一种h08a钢的制备工艺
阅读说明：本技术 一种h08a钢的制备工艺 (Preparation process of H08A steel ) 是由 王光文 张盛梁 陈贵和 涂文兴 于 2020-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种H08A钢的制备工艺,具体步骤如下：1)转炉冶炼,出钢过程加入镁合金进行预脱氧,吹氩,控制钢水自由氧含量在80～100ppm；2)LF精炼：过程中加入钙再次除氧,控制钢水LF精炼加热结束后自由氧含量为10～20ppm；3)连铸；其中,步骤1)中加入镁合金的进料方式为利用载气的方式将粉状的镁合金吹入钢包的底部。本发明生产的铸坯(连铸时间8小时)样品的断面没有任何明显气泡,中心疏松等级≤0.5级,中心偏析等级≤0.5级,不存在其他明显缺陷,合格率为99％。同时,在面积为100×100mm的钢体横断面中,夹杂物的数量不多于30个,夹杂物的最大直径不超过20μm。(The invention provides a preparation process of H08A steel, which comprises the following specific steps: 1) smelting in a converter, adding magnesium alloy for pre-deoxidation in the tapping process, blowing argon, and controlling the free oxygen content of molten steel to be 80-100 ppm; 2) LF refining: in the process, calcium is added for deoxidizing again, and the free oxygen content is controlled to be 10-20 ppm after LF refining heating of molten steel is finished; 3) continuous casting; wherein, the feeding mode of adding the magnesium alloy in the step 1) is to blow powdery magnesium alloy into the bottom of the ladle in a carrier gas mode. The section of the casting blank (the continuous casting time is 8 hours) sample produced by the method does not have any obvious air bubbles, the central porosity grade is less than or equal to 0.5 grade, the central segregation grade is less than or equal to 0.5 grade, other obvious defects do not exist, and the qualification rate is 99%. Meanwhile, in the cross section of the steel body with the area of 100 multiplied by 100mm, the number of the inclusions is not more than 30, and the maximum diameter of the inclusions is not more than 20 μm.)
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及H08A钢的冶炼方法。
背景技术
H08A钢是重要的焊条生产的原材料，属于低碳钢的一种，与其他钢种的最大差异之一就是要确保成品钢材的化学成分，对钢中碳、铝以及氧的要求比较严格。H08A钢的生产过程中需要加入脱氧剂进行脱氧，一般采用铝作为脱氧剂，而铝脱氧剂的加入会生成大量夹杂物，容易堵塞中间包水口，影响钢水的可浇性和连铸的进行，但如果脱氧剂不足，由于脱氧不良，导致铸坯产生气泡。因而，现有技术中生产H08A钢，一般需要制定合理的钢水的处理控制工艺，来控制气泡和夹杂物的产生。
