鈦鐵合金所含雜質(zhì)對Ti-IF鋼潔凈度的影響

閆小柏， 包燕平，王 敏,林 路，李 翔

(北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100083)

鈦鐵合金所含雜質(zhì)對Ti-IF鋼潔凈度的影響

閆小柏， 包燕平，王 敏,林 路，李 翔

(北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100083)

通過氧氮分析、SEM和EDS對Ti-IF鋼冶煉過程不同階段鋼液及鑄坯進(jìn)行分析，研究鈦鐵合金所含雜質(zhì)對Ti-IF鋼潔凈度的影響。結(jié)果表明，Ti-IF鋼冶煉過程添加FeTi70時(shí)，RH出站處鋼液中的平均氮含量較添加FeTi30時(shí)增加值為8.86×10-6，鑄坯平均氮含量較添加FeTi30時(shí)增加值為10.83×10-6，這是由于所用FeTi70合金中T(O)、N含量較高，這些在RH冶煉過程中較難去除的O、N元素形成尺寸不同的含氧夾雜，其結(jié)果降低了Ti-IF鋼潔凈度。

Ti-IF鋼；鈦鐵；雜質(zhì)；RH；潔凈度

Ti-IF鋼因具有良好的深沖性能和可成型性，在汽車面板和復(fù)雜深沖件中得到廣泛應(yīng)用[1-2]。鈦鐵合金作為冶煉Ti-IF鋼最主要的合金添加料，其質(zhì)量會對Ti-IF鋼的性能產(chǎn)生直接的影響。高鈦鐵(鈦含量為65%～75%)是一種用途較為廣泛的特種鈦鐵合金，因其高的鈦含量和低的雜質(zhì)含量，在精煉過程中少量添加能使鋼水具有成分均勻、偏析少以及鋁、硅、氮雜質(zhì)少等優(yōu)點(diǎn)[3-4]。然而實(shí)際生產(chǎn)中，國內(nèi)某廠在Ti-IF鋼冶煉過程添加FeTi30高鈦鐵進(jìn)行微合金化時(shí)鋼水質(zhì)量相對穩(wěn)定，而改為添加FeTi70后鋼水中T[O]及[N]含量卻明顯升高。為此，本研究特對添加兩類鈦鐵合金情形下鋼液和鑄坯中雜質(zhì)元素含量和夾雜物進(jìn)行檢測分析，以期弄清鈦鐵合金所含雜質(zhì)對Ti-IF鋼潔凈度的影響。

1 取樣及分析方法

2 結(jié)果及討論

2.1 鈦鐵合金類型對Ti-IF鋼潔凈度的影響

鈦鐵合金對Ti-IF鋼水中T[O]和[N]含量的影響如圖1所示。從圖1中可看出，添加FeTi70時(shí)，Ti-IF鋼水中的T[O]和[N]含量均高于添加FeTi30時(shí)的相應(yīng)值。

圖1 鈦鐵合金對Ti-IF鋼水潔凈度的影響

Fig.1 Effect of Ti-Fe alloy on the cleanliness of Ti-IF steel

添加不同鈦鐵合金時(shí)RH出站鋼液中氮含量爐次統(tǒng)計(jì)如圖2所示，鑄坯中氮含量爐次統(tǒng)計(jì)如圖3所示。由圖2結(jié)果計(jì)算可知，添加FeTi30時(shí)，RH出站處鋼液中氮含量在30×10-6以上的爐次僅占5.9%，而添加FeTi70時(shí)，RH出站鋼液中氮含量在30×10-6以上的爐次占76.9%；添加FeTi70時(shí)，RH出站處鋼液中平均氮含量與添加FeTi30時(shí)的相應(yīng)值相差8.86×10-6。由圖3結(jié)果計(jì)算可知，添加FeTi30時(shí)，鑄坯中氮含量在30×10-6以上的爐次占33.3%，而添加FeTi70時(shí)，鑄坯中氮含量在30×10-6以上的爐次占80.0%，添加FeTi70時(shí)，鑄坯中平均氮含量與添加FeTi30時(shí)的相應(yīng)值相差10.83×10-6。

可見由添加FeTi30改為添加FeTi70時(shí)，RH出站處鋼液及鑄坯中的T[O]及[N]含量均大幅上升。

圖2 添加不同鈦鐵合金時(shí)RH出站處鋼液的[N]含量

Fig.2 Nitrogen contents in liquid steel after RH refining by adding different Ti-Fe alloys

圖3 添加不同鈦鐵合金時(shí)鑄坯中的[N]含量

Fig.3 Nitrogen contents in steel slab by adding different Ti-Fe alloys

2.2 鈦鐵合金所含雜質(zhì)對Ti-IF鋼潔凈度的影響

鈦鐵合金的雜質(zhì)元素含量如表1所示。從表1中可看出，F(xiàn)eTi70中的雜質(zhì)元素含量明顯高于FeTi30相應(yīng)值。添加FeTi70冶煉Ti-IF鋼時(shí)，鈦鐵合金的添加量每增加1kg/t鐵，鋼液中的T[O]含量增加11.8×10-6，[N]含量增加8.8×10-6，這是添加FeTi70造成RH精煉過程增氮的主要原因。添加此種氮含量高的鈦鐵合金冶煉Ti-IF鋼，即使采用RH真空精煉工藝，鋼中N含量仍難達(dá)到質(zhì)量要求[5]。

