[发明专利]一种细化钢中氧化铝夹杂物的中间体及制备和使用方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及一种细化钢中氧化铝夹杂物的中间体及使用方法。

背景技术

随着现代工程技术的发展，对钢材的质量要求逐渐严格，而且多样化，因而强烈希望开发出具有更优良特性的钢。钢中粗大的夹杂物，尤其是高熔点且硬度较高的氧化铝类夹杂物是影响钢材性能的主要因素之一，随着冶金技术的发展，钢的洁净度不断得到提高，钢中夹杂物的尺寸逐渐呈现超细化的趋势。

众所周知，目前炼钢时为了降低钢中的氧含量，几乎都采用铝终脱氧，由于钢液中没有大量弥散分布的超细形核质点，钢中氧和铝反应后生成的氧化铝只能以少量形核质点析出，此种情况夹杂物易于长大，因此钢中存在粗大氧化铝类(Al₂O₃)夹杂物。该类夹杂物是帘线钢等线材的断线的主要原因，在轴承钢等棒钢中成为转动疲劳特性恶化的主要原因，也是薄钢板制罐时产生裂纹的主要原因。因此，为了减轻氧化铝夹杂物对钢材的不利影响，要求氧化铝类夹杂物足够细小，从而使之无害化，目前，熔炼铝脱氧钢过程中，避免钢中产生粗大氧化铝夹杂主要采用两种方法。

一种方法是在炼钢的脱氧过程中，采用Al、Ca、Mg和REM(稀土金属)进行复合脱氧，脱氧后形成的氧化铝系复合夹杂物不易团聚长大，最终得到无粗大氧化铝夹杂的钢。如《无聚集的铝镇静钢的制造方法》(申请号：97190250.X，公开号：CN1185813A)。该发明中，作为脱氧剂向钢水中添加Ca、Mg和REM中选择的2种以上元素和Al的合金，通过生成Al₂O₃含量为30％～50％(质量％)的复合夹杂物，防止夹杂物团聚，得到无氧化铝聚集的铝镇静钢。又如《氧化铝团簇少的钢材》(申请号：03820000.7，公开号：CN1678761A)。该发明中，采用Al脱氧后，添加Ce、La、Pr和Nd的1种或者2种或其以上的稀土类元素(REM)，通过生成REM氧化物含量为0.5～15质量％的复合夹杂物，避免粗大氧化铝夹杂物的生成。上述方法中，脱氧过程控制较为复杂，需要精确控制复合夹杂物中的REM氧化物或Al₂O₃的含量，否则实施效果较差，另一方面由于钢中氧化物的生成与钢中的自由氧含量密切相关，因此控制夹杂物组分含量的同时需要精确控制钢中自由氧含量，但在工业生产中，精确控制钢中自由氧含量的相当困难的。

另一种方法是通过将纳米Al₂O₃颗粒与辅助原料混合进行预分散，然后压制成合适大小的颗粒，然后将其加入到钢液中，Al₂O₃纳米粉的平均粒径为80～100nm。见《高温纯铁熔体中外加氧化铝纳米粉的研究》(钢铁研究学报，2007年第29卷第6期)。加入到钢中Al₂O₃纳米增加了钢中的外来固体核心，初生的夹杂物与固体核心复合，使夹杂物尺寸变小，在熔体中弥散分布。但是由于纳米颗粒具有比表面积大、活性高、易团聚、体积密度小等特点，因此该方法在预分散过程中很难避免纳米Al₂O₃团聚的发生。此外由于1823K时Al₂O₃与钢液的接触角高达141°，显然纳米Al₂O₃很难进入到钢液中，因此，此种方法的纳米Al₂O₃的收得率较低。故未见工业应用报道。

如上所述，将钢中氧化铝夹杂物细化的方法应用于钢铁工艺中，还有许多未解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种细化铝终脱氧低碳钢中氧化铝夹杂物的中间体及使用方法，通过将氧化还原反应生成的超细氧化铝粒子瞬间加入到钢液中，增加了钢液中的外来固体核心，初生的氧化铝夹杂物与加入的氧化铝核心复合，避免氧化铝夹杂物过度长大，使氧化铝夹杂物尺寸变小，在熔体中弥散分布，从而提高钢材的使用性能。

本发明的基本思想在于细化在炼钢过程中形成的粗大氧化铝夹杂物，并尽可能使细化的夹杂物均匀的分散在钢中，以避免夹杂物对钢材质量带来不利影响。钢中粒子越小弥散程度越高，其对钢组织的细化作用就越强；否则，钢中粒子越大、弥散程度越差，就变成了有害的夹杂物。

本发明中间体中包含质量百分比为30％～50％的三氧化二铁粉，10％～20％的铝粉，其余为铁粉，所有的粉料粒度介于120目～400目之间。

本发明的主要技术方案是：

1)中间体的制备