[发明专利]一种高锰钢钢液净化方法、产品及应用

说明书

本发明提供一种高锰钢钢液净化方法、产品及应用，高锰钢钢液利用硅铝钡钙合金进行脱氧操作，待完成后向钢液中加入重稀土合金从而达到净化和微合金化钢液的目的。本发明通过预先利用硅铝钡钙合金丝线进行脱氧处理，保证了重稀土处理的有益效果，减小稀土损耗，提高稀土收得率；吹氮与喂重稀土合金丝同时进行，氮与钇协同作用，起到固氮增钇作用，促进高锰钢的氮和钇的微合金化处理，同时实现高锰钢的净化和微合金化；经本发明工艺技术处理后，高锰钢的强塑韧性、耐磨性、疲劳性能显著提升。

技术领域

本发明涉及高锰钢技术领域，具体涉及一种高锰钢钢液净化方法、产品及应用。

背景技术

高锰钢具有优异的耐冲击性能和加工硬化特性，其化学成分(wt.％)为C1.0～1.4％，Mn11～14％，其余为Fe和少量杂质元素。特殊的化学成分导致高锰钢热导率低而线膨胀系数大的物理特性，加之碳化物形成趋势大以及粗放式炼钢引起的杂质元素含量高等因素的影响，导致高锰钢的热变形加工工艺性极差。因此，高锰钢往往采用铸造方式进行生产，经水韧处理后直接使用。传统熔炼和铸造工艺手段生产的高锰钢存在杂质元素含量高、铸造缺陷明显等缺点，不仅无法满足长寿命、高安全性的使用需求，也不具备开展通过热变形(轧制或锻造)提高高锰钢力学性能的条件。

为了提高高锰钢的使用性能，利用炉外精炼技术提高高锰钢钢水质量是主要的途径之一。常用的炉外精炼方法，如LF法，RH法、VOD法等，均可对钢液起到非常好的净化作用。然而，由于这些方法均需购置专用装备并设置专用车间，必将给高锰钢生产企业带来成本压力，因此，国内几家主要的高锰钢生产企业仍沿用传统的高锰钢熔炼工艺。在现有高锰钢制造工艺的基础上，通过对钢包中的钢液进行处理获得纯净钢液的方法获得一定应用。专利公告号CN101323891B，名称为“一种纯净高锰钢辙叉的制造方法”的中国发明专利中提出，将化学成分(wt.％)为CaO25％，CaF₂25％，Re-Mg50％的变质剂预先加入到钢包中，钢液冲入钢包后与变质剂混合从而达到净化钢液的目的。专利公告号CN101275175A，名称为“对高锰钢进行钇基重稀土变质处理的方法”的中国专利中，提出将预先烘烤好的钇基重稀土置于钢包底部，将熔化的钢液冲入钢包，镇静一段时间后进行浇铸，获得高锰钢铸件。两种高锰钢净化方法均采用了钢包底部冲入稀土/变质剂的方法，以期对高锰钢钢液进行净化处理。然而，这种钢包冲入法对稀土/变质剂颗粒尺寸、钢液冲入速度、钢液温度有非常高的要求，容易导致钢包底部的添加剂在钢液中分布不均匀，甚至无法完全熔化的风险，不仅无法起到净化作用，还会恶化高锰钢的力学性能。另外，加入到钢中的稀土仅仅起到了变质剂的作用，造成了稀土的严重浪费。

铁路辙叉是铁路轨道的重要组织部分，是列车改变运行轨迹的关键部件。高锰钢具有优异的耐冲击性能和加工硬化特性，是生产铁路辙叉的主要钢种，近年来，我国高速、重载铁路快速发展，列车最高速度达350km/h，单节车厢最大轴重达35t，单条铁路年运量达4.5亿吨。高速、重载运输环境下，铁路辙叉经受列车车轮频繁且强烈的冲击力作用，服役条件较常规铁路辙叉大幅恶化。因此急需一种能够有效降低高锰钢杂质含量，提高高锰钢性能的高锰钢钢液净化方法以满足高锰钢辙叉的使用要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种高锰钢钢液净化方法无需添置专用炉具设备，只需通过简单的工艺操作便可实现高锰钢的净化和微合金化处理，杂质元素含量和夹杂物数量均大幅降低。

一种高锰钢钢液净化方法，包括以下步骤：出钢后的高锰钢钢液中加入硅铝钡钙合金进行脱氧操作，待完成后向钢液中加入重稀土合金从而达到净化和微合金化钢液的目的。

进一步地，所述高锰钢钢液的出钢温度为1490～1510℃，所述脱氧操作为钢液中添加铝钡钙合金，并进行底部吹氮处理，吹氮处理过程中，氮气压力0.4～0.5MPa，脱氧操作完成后，保持吹氮操作加入重稀土合金，重稀土合金加入完毕后，继续保持吹氮5～8min。

进一步地，所述硅铝钡钙合金的加入方法为丝线喂入，丝线直径13mm，硅铝钡钙合金丝线的喂入速度为8～10m/s。