RH冶煉過程中，由于鈦鐵中攜帶的氧元素不可能在鈦合金化過程中得到去除[6]，因而會降低合金中鈦元素的有效含量。對于在RH冶煉過程中較難去除的O、N雜質(zhì)元素，當(dāng)其超過一定含量時(shí)，就會降低Ti-IF鋼的潔凈度。

FeTi30合金主要夾雜物形貌及其成分如圖4所示。從圖4中可看出，F(xiàn)eTi30中存在大量顆粒尺寸d>50 μm的Al2O3夾雜(圖4(a))，其中小部分Al2O3夾雜尺寸大于100 μm；同時(shí)還存在部分尺寸約為30μm的Al2O3-FeTi復(fù)合型夾雜(圖4(b))。這些由微合金化過程帶入的Al2O3夾雜，一方面會增大Ti-IF鋼冶煉時(shí)浸入式水口結(jié)瘤的風(fēng)險(xiǎn)，另一方面會成為鋼中大型夾雜物的來源，導(dǎo)致鋼液的潔凈度降低。

圖4 FeTi30中主要夾雜物的SEM照片及EDS圖譜

Fig.4 SEM images and EDS spectra of typical inclusions in FeTi30

FeTi70合金的兩類主要夾雜物形貌分別如圖5、圖6所示。由圖5、圖6中可見，F(xiàn)eTi70合金中的夾雜物主要分為兩類：一類為簡單夾雜，成分為MgO(圖5(a))、MgO-Ti(圖5(b))，該類夾雜物尺寸較大，達(dá)100 μm以上，是鋼中大型夾雜物的來源；另一類為復(fù)合夾雜，成分包括O-Ca-Fe-Ti-Si-P-Al(圖6(a))、O-Ca-Fe-Ti-Si-Na(K)-Al(圖6(b))，該類夾雜物尺寸較小，一般為10～30 μm。這些大量存在于 FeTi70鈦鐵中的含氧夾雜降低了鋼液的潔凈度。

圖5 FeTi70中簡單夾雜物形貌及EDS圖譜

Fig.5 Morphologies and EDS spectra of the inclusions with simple composition in FeTi70

圖6 FeTi70中復(fù)合夾雜物形貌及EDS圖譜

Fig.6 Morphologies and EDS spectra of the inclusions with complex composition in FeTi70

3 結(jié)論

(1)Ti-IF鋼冶煉過程添加FeTi70時(shí)，RH出站處鋼液平均氮含量較添加FeTi30時(shí)增加值為8.86×10-6，鑄坯的平均氮含量較添加FeTi30時(shí)增加值為10.83×10-6。

(2)FeTi70合金T(O)、N含量較高，這些在RH冶煉過程中較難去除的O、N元素形成尺寸大小不等的含氧夾雜，其結(jié)果降低了Ti-IF鋼潔凈度。

[1] Mohanty I, Bhattacharjee D, Datta S. Designing cold rolled IF steel sheets with optimized tensile properties using ANN and GA[J]. Computational Materials Science， 2011, 50(8): 2331-2337.

[2] Cui H, Bao Y, Wang M. Clogging behavior of submerged entry nozzles for Ti-bearing IF steel[J]. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials， 2010, 17(2): 154-158.

[3] 莫畏. 鈦[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2008.

[4] 豆志河，張廷安，張含博，等. 鋁熱自蔓延法制備低氧高鈦鐵合金及表征[J]. 稀有金屬材料與工程， 2012(5): 899-904.

[5] 章奉山，朱萬軍，徐棟，等.利用 RH-KTB 工藝同時(shí)深脫碳和氮[J].煉鋼，2007,23(1):14-17.

[6] 王敏，包燕平，楊荃.鈦合金化過程對鋼液潔凈度的影響[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2013(6):725-732.

[責(zé)任編輯 彭金旺]

Effect of impurities in Ti-Fe alloy on the cleanliness of Ti-IF Steels

YanXiaobai,BaoYanping,WangMin,LinLu,LiXiang

(State Key Laboratory of Advanced Metallurgy, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083，China)

By means of oxygen and nitrogen analyzer,SEM and EDS,the effect of impurities in Ti-Fe alloy on the cleanliness of Ti-Fe steel during different smelting stages was studied.The results show that the average nitrogen contents in the liquid steel and slab after RH refining by adding FeTi70 alloy are 8.86×10-6and 10.83×10-6higher than the nitrogen contents after RH refining by adding FeTi30 alloy,respectively.FeTi70 alloy contains more T[O] and nitrogen,which are difficult to remove during RH melting and form oxygenated inclusions of different sizes and reduce the cleanliness of Ti-IF steel.

Ti-IF steel; Ti-Fe alloy; impurity; RH;cleanliness

2014-05-19

北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目(41602014).

閆小柏(1988-)，男，北京科技大學(xué)碩士生.E-mail:13401187868@163.com

包燕平(1963-),男，北京科技大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師.E-mail:baoyp@ustb.edu.cn

TF777

A

1674-3644(2015)01-0008-04