉冶炼‑LF精炼‑真空精炼‑连铸工艺流程下，破真空后加入Sb元素，实现了Sb元素的成分均匀，收得率96％以上。同
时，将钢中的N降至60ppm，使紧固件用钢具有良好的冷拔和冷顶锻性能。Sb元素收得率高，
降低成本，且该方法简单，易于推广。

[0058] 下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的一种含锑紧固件用钢的冶炼方法进行详细说明。

[0059] 以下实例采用60吨钢包全废钢电炉冶炼‑LF‑VD‑CC流程冶炼含锑耐候紧固件用钢。

[0060] 实施例1：

[0061] 1)电炉冶炼终点C：0.07％，钢水温度：1633℃；出钢过程加入铝铁脱氧，到LF站钢水氧活度为5ppm；

[0062] 2)LF精炼，向钢水中喂入铝线，调整C、Si、Mn、Cu、P、S元素含量到控制范围，渣面加入铝粒+电石间接脱氧，精炼炉渣碱度R＝4.7，炉渣各组分及各组分的质量分数为：CaO：
52.3％，SiO2：11.1％，MgO：8.6％，Al2O3:23.7％，其余为杂质。LF精炼过程取样钢水中各元
素的质量分数如表1所示；

[0063] 表1

[0064] 取样位置和时间 C/％ Si/％ Mn/％ Cu/％ P/％ S/％ Alt/％电炉冶炼终点 0.07 ‑ ‑ 0.05 0.003 0.032 ‑
LF第一次取样 0.13 0.13 0.74 0.28 0.006 0.007 0.0451
LF第二次取样 0.18 0.17 0.78 0.33 0.006 0.002 0.0470
LF第三次取样 0.2 0.19 0.83 0.31 0.006 0.01 0.0421

[0065] 3)VD进站温度为1692℃，VD精炼,真空处理时气体压力P＝67Pa，保压时间＝21min；

[0066] 4)VD破真空后，温度为1645℃，按照以下顺序加入合金：SbFe→喂入Ca‑Fe线+Ti线→加入BFe，实现合金化，其中，SbFe中Sb的质量分数为99.4％，加入SbFe66kg，合金化成分
达标后，钢水中的Sb、Ti、B元素的质量百分数为表2所示。

[0067] 5)VD成分调整达标后，钢包软吹氩搅拌，氩气流量为38NL/min，保持时间12min。

[0068] 6)将钢包吊至大包回转平台，进行连续铸钢，过热度33℃，获得含锑耐候钢。中间包内钢水取样，检测Sb、Ti、B元素的质量百分数为表2所示。

[0069] 表2

[0070]

[0071] 本实施例中，Sb元素收得率达到96％。

[0072] 实施例2：

[0073] 1)电炉冶炼终点C：0.08％，钢水温度：1631℃；出钢过程加入铝铁脱氧，到LF站钢水氧活度4ppm；

[0074] 2)LF精炼，向钢水中喂入铝线，调整C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、P、S元素含量到控制范围，渣面加入铝粒间接脱氧，精炼炉渣碱度R＝5.2，炉渣各组分及各组分的质量分数为：CaO：
54.5％，SiO2：10.48％，MgO：8.9％，Al2O3:21.7％，其余为杂质。LF冶炼过程取样钢水中各元
素的质量百分数如表3所示；

[0075] 表3

[0076]取样位置和时间 C/％ Si/％ Mn/％ Cu/％ P/％ S/％ Alt/％
电炉冶炼终点 0.08 ‑ ‑ 0.04 0.003 0.045 ‑
LF第一次取样 0.14 0.12 0.73 0.27 0.004 0.013 0.0515
LF第二次取样 0.20 0.19 0.80 0.31 0.004 0.008 0.0473
LF第三次取样 0.21 0.20 0.83 0.31 0.004 0.008 0.04553

[0077] 3)VD进站温度为1692℃，VD精炼，真空处理时气体压力P＝63Pa，保压时间＝20min；

[0078] 4)VD破真空后，温度为1655℃，按照以下顺序加入合金：SbFe→喂入Ca‑Fe线+Ti线→加入BFe，实现合金化，其中，SbFe中Sb的质量分数为99.6％，加入SbFe67kg，合金化成分
达标后，钢水中的Sb、Ti、B元素的质量百分数为表4所示。

[0079] 5)VD成分调整达标后，钢包软吹氩搅拌，氩气流量为42NL/min，保持时间15min。

[0080] 6)将钢包吊至大包回转平台，进行连续铸钢，过热度35℃，获得含锑耐候钢。中间包内钢水取样，检测Sb、Ti、B元素的质量百分数为表4所示。

[0081] 表4

[0082]

[0083] 本实施例中，Sb元素收得率达到97％。

[0084] 实施例3

[0085] 1)电炉冶炼终点C：0.08％，钢水温度：1631℃；出钢过程加入铝铁脱氧，到LF站钢水氧活度4ppm；

[0086] 2)LF精炼，向钢水中喂入铝线，调整C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、P、S元素含量到控制范围，渣面加入电石间接脱氧，精炼炉渣碱度R＝5.2，炉渣各组分及各组分的质量分数为：CaO：
52.3％，SiO2：10.05％，MgO：10.1％，Al2O3:24.7％，其余为杂质。LF精炼过程取样钢水中各
元素的质量百分数如表5所示；

[0087] 表5

[0088]

[0089] 3)VD进站温度为1693℃，VD精炼,真空处理时气体压力P＝63Pa，保压时间＝20min；

[0090] 4)VD破真空后，温度为1658℃，以下顺序加入合金：SbFe→喂入Ca‑Fe线+Ti线→加入BFe，实现合金化，其中，SbFe中Sb的质量分数为98.1％，加入SbFe68kg，合金化成分达标
后，钢水中的Sb、Ti、B元素的质量百分数为表6所示。

[0091] 5)VD成分调整达标后，钢包软吹氩搅拌，氩气流量为42NL/min，保持时间15min。

[0092] 6)将钢包吊至大包回转平台，进行连续铸钢，过热度38℃，获得含锑耐候钢。中间包内钢水取样，检测Sb、Ti、B元素的质量百分数为表6所示。

[0093] 表6

[0094]

[0095] 本实施例中，Sb元素收得率达到97％。

[0096] 对比例1

[0097] 冶炼工序依次为电炉冶炼、LF精炼、VD精炼和连铸。

[0098] 1)电炉冶炼终点C：0.08％，钢水温度：1631℃；出钢过程加入铝铁脱氧，加入锑铁进行合金化，使锑元素的质量分数为0.11％。

[0099] 2)LF精炼，调整C、Si、Mn、Cu、Ni、Cr、P、S元素含量到控制范围。

[0100] 3)VD精炼,真空处理时气体压力P＝63Pa，保压时间＝20min；VD精炼结束后，取样检测钢水中Sb元素质量分数为0。

[0101] 最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且
还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的
要素。

[0102] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优
选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0103] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围
之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。