CN108950124A公开了一种焊条钢H08A的生产方法，属于钢铁冶金技术领域，解决的技术问题是焊条钢H08A的生产过程中连铸时间短以及铸坯气泡缺陷明显。本发明的技术方案是提供焊条钢H08A的生产方法，包括转炉冶炼、LF精炼、连铸，LF精炼中加入主要成分为Al、Al2O3、CaO的精炼调渣剂扩散脱氧，控制钢水氧活度为0.0020％～0.0040％， Als含量为0.001％～0.005％，加入硅铁控制Si含量为0.02％～0.03％，然后进行钙处理。本发明通过制定合理的钢水控制制度，可稳定连续生产无内部缺陷焊条钢H08A连铸坯。CN111349740A公开了一种可以降低H08A钢种连铸坯内部气泡的控制方法，有如下步骤，(1)原料控制：确定合理的废钢及生铁块的配比；(2)终点控制：终点碳含量控制在0.06％-0.08％之间，终点钢水氧含量400ppm-500ppm之间；(3)脱氧合金化控制：出钢前期加入预脱氧剂进行脱氧，然后采用AlMnFe全程脱氧，进行终脱氧和钙处理；(4)挡渣出钢控制：转炉出钢过程采用挡渣冒挡前期渣、挡渣锥挡后期渣，钢包渣层厚度控制在70mm以内； (5)连铸浇铸控制：H08A钢中间包钢水温度控制在1541-1565℃。本发明设计合理，降低连铸坯内部的气泡数量和内部夹杂物，改善H08A钢种的内部质量和使用性能。
虽然现有技术中对钢水浇铸的坯体降低气泡及夹杂物的技术进行了研究，但是总体上对气泡及夹杂物控制的效果不明显，同时对脱氧剂的添加方式没有优化，在脱氧过程，极易造成物料的浪费，甚至安全问题。
发明内容
本发明的目的，旨在解决现有技术中存在的不足，提供一种能够有效降低H08A钢中气泡和夹杂物控制的制备工艺。
为达到上述目的，本发明采用对熔炼过程中，对合金元素添加物的添加方式进行优化，以便降低钢中气泡和夹杂物的生成。采取的技术手段为优化镁合金的添加至钢水的方式，例如通过一个连接钢包的导管将这些合金添加物送入均匀流畅地钢水底部。镁合金在钢包底部快速地进行注入，进料的流量流速由与导管连接的可调控门阀中的吹气控制。调节导管连接钢包的位置距离钢包底部的距离、以及载气将合金物料送入钢水的进料速度来控制镁合金上浮至钢水表面的速度，进而对钢水中的气泡以及夹杂物的生成进行调整。另外，足够快的合金添加方式，一是避免添加镁、钙损失(蒸发、燃烧等)，二是能够提高合金在钢水中的混合速度和均匀度。
同时，对于现有技术中存在的铝脱氧后生成铝氧化物夹杂物、在钢水难以排出钢液、并黏附在进料口壁上，影响连铸浇铸顺利进行的问题，本发明使用镁合金代替铝合金，后期加入钙合金，能够生成钙镁复合氧化物，能够更加顺利地从钢水中上浮排出。
为达到上述目的，具体地，本发明提供一种H08A钢的制备工艺，具体步骤如下：
1)转炉冶炼：对转炉冶炼所用的钢水进行预处理，控制钢水中的C≤0.06％，P≤0.07％，通过转炉顶底复合吹炼，控制S≤0.03％，控制转炉出钢温度为1520～1650℃，出钢过程加入镁合金进行预脱氧，吹氩，控制钢水自由氧含量在80～100ppm；
2)LF精炼：过程中加入钙再次除氧，控制钢水LF精炼加热结束后自由氧含量为 10～20ppm；
3)连铸：对钢水进行吹氩进行搅拌，控制钢水液面出气点裸露直径50-100mm，搅拌5- 10min，上机浇铸得到铸坯；
其中，步骤1)中加入镁合金的进料方式为利用载气的方式将粉状的镁合金吹入钢包的底部。
优选的，步骤1)中，以0.05～0.5kg/s的进料速率将镁合金粉状试剂试吹入钢水中。
优选的，步骤1)中，在连接钢包底部的导管的一端吹入惰性气体，导管中路设置粉状合金的进料容器。
优先的，导管与钢包连接处距离钢包的底部的距离为50-100cm，导管的径向管路延水平方向向上30～45°角度延伸连接至惰性气体入口。
优选的，所述导管与钢包的连接处包裹一层严密的耐高温套口。
优选的，所述镁合金为Mg-Ca,Mg-Si,Mg-Sr，Mg-Ba，Mg-Al合金的一种或几种。
优选的，加入钙的方式为利用将钙线快速射入钢水中，同时吹氩进行搅拌。
优选的，射入钙线的速度为200～300m/min。
优选的，步骤3)，浇铸时控制中包过热度为15～25℃。
优选的，步骤1)中，加入镁合金的含量相对钢水的质量分数为0.1～0.5％。
优选的，步骤2)中，加入钙的含量相对钢水的质量分数为0.01～0.07％。
优选的，所述浇铸前的钢水组成为，C：0.03～0.06％，Si：0.01～0.02％，Mn：1.50～1.60％， P≤0.023％，S：0.001％～0.005％，Ni：0.30～0.50％，Cu：0.08～0.10％，V：0.08～0.10％， Mg：0.1～0.35％，Ca：0.01～0.07％，Ti：0.007％～0.013％，Nb：≤0.060％，B：≤0.001％，Als：≤0.009％，自由氧≤20PPm，其余为Fe及钢中不可避免之杂质元素。
本发明相对现有技术，获得的技术效果为：
