[发明专利]一种调整钢液溶解氧含量的铁氧合金及其制备和使用方法

说明书

技术领域

本发明属于冶炼技术领域，具体涉及到一种调整钢液溶解氧含量的铁氧合金及其制备和使用方法。

背景技术

钢铁材料是人类使用最为广泛的最重要的结构材料之一，人们对钢铁材料的强韧化技术和理论的研究从未停止。上个世纪30年代提出了材料的理论强度，即将材料制成完全没有宏观缺陷和微观缺陷的晶体，就能达到材料的最大理论强度。因此，洁净钢冶炼曾经是钢铁冶金领域关注热点，各钢铁企业尽可能降低钢液中的O、S等杂质。但是，随着对钢铁材料研究的深入，发现钢中存在合适的第二相，有利于提高钢铁材料的性能。氧化物冶金技术就是通过控制钢中弥散、细小夹杂物含量提高钢材机械性能、特别是提高钢材在经过大线能量焊接后热影响区韧性的一种冶金方法。大线能量焊接用钢是当采用比一般焊接条件高得多的焊接线能量，而不至于引起焊接区韧性显著降低、也不会产生焊接裂纹的钢，主要种类有船板钢、桥梁钢、压力容器钢和管线钢等，与普通钢相比对于强度韧性具有更高要求，因此控制钢液精炼过程中合适的溶解氧的质量分数，成为氧化物冶金技术的一个关键点。

在氧化物冶金技术中，不同的添加剂对钢液溶解氧的质量分数要求不同。在专利JP2001-28859文献中，选择的是Ti、Al和Ca依次脱氧，在添加前钢中氧要控制在(20~80)×10^-6；在日本专利JP1999-236645文献中，选用的Ti、Al和Mg，要求初始氧质量分数小于100×10^-6；文献《含钛低碳洁净钢凝固过程氧化物的析出与长大》（Second International Conference On advanced Structure, 1160~1169）提到，选用Ti时，要求钢液中氧的质量分数为(20~30)×10^-6；在专利CN101985719A文献中，选用的是Si-Ca-Ti-Zr复合脱氧剂，氧的质量分数要求控制在(10~200)×10^-6。正是由于不同的添加剂对钢液中溶解氧的质量分数要求不同，在炼钢过程中添加前不同脱氧剂前，必须实时调整钢液的溶解氧的质量分数达到上述目标值范围。

当钢液中溶解氧不足时，要向钢液中增氧。目前，钢液中增氧方法有：

（1）吹氧法。在专利文献JP8-346026中，为了控制夹杂物的形态，添加脱氧剂后，向镇静的钢液中吹入氧气，吨钢吹氧量为(1~6)×10^-2。此法操作简单，但是控氧精确度不高，溶解氧范围过宽，且仅对熔池局部吹氧造成熔池内氧含量不均匀，有明显的成分偏析，对于氧化物冶金中需要较窄范围氧位的添加剂，不宜使用；

（2）固体离子导体加压引气法。在专利文献JP10-193046中，为了获得弥散细小的夹杂物，利用固体氧离子导体，通过施加电压，将氧气导入钢液中。此法是在低氧状态供氧，在脱氧反应中过饱和度不高，可以抑制粗大夹杂物的生成，但是此法供氧速度太低，在大规模生产的钢铁工艺中，适用性太差；

（3）混合钢水法。在专利文献JP2002-256330中，提到将较高氧的质量分数的钢水与添加脱氧剂的钢水混合，从而得到细小的夹杂物。此法的缺点是难以大量生产具有合适溶解氧钢水；

（4）添铁或锰的氧化物。在专利CN101994054A中，为了调整钢水的溶解氧的质量分数，向钢水中添加FeO、Fe₂O₃、MnO和MnO₂及其混合物。由于氧化物和钢水存在较大密度差，添加过程中氧化物部分上浮，控氧精度不高；另外，含Mn氧化物添加剂可能引起钢水Mn的质量分数的波动。

以上各种调整钢液氧的质量分数的方法，不同程度地存在控氧精度差和适用性差等问题，因此，制备大线能量焊接用钢过程急需一种能简单、快速、精确控制钢中溶解氧的质量分数的方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种调整钢液溶解氧含量的铁氧合金及其制备和使用方法，目的是在制备大线能量焊接用钢时，以简单工艺精确并稳定地控制钢液中溶解氧含量。

为实现上述目的，本发明的主要技术方案是：

一种调整钢液溶解氧含量的铁氧合金，按质量百分比，氧含量为0.01%~5%，以过饱和固溶、气泡以及FeO的形式存在，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述铁氧合金的制备方法按照以下步骤进行：

（1）将工业纯铁、生铁、废钢或低碳钢装入熔炼炉内，通电加热熔化，并持续加热至铁水或钢液液相线温度以上5~100 ℃；