一种低碳钢及控制低碳钢中夹杂物的脱氧方法

摘要

本申请公开了一种低碳钢及控制低碳钢中夹杂物的脱氧方法，所述低碳钢由如下质量分数的化学组分组成：C≤0.2％，Si：0.20～0.35％，Mn：1.2～1.8％，S≤0.0020％，Ca：0.0010～0.0015％，O：0.0012～0.0020％，Ti：0.01～0.03％，Al：0.02～0.03％，N：0.0025～0.0040％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；所述Ca与所述O的质量分数比值为0.5～1.2，所述Ti与所述Al的质量分数的比值为0.5～1.0。采用本发明的方法，将夹杂物控制为小尺寸分布弥散的Al‑Ti‑Ca‑O夹杂物，所有夹杂物评级均≤0.5级，其中，尺寸小于等于5μm夹杂物所占比例达到99％以上。

权利要求

1.一种低碳钢，其特征在于，所述低碳钢由如下质量分数的化学组分组成： ，，

，

，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

所述Ca与所述O的质量分数比值为0.5～1.2，所述Ti与所述Al的质量分数的比值为0.5～1.0；控制Ti和Al的质量分数比值，Ca和O的质量分数比值，将Al脱氧后的氧化铝夹杂变成小尺寸、弥散分布的Al‑Ti‑O系夹杂物，Ca元素与Al‑Ti‑O系夹杂物结合形成球形的更小的Al‑Ti‑Ca‑O系夹杂物，经过评级，夹杂物不超过0.5级，其中，尺寸小于等于5 夹杂物所占比例达到99％以上；

控制所述低碳钢中夹杂物的脱氧方法包括，获得转炉冶炼钢液；

对所述转炉冶炼钢液进行出钢，所述出钢中加入硅锰合金进行弱脱氧；

对所述出钢钢液进行LF精炼，所述LF精炼中，加入铝脱氧剂进行强脱氧，2～3min后加入钛合金进行弱脱氧，获得精炼钢液；

对所述精炼钢液进行RH真空处理后，喂入钙线进行强脱氧和连铸，获得所述低碳钢；

所述转炉冶炼钢液中，硫的质量分数≤0.0020％；

所述出钢钢液中氧的质量分数为0.0030～0.0040％；

所述LF精炼中，控制造渣，使所述造渣后的炉渣中FeO与MnO的质量分数之和≤1.5％，碱度为5.0～10.0。

2.根据权利要求1所述的低碳钢，其特征在于，所述RH真空处理中，压力为60KPa 100 ~

KPa的真空处理时间为12 18min。

~

3.根据权利要求1所述的低碳钢，其特征在于，所述连铸中，过热度为15 30℃。

~

4.根据权利要求1所述的低碳钢，其特征在于，所述连铸中，采用动态轻压下处理，所述动态轻压下的压下量为5.5 8mm。

~

说明书

一种低碳钢及控制低碳钢中夹杂物的脱氧方法

技术领域

[0001] 本发明属于炼钢生产技术领域，具体涉及一种低碳钢及控制低碳钢中夹杂物的脱氧方法。

背景技术

[0002] 低碳钢因具有良好的塑性和韧性，因此其冷成形性良好，可采用卷边、折弯、冲压等方法冷成形；同时还具有良好的焊接性。低碳钢生产中，在转炉冶炼结束后，在钢液中含
有大量的氧，因此必须加入脱氧剂将氧脱除。而在脱氧的过程中会形成非金属氧化物，这些
非金属氧化物来不及排出钢液而留在钢中，被称为夹杂物，这些夹杂物，特别是大尺寸夹杂
物和硬质夹杂物，在钢中破坏了金属基体的连续性，使材料的塑性、韧性降低，疲劳性能下
降，使钢的冷热加工性能变坏。随着炼钢工艺的进步和洁净钢冶炼技术的应用，大尺寸夹杂
物得到了一定的控制，但在一些高端品种上，比如抗HIC管线钢、低屈强比桥梁钢、抗止裂船
板钢等，绝不允许钢中存在边长超过343 （对应2.0级）的大尺寸夹杂物，影响着钢板控制
的稳定性。