控制镁、钙的进料速度，使其进料速度应足够快，以免形成镁、钙的蒸汽或燃烧火焰，从而保证添加了钙或镁有效成分不受损失(损失率不超过1％),与钢液混合均匀和快速反应，促进脱氧(以及脱硫)的效果。
控制镁、钙的进料速度，保证合金进入钢水时的穿透力足够强，从而减少熔融状态下的钢水的鼓泡以及降低夹杂物形成的机率。
本发明生产的铸坯(连铸时间8小时)样品的断面没有任何明显气泡，中心疏松等级≤0.5 级，中心偏析等级≤0.5级，不存在其他明显缺陷，合格率为99％。同时，在面积为100×100mm的钢体横断面中，夹杂物的数量不多于30个，夹杂物的最大直径不超过20μm。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明方案中，通过一个连接钢包的导管将这些合金添加物送入均匀流畅地钢水底部。镁合金在钢包底部快速地进行注入，进料的流量流速由与导管连接的可调控门阀中的吹气控制。调节导管连接钢包的位置距离钢包底部的距离、以及载气将合金物料送入钢水的进料速度来控制镁合金上浮至钢水表面的速度，进而对钢水中的气泡以及夹杂物的生成进行调整。同时，对于现有技术中存在的铝脱氧后生成铝氧化物夹杂物、在钢水难以排出钢液、并黏附在进料口壁上，影响连铸浇铸顺利进行的问题，本发明使用镁合金代替铝合金，后期加入钙合金，能够生成钙镁复合氧化物，能够更加顺利地从钢水中上浮排出。
具体的实施例中，制备H08A钢的制备方法和工艺为：
1)转炉冶炼：对转炉冶炼所用的钢水进行预处理，控制钢水中的C≤0.06％，P≤0.07％，通过转炉顶底复合吹炼，控制S≤0.03％，控制转炉出钢温度为1520～1650℃，出钢过程加入镁合金进行预脱氧，吹氩，控制钢水自由氧含量在80～100ppm；
2)LF精炼：过程中加入钙再次除氧，控制钢水LF精炼加热结束后自由氧含量为 10～20ppm；
3)连铸：对钢水进行吹氩进行搅拌，控制钢水液面出气点裸露直径50-100mm，搅拌5- 10min，上机浇铸得到铸坯；
其中，步骤1)中加入镁合金的进料方式为利用载气的方式将粉状的镁合金吹入钢包的底部。
步骤1)中，以0.05～0.5kg/s的进料速率将镁合金粉状试剂试吹入钢水中。吹入方式是通过在连接在钢包底部的导管的一端吹入惰性气体，导管中路设置粉状合金的进料装置进行吹入的。导管与钢包连接处距离钢包的底部的距离为50-100cm，导管的径向管路呈30～45°角度延伸连接至惰性气体入口。惰性气体可以为氩气、氖气、氦气的任一种。导管与钢包的连接处可以包裹一层严密的耐高温套口。
所述镁合金为Mg-Ca,Mg-Si,Mg-Sr，Mg-Ba，Mg-Al合金的一种或几种。
加入钙的方式为利用将钙线快速射入钢水中，同时吹氩进行搅拌。射入钙线的速度为 200～300m/min。
步骤3)，浇铸时控制中包过热度为15～25℃。
步骤1)中，加入镁合金的含量相对钢水的质量分数为0.1～0.5％。步骤2)中，加入钙的含量相对钢水的质量分数为0.01～0.07％。
各实施例中控制浇铸前的钢水组成为，C：0.03～0.06％，Si：0.01～0.02％，Mn：1.50～1.60％，P≤0.023％，S：0.001％～0.005％，Ni：0.30～0.50％，Cu：0.08～0.10％，V：0.08～0.10％，Mg：0.1～0.35％，Ca：0.01～0.07％，Ti：0.007％～0.013％，Nb：≤0.060％，B：≤0.001％，Als：≤0.009％，自由氧≤20PPm，其余为Fe及钢中不可避免之杂质元素。
实施例1
1)转炉冶炼：对大吨位(100T)转炉冶炼所用的钢水进行预处理，控制钢水中的C0.04％，P 0.06％，通过转炉顶底复合吹炼，控制S 0.03％，控制转炉出钢温度为1590℃，出钢过程中通过连接钢包底部的导管，使用惰性气体将将质量分数为0.34％的粉状Mg-Ca 合金吹入钢包的底部进行预脱氧，吹入速率控制为0.25kg/s，同进吹氩进行搅拌搅拌时间10min，控制钢水自由氧含量在100ppm；
2)LF精炼：精炼过程中，将钙线快速射入钢水中再次除氧，射入钙线的速度为230m/min，射入的含量为0.05wt％，同时通过罐底弱吹氩气进行搅拌；控制钢水LF精炼加热结束后自由氧含量为10±2ppm；
3)连铸：对钢水进行吹氩进行搅拌，搅拌时间5min，控制钢水液面出气点裸露直径50mm，搅拌10min，控制中包过热度15～25℃，上机浇铸得到铸坯。
实施例2
1)转炉冶炼：对大吨位(100T)转炉冶炼所用的钢水进行预处理，控制钢水中的C0.04％，P 0.05％，通过转炉顶底复合吹炼，控制S 0.03％，控制转炉出钢温度为1550℃，出钢过程中通过连接钢包底部的导管，使用惰性气体将将质量分数为0.42％的粉状Mg-Si 合金吹入钢包的底部进行预脱氧，吹入速率控制为0.43kg/s，同进吹氩进行搅拌搅拌时间10min，控制钢水自由氧含量在90ppm；
