[发明专利]铁基材料用添加剂

说明书

本发明提供一种低电位元素Zn以纯单质形态或以此低电位元素Zn为主导组分制成的添加剂形态用于铁基材料的净化精炼、变质处理、合金化的新用途，及为此用途由该低电位元素Zn作主导组分制成的添加剂，属冶金添加剂领域。

铁基材料的韧性和塑性受杂质的危害甚烈，为了改善铁基材料的韧性和塑性，常在其熔炼或浇注时加入各种添加剂进行净化精炼。铁基材料的韧性和塑性也取决于凝固组织，为了改善韧性和塑性，也常在熔炼或浇注时加入各种添加剂进行变质处理。一些微量元素的合金化效应也能非常显著地影响铁基材料的韧性和塑性及其它性能，所以也常加入一些有益的微量元素添加剂以改善性能。如张承甫等所著《液态金属的净化与变质》，上海科学技术出版社，1989。5，P318及王笑天等所著《金属材料学》，机械工业出版社，1987。9，P53所总结的，现今使用的添加剂所含元素为Ca、Mg、Ti、Zr、Re、B、V、Nb、N、Ta、Hf、Sc、Y等。以上这些添加元素都是人们普遍熟悉的，效果也是肯定的，已得到广泛应用。然而低电位元素Zn虽大量地用于制造有色合金，用于铁基材料的表面涂覆和Zn镀层以及化学热处理渗Zn，却从未用于铁基材料的净化精炼、变质处理及合金化。

上述铁基材料所用的添加元素中，其韧化效应以Re和Ca最为显著，Re为烯土元素，包括La系的15个元素，广义地也包括Sc、Y2个元素共17个元素。但是由Re元素制成的添加剂存在如下一些缺点： Re为多元素混合物，较难单独分离，但各元素的作用效果差异显著，这就造成了Re添加剂作用效果的不稳定性；正由于上述原因，使用Re添加剂的最佳效果常常难以达到以及难于稳定控制；自然界中强放射性元素Th常常与Re共生共存，难以完全分离，再加上Re中的La¹³⁸、Ce¹⁴²、Nd¹⁴⁴、Sm¹⁴⁷、Lu¹⁷⁶为天然放射性同位素，从而使得Re添加剂具有非常令人担忧的放射性，例如总α比放射性Re-Si添加剂为29.0×10^-7Ci/kg，Re-Ca添加剂为21.1×10^-7Ci/kg，Re-Mg添加剂为30.4×10^-7Ci/kg，而国家标准为5×10^-7Ci/kg，超标3—6倍，这使得在Re添加剂的制造和使用中有可能对人造成放射性伤害和对环境造成污染；Re添加剂由于与炉衬和炉渣的相互作用，常造成水口结瘤而影响生产；Re夹杂物在钢锭下部的聚集会造成钢的夹杂物污染。

Ca添加剂的缺点为：Ca的化学活性强，较难保存；Ca的密度小，仅1.54g/cm³，其添加剂容易飘浮在钢液表面而燃烧。

本发明的目的在于提供一种低电位元素Zn用于韧化铁基材料的新用途，并且提供一种由此元素Zn为主导组分制得的韧化效应优异，作用稳定，安全无放射性，制造、保存和使用简便，不易飘浮，价格低廉的铁基材料用添加剂。

所述的对铁基材料进行净化精炼、变质处理、合金化用的添加剂，其成分为：以元素Zn为主导组分，元素Zn的含量为2—100％wt.，当Zn的含量不足100％wt.时，其余为一种或一种以上的下列元素：

第1类元素：Li、Be、Mg、Ca、Ga、B；

第2类元素：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Al；

第3类元素：Mn、Si、Fe、Cu、Ni；

第4类元素：C、O、F、Cl、Br、I；各元素总和为100％wt.。

在铁基材料的净化精炼、变质处理、合金化时所使用的元素Zn，由于工艺上的原因，大多情况下需要将其制造成添加剂后再使用。本发明所提供的添加剂就是由Zn为主导组分制得的。在本添加剂中Zn的含量为2—100％wt.，优选含量为10—100％wt.，允许含有微量不可避免的杂质。

本发明所提供的添加剂的多种成分配方用以适应不同需要，可根据铁基材料的成分和制造方法选用。这些配方有纯Zn的单质添加剂，有Zn-Fe、Zn-Ca、Zn-Si等二元添加剂，也有元素更多的复合添加剂。其主要配方有：

Zn10—70％。其余为第1类元素Li、Be、Mg、Ca、Ga、B中的一种或一种以上。

Zn20—80％，其余为第2类元素Ti、zr、Hf、V、Nb、Ta、Al中的一种或一种以上。

Zn10—70％，其余为第3类元素Mn、Si、Fe、Cu、Ni中的一种或一种以上；伏选成分为：Zn25—40％，其余为第3类元素Mn、Si、Fe、Cu、Ni中的一种或一种以上。