发明内容

[0003] 本发明提供了一种低碳钢及控制低碳钢中夹杂物的脱氧方法，以解决现有炼钢生产中，存在大尺寸夹杂物，造成的钢板稳定性差的问题。

[0004] 本发明实施例提供了一种低碳钢，所述低碳钢由如下质量分数的化学组分组成：C≤0.2%，Si：0.20 0.35%，Mn：1.2 1.8%，S≤0.0020%，Ca：0.0010 0.0015%，O：0.0012
~ ~ ~ ~
0.0020%，Ti：0.01 0.03%，Al：0.02 0.03%，N：0.0025 0.0040%，其余为Fe和不可避免的杂质
~ ~ ~
元素；

[0005] 所述Ca与所述O的质量分数比值为0.5 1.2，所述Ti与所述Al的质量分数的比值为~
0.5 1.0。
~

[0006] 本发明实施例还提供了一种控制上述的低碳钢中夹杂物的脱氧方法，所述方法包括，

[0007] 获得转炉冶炼钢液；

[0008] 对所述转炉冶炼钢液进行出钢，所述出钢中加入硅锰合金进行弱脱氧；

[0009] 对所述出钢钢液进行LF精炼，所述LF精炼中，加入铝脱氧剂进行强脱氧，2 3min后~
加入钛合金进行弱脱氧，获得精炼钢液；

[0010] 对所述精炼钢液进行真空处理后，喂入钙线进行强脱氧和连铸，获得低碳钢；所述低碳钢由如下质量分数的化学组分组成：C≤0.2%，Si：0.20 0.35%，Mn：1.2 1.8%，S≤
~ ~
0.0020%，Ca：0.0010 0.0015%，O：0.0012 0.0020%，Ti：0.01 0.03%，Al：0.02 0.03%，N：
~ ~ ~ ~
0.0025 0.0040%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；所述Ca与所述O的质量分数比值为0.5
~ ~
1.2，所述Ti与所述Al的质量分数的比值为0.5 1.0。
~

[0011] 进一步地，所述转炉冶炼钢液中，硫的质量分数≤0.0020%。

[0012] 进一步地，所述出钢钢液中氧的质量分数为0.0030 0.0040%~

[0013] 进一步地，所述精炼中，控制造渣，使所述造渣后的炉渣中FeO与MnO的质量分数之和≤1.5%，碱度为5.0～10.0。

[0014] 进一步地，所述RH真空处理中，压力为60KPa 100 KPa的真空处理时间为12~ ~
18min。

[0015] 进一步地，所述连铸中，过热度为15 30℃。~

[0016] 进一步地，所述连铸中，采用动态轻压下处理，所述动态轻压下的压下量为5.5~
8mm。

[0017] 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：

[0018] 本发明实施例提供了一种低碳钢及其控制低碳钢夹杂物的脱氧方法，所述低碳钢由如下质量分数的化学组分组成：C≤0.2%，Si：0.20 0.35%，Mn：1.2 1.8%，S≤0.0020%，Ca：
~ ~
0.0010 0.0015%，O：0.0012 0.0020%，Ti：0.01 0.03%，Al：0.02 0.03%，N：0.0025 0.0040%，
~ ~ ~ ~ ~
其余为Fe和不可避免的杂质元素；所述Ca与所述O的质量分数比值为0.5 1.2，所述Ti与所
~
述Al的质量分数的比值为0.5 1.0。本申请中添加Ti元素，并控制Ti和Al的质量分数比值，
~
Ca和O的质量分数比值，将Al脱氧后的氧化铝夹杂变成小尺寸、弥散分布的Al‑Ti‑O系夹杂
物，Ca元素与Al‑Ti‑O系夹杂物结合形成球形的更小的Al‑Ti‑Ca‑O系夹杂物，经过评级，夹
杂物不超过0.5级。