2)LF精炼：精炼过程中，将钙线快速射入钢水中再次除氧，射入钙线的速度为250m/min，射入的含量为0.06wt％，同时通过罐底弱吹氩气进行搅拌；控制钢水LF精炼加热结束后自由氧含量为10±2ppm；
3)连铸：对钢水进行吹氩进行搅拌，搅拌时间5min，控制钢水液面出气点裸露直径50mm，搅拌6min，控制中包过热度15～25℃，上机浇铸得到铸坯。
实施例3
1)转炉冶炼：对大吨位(100T)转炉冶炼所用的钢水进行预处理，控制钢水中的C0.05％，P 0.04％，通过转炉顶底复合吹炼，控制S 0.03％，控制转炉出钢温度为1550℃，出钢过程中通过连接钢包底部的导管，使用惰性气体将将质量分数为0.19％的粉状Mg-Sr 合金吹入钢包的底部进行预脱氧，吹入速率控制为0.14kg/s，同进吹氩进行搅拌搅拌时间7min，控制钢水自由氧含量在90ppm；
2)LF精炼：精炼过程中，将钙线快速射入钢水中再次除氧，射入钙线的速度为270m/min，射入的含量为0.02wt％，同时通过罐底弱吹氩气进行搅拌；控制钢水LF精炼加热结束后自由氧含量为10±2ppm；
3)连铸：对钢水进行吹氩进行搅拌，搅拌时间10min，控制钢水液面出气点裸露直径 60mm，搅拌6min，控制中包过热度15～25℃，上机浇铸得到铸坯。
实施例4
1)转炉冶炼：对大吨位(100T)转炉冶炼所用的钢水进行预处理，控制钢水中的C0.03％，P 0.034％，通过转炉顶底复合吹炼，控制S 0.03％，控制转炉出钢温度为1550℃，出钢过程中通过连接钢包底部的导管，使用惰性气体将将质量分数为0.21％的粉状Mg-Ba合金吹入钢包的底部进行预脱氧，吹入速率控制为0.5kg/s，同进吹氩进行搅拌搅拌时间10min，控制钢水自由氧含量在70ppm；
2)LF精炼：精炼过程中，将钙线快速射入钢水中再次除氧，射入钙线的速度为250m/min，射入的含量为0.07wt％，同时通过罐底弱吹氩气进行搅拌；控制钢水LF精炼加热结束后自由氧含量为10±2ppm；
3)连铸：对钢水进行吹氩进行搅拌，搅拌时间5min，控制钢水液面出气点裸露直径80mm，搅拌8min，控制中包过热度15～25℃，上机浇铸得到铸坯。
实施例5
1)转炉冶炼：对大吨位(100T)转炉冶炼所用的钢水进行预处理，控制钢水中的C0.049％，P 0.01％，通过转炉顶底复合吹炼，控制S 0.03％，控制转炉出钢温度为1650℃，出钢过程中通过连接钢包底部的导管，使用惰性气体将将质量分数为0.49％的粉状Mg-Al合金吹入钢包的底部进行预脱氧，吹入速率控制为0.38kg/s，同进吹氩进行搅拌搅拌时间10min，控制钢水自由氧含量在90ppm；
2)LF精炼：精炼过程中，将钙线快速射入钢水中再次除氧，射入钙线的速度为300m/min，射入的含量为0.03wt％，同时通过罐底弱吹氩气进行搅拌；控制钢水LF精炼加热结束后自由氧含量为10±2ppm；
3)连铸：对钢水进行吹氩进行搅拌，搅拌时间8min，控制钢水液面出气点裸露直径70mm，搅拌9min，控制中包过热度15～25℃，上机浇铸得到铸坯。
对比例1
采用传统的进料方法，将合金元素线平稳的投入钢水中，其他的工艺参数及步骤与实施例 1相同。对比例的技术方法添加合金元素后脱氧或精炼时，明显可以看到钢水液面上方出现烟气或蒸雾。添加元素前后的组成测定，也显示出添加的合金元素损失较大，质量损失超过10wt％。
对实施例1-5以及对比例1的制备工艺得到的H08A钢样品进行中心疏松度指标的测量。对连铸8小时后的钢件，通过高压水喷淋去除钢坯表面的氧化铁皮，轧制轧到成品所需厚度。轧制出横断面尺寸为350mm×450mm的钢方坯；测量时，选取铸坯横向截面中心100m×100m的面积范围，将大方坯中心疏松和缩孔的缺陷包含在内。连铸坯横向截面中心取100mm×100mm×10m的铸坯片材，经过刨床和磨床加工使试样100m×100mm表面达到光滑整洁的程度，进行标准的中心疏松和中心偏析指标的测试。测试结果为表1：
表1
本发明的技术方案，在钢水连浇时间可以达到8小时以上，所得铸坯几乎无气泡缺陷。同时，该发明技术方案相对于对比例，通过调控物料的进料方式，如速度及添加形式，有效的降低H08A钢种连铸坯的内部气泡数量和内部夹杂物，可以大幅度提高H08A钢种连铸坯的制造能力。夹杂物的平均尺寸低于25μm，夹杂物的数量不超过20个。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。