附图说明

[0019] 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。

[0020] 图1是本申请实施例的一种低碳钢的夹杂物微观图。

具体实施方式

[0021] 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。

[0022] 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。

[0023] 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。

[0024] 夹杂物是在炼钢过程中进行生成和长大，因此控制夹杂物需在最初阶段进行。夹杂物由脱氧后产生，同时不同的脱氧剂生成的夹杂物的形核速度和长大速率也不大相同，
而且由于炼钢过程中有多重脱氧剂，彼此之间会进行相应的反应，因此脱氧剂的选择和添
加时机以及钢液成分的控制将夹杂物控制为小尺寸分布弥散的夹杂物成为关键和难点。

[0025] 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：

[0026] 一方面，本发明实施例提供了一种低碳钢，所述低碳钢由如下质量分数的化学组分组成：C≤0.2%，Si：0.20 0.35%，Mn：1.2 1.8%，S≤0.0020%，Ca：0.0010 0.0015%，O：
~ ~ ~
0.0012 0.0020%，Ti：0.01 0.03%，Al：0.02 0.03%，N：0.0025 0.0040%，其余为Fe和不可避
~ ~ ~ ~
免的杂质元素；

[0027] 所述Ca与所述O的质量分数比值为0.5 1.2，所述Ti与所述Al的质量分数的比值为~
0.5 1.0。
~

[0028] 本申请中添加Ti元素，并控制Ti和Al的质量分数比值，Ca和O的质量分数比值，将Al脱氧后的氧化铝夹杂变成小尺寸、弥散分布的Al‑Ti‑O系夹杂物，Ca元素与Al‑Ti‑O系夹
杂物结合形成球形的更小的Al‑Ti‑Ca‑O系夹杂物，经过评级，夹杂物不超过0.5级。

[0029] 另一方面，本发明实施例提供了控制上述的低碳钢中夹杂物的脱氧方法，所述方法包括，

[0030] S1，获得转炉冶炼钢液。

[0031] 进一步地，所述转炉冶炼钢液中，硫的质量分数≤0.0020%。

[0032] S2，对所述转炉冶炼钢液进行出钢，所述出钢中加入硅锰合金进行弱脱氧。

[0033] 进一步地，所述出钢钢液中氧的质量分数为0.0030 0.0040%。~

[0034] 采用硅锰合金对出钢钢液进行弱脱氧，SiO2和MnO为脱氧产物，可以提供夹杂物形核点。硅锰合金可以选择硅铁和锰铁一起使用，也可以选用任何其他对钢液无污染的含有
硅和锰的合金。

[0035] S3，对所述出钢钢液进行LF精炼，所述LF精炼中，加入铝脱氧剂进行强脱氧，2~
3min后加入钛合金进行弱脱氧，获得精炼钢液。

[0036] 铝脱氧剂包括但不限于铝铁、铝粒等铝制品。加入硅锰合金弱脱氧8 10min后，加~
入铝脱氧剂进行强脱氧，可以迅速还原钢液中的SiO2和MnO，得到Al2O3。另外因为SiO2和MnO
的生长速度慢，可以在硅锰脱氧8 10min后，再加入铝进行强脱氧。如果加入铝脱氧剂过早，
~
脱氧后夹杂物不稳定，加Al反应后存在大夹杂物的可能；如果铝脱氧剂加入过晚，会造成
SiO2和MnO夹杂过大。

[0037] 若先采用铝脱氧再进行硅锰脱氧，会因为氧化铝长大速度快造成夹杂物尺寸过大，因此，先采用硅锰脱氧剂进行脱氧，再利用铝还原SiO2和MnO，以控制夹杂物的尺寸。

[0038] 铝脱氧后在2 3min的时间加入钛铁，一方面，在短时间内，氧化铝夹杂物尺寸不过~
过大；另一方面，钛铁与小尺寸的氧化铝结合形成更小尺寸、弥散分布的Al‑Ti‑O系夹杂物。
此时，钢中的大尺寸氧化铝已上浮至渣中去除，氧含量非常低。

[0039] 进一步地，所述精炼中，控制造渣，使所述造渣后的炉渣中FeO与MnO的质量分数之和≤1.5%，碱度为5.0～10.0。

[0040] 碱度为炉渣中CaO与SiO2的质量分数比值。控制炉渣高碱度和终渣的氧化性，一是为了保证钢液中S≤0.0020%，以使钙处理中的钙与小尺寸的Al‑Ti‑O系夹杂物反应；二是，
钢液中不可避免会产生大尺寸的夹杂物，经过上浮进入炉渣中。

[0041] S4，对所述精炼钢液进行真空处理后，喂入钙线进行强脱氧和连铸，获得低碳钢；

[0042] 所述低碳钢由如下质量分数的化学组分组成：C≤0.2%，Si：0.20 0.35%，Mn：1.2~ ~
1.8%，S≤0.0020%，Ca：0.0010 0.0015%，O：0.0012 0.0020%，Ti：0.01 0.03%，Al：0.02
~ ~ ~ ~
0.03%，N：0.0025 0.0040%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
~

[0043] 所述Ca与所述O的质量分数比值为0.5 1.2，所述Ti与所述Al的质量分数的比值为~
0.5 1.0。
~

[0044] 钢液依次经过硅锰脱氧、铝脱氧和钛脱氧，同时配合LF和RH精炼，钢液中有少量的大尺寸夹杂Al2O3和钙铝酸盐上浮至渣中去除，留下小尺寸的Al‑Ti‑O系夹杂物、细小的钙铝
镁酸盐夹杂以及少量的Al2O3。小尺寸的Al‑Ti‑O系夹杂物，与钙结合后会球化，从而变得更
小；钢液中的少量Al2O3夹杂与Ca形成球形的低熔点小尺寸夹杂物。同时Ca还会与钢液中的S
结合，形成尺寸不超过5 的CaS夹杂，利于脱硫。

[0045] Ca/O的比值和Ti/Al的比值过小或者过大，都会使Al‑Ti‑Ca‑O系夹杂物粒子尺寸较大，Ca处理效果不理想，保证钢中有足够数量小尺寸夹杂物粒子，同时也完全变性球化，
保证夹杂物为Al‑Ti‑Ca‑O系夹杂物。

[0046] 应该说明的是，钛合金弱脱氧后25 35min，喂入钙线强脱氧。~

[0047] 进一步地，所述RH真空处理中，压力为60KPa 100 KPa的真空处理时间为12~ ~
18min。

[0048] RH真空处理后钢中的N为0.0025 0.0040%，可以与钛元素结合析出小尺寸的TiN，~
有利于钉扎晶界作用，钉扎晶界作用在焊接过程中会有利于组织晶粒长大。

[0049] 进一步地，所述连铸中，过热度为15 30℃。~

[0050] 进一步地，所述连铸中，采用动态轻压下处理，所述动态轻压下的压下量为5.5~
8mm。

[0051] 保证过热度，并采用轻压下工艺保证铸坯的质量。

[0052] 本发明采用“硅锰弱脱氧→铝强脱氧→钛弱脱氧→钙强脱氧”的顺序方式进行脱氧，首先利用硅锰脱氧控制钢中的氧含量，保证一定数量夹杂物的形核能力，此时钢中夹杂
物主要为Si‑Mn‑O系夹杂物，这种硅锰系夹杂物长大速度较慢；利用铝强脱氧迅速将硅锰系
夹杂物还原为氧化铝夹杂物，由于氧化铝夹杂物的长大速度较快，因此铝脱氧2 3min后必
~
须加入钛铁，与此时的氧化铝夹杂物进行反应，生成的Al‑Ti‑O系夹杂物。此时，钢中总氧含
量低，大尺寸氧化铝夹杂物已经上浮去除，以小尺寸的不容易聚集，且分布较为弥散的Al‑
Ti‑O系夹杂物为主。随后采用Ca强脱氧，对夹杂物进一步变性球化，将Al‑Ti‑O系夹杂物变
成更细小的Al‑Ti‑Ca‑O夹杂物，为后续诱导晶内针状铁素体细化晶粒作用做准备。

[0053] 本发明通过控制钢中的钙和氧的含量以及含量比值，钛和铝的含量以及含量比值，脱氧合金的添加顺序和添加时机，将夹杂物控制为小尺寸分布弥散的Al‑Ti‑Ca‑O夹杂
物，低碳钢轧制后所有夹杂物评级均≤0.5级，其中，尺寸小于等于5μm夹杂物所占比例达到
99%以上，不仅消除了最长边超过343 的大尺寸的夹杂物，且为利用夹杂物细化晶粒作用
提高低温韧性和焊接性能做准备。

[0054] 下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的一种低碳钢及控制低碳钢中夹杂物的脱氧方法进行详细说明。

[0055] 实施例1到实施例5，对比例1到对比例2

[0056] 冶炼钢种E40船板钢，依次采用铁水预处理+转炉+LF精炼+RH精炼+连铸工艺，生产低碳钢的方法，具体步骤及参数如下：

[0057] 步骤1，铁水预处理，将铁水中的S脱至0.0020%以下。

[0058] 步骤2，转炉冶炼结束后进行出钢，出钢过程加入硅锰合金进行脱氧；

[0059] 步骤3，出钢钢液进入LF精炼站，在硅锰合金脱氧后9min，加入AlFe合金脱氧，AlFe合金脱氧后2min，加入70TiFe合金进行脱氧。同时，在LF精炼站进行造渣，控制渣的氧化性
和碱度，以利于脱硫。

[0060] 步骤4，LF精炼结束后，对钢液进行RH真空精炼，控制深真空处理时间。

[0061] 步骤5，RH真空精炼结束后，距钛合金弱脱氧30min时，加入硬质铁皮纯钙线脱氧。

[0062] 步骤6，对硬质铁皮纯钙线脱氧后的钢液进行浇铸，控制中间包钢液的过热度，同时采用动态轻压下，获得低碳钢板坯。

[0063] 对比例3

[0064] 冶炼钢种E40船板钢，采用铁水预处理+转炉+LF精炼+RH精炼+连铸工艺生产高品质中厚钢板的方法，具体步骤及参数如下：

[0065] 步骤1，铁水预处理，将铁水中的S脱至0.002%以下。

[0066] 步骤2，转炉冶炼结束后进行出钢，出钢过程加入硅锰合金进行脱氧；

[0067] 步骤3，将出钢钢液进入LF精炼站，进行造渣，控制渣的氧化性和碱度，以利于脱硫。

[0068] 步骤4，LF精炼结束后，对钢液进行RH真空精炼，控制深真空处理时间。

[0069] 步骤5，RH真空精炼结束后，加入硬质铁皮纯钙线脱氧。

[0070] 步骤6，连铸：采用动态轻压下，并控制钢液的过热度，获得低碳钢板坯。

[0071] 实施例1到实施例5、对比例1到对比例3的低碳钢板坯的化学成分如表1（其余为Fe和不可避免的杂质元素）所示，步骤1到步骤6中工艺控制如表2所示。

[0072] 将实施例1到实施例5、对比例1到对比例3的低碳钢板坯轧制后，取试样，试样经过抛光清洗后采用光镜和扫描电镜观察夹杂物的形貌、尺寸和成分，与ASTM‑E45‑2010标准进
行对比评级，结果如表3所示。

[0073] 表1

[0074]

[0075]  表2

[0076]

[0077]  表3

[0078]

[0079] 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。

[0080] 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。

[0081] 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。