40MnB合金钢硼含量的控制(学习材料六十六)

学习材料（六十六）140MnB合金钢硼含量的控制郑桂芸翟正龙戈文英张伟（莱芜钢铁股份有限公司）摘要：莱钢特钢厂用50t电弧炉-LF（VD）工艺生产40MnB钢。结果表明，通过保持LF精炼渣的渣碱度3.0～5.5，喂Al线，并在LF精炼末期喂硅钙线，扒渣后50Pa处理35～40min，VD后喂Al线，再喂钛线，用铝包皮裹FeB20C0.5-A硼铁插入钢水中，软吹氩，硼铁中硼的回收率为65～75%，钢中硼含量为0.0018～0.0025%，钢中氧含量≤20×10－6，氮含量≤80×10－6。关键词：40MnB钢EAF-LF（VD）硼含量控制钢中B可溶于Fe，形成间隙式和置换式固溶体，同时与Fe、C、N、O等形成Fe3（C、B）、Fe23（C、B）6等Fe-C-B型化合物，还能形成Fe＋2（BO2）2Fe＋2FeFe23＋BO5等Fe-O-B型化合物。Fe-C-B为脆性相复合化合物。这些化合物均称B相。1影响钢中酸溶硼含量的因素分析1.1钢中氮氧含量对有效硼的影响B与N、O反应的标准自由能变化见表1。标准自由能表达式∆G0=a＋bT，式中：a，b-常数；T-温度。从表1中可以看出，在电弧炉＋精炼炉炼钢系统中，B可与N、O反应生成化合物。因此，为保证钢中酸溶硼的含量，应尽量减少钢中的N、O含量。表1B与N、O反应的标准自由能Table1StandardfreeenergyforBreactingwithOandN反应式a/（Cal·mol－1）b/（Cal·mol－1K－1）±kCal2B(s)＋3/2O2(g)=B2O3(L)-29563050.411B(s)＋1/2N2(g)=BN(s)-6060021.40.51.2合金元素对硼含量的影响在炼钢的温度范围内，B的氧化能力仅次于铝和钛；由氮与各金属元素形成氮化物的标准吉布斯能图得出，钛、铝、硼与氮能形成稳定的氮化物。其稳定性随温度的下降而增加；并且AlN、TiN较BN更稳定。为保证钢中硼的含量，应合理安排各种合金料的加入顺序。2生产情况及结果2.1炼钢生产设备莱钢特钢厂采用55tEBTUHP＋LF＋VD＋CC流程冶炼40MnB钢。LF精炼采用DGN-IVB型喂丝机，可单流或双流将线材加入到钢包中；钢包底吹氩，流量可控制。VD处理额定容量60t，平均处理周期为35～40min，工作真空度为50Pa，抽气能力为250kg/h（67Pa）、230kg/h（62Pa）。用1台3机3流全弧型连铸机浇铸，连铸机铸坯断面260mm×300mm、180mm×220mm，定尺长度2.7～6.0m，工作拉速0.57～1.20m/min。2.2生产工艺方案目前所用硼铁其牌号成分见表2。为确保钢中的B含量在0.0015～0.0035%，调整合适内控化学成分范围进行保温处理；同时尽量减少钢中氧气和氮气含量，针对这两个要点制定工艺方案：（1）根据各元素对钢材质量的作用，确定钢材其它元素内控范围见表3。（2）入炉原料中铁水与生铁的量占炉料总量的50～60%。注意配料时不允许加渣钢、罐帮铁等高磷、硫废钢。学习材料（六十六）2表2硼铁牌号与化学成分/%Table2DesignationandchemicalcompositionofFerrobron/%牌号BSiAlCPSFeB20C0.5-A19.0～21.0≤2.0≤0.05≤0.5≤0.05≤0.01表340MnB钢化学成分内控范围/%Table3Controlrangeofchemicalcompositionofsteel40MnB/%CSiMnPSCrCuNiMoAlTiB0.38～0.420.20～0.301.10～1.30≤0.020≤0.015≤0.15≤0.20≤0.20≤0.100.015～0.0300.015～0.0500.0015～0.0035（3）电弧炉熔清C≥0.30%、熔清P≤0.015%，电弧炉终点[C]≥0.10%、P≤0.020%，残余元素含量符合标准要求。（4）LF精炼过程中在白渣下充分搅拌后，取一次样全分析。取一次样前，喂入1.5～2.5m/t钢的铝线，为了使渣脱硫脱氧能力增强，规定的精炼渣主要成分见表4，碱度为3.0～5.5。根据一次样分析结果，调整C、Si、Mn化学成分，硼铁在真空脱气精炼炉处理后加入；出钢前喂入1.5～2.9m/t钢硅钙线。表4精炼渣成分/%Table4Ingredientofrefiningslag/%SiO2CaF2CaOMgOAl2O31615498.57（5）钢水VD前扒渣，达到真空度时间保持10～15min。破空后在VD工位先喂入铝线，再喂入钛线钢，然后小氩气量搅拌（保持渣面微动）1～2min，用铝包皮裹硼铁插入钢水中，硼铁回收率按60～80%计算，加完硼铁后取样全分析。软吹Ar时间8～14min。特别注意，软吹Ar时不得裸露钢水，不得大氩气量搅拌降温。2.3生产结果从表5中可看出，钢中的Mn元素基本控制在中下限，且较稳定，说明对炉中钢水量确定较准确；从S元素情况看出炉中脱氧良好。氧含量控制在20×10－6以下；氮含量控制在80×10－6以下；工艺过程控制气体含量良好。Al、Ti控制在一定含量内，能有效保证硼含量的稳定收得率，并且钢中B元素的含量也严格控制在目标要求范围之内。表540MnB钢成分分析结果，6炉Table5Resultsofanalysisofsteel40MnB，6heats炉号化学成分/%气体含量/10－6CSiMnPSCrNiCuAlTiB[o][N]49790.410.221.280.0140.0020.110.020.040.0270.0530.0025177849810.390.241.260.0160.0010.110.020.040.0230.0320.0020188049820.400.241.260.0140.0020.110.020.040.0210.0200.0020197949800.410.261.290.0130.0020.070.020.050.0310.0510.0020208049830.420.241.270.0150.0020.070.020.040.0190.0300.0020197849840.400.241.250.0160.0010.060.020.040.0150.0500.001820716炉钢硼收得率ηB=钢液量（kg）×成品硼含量/[加入硼铁（kg）×硼铁中B含量（%）]，硼铁中B含量约为20%。表6中反映出B元素的收得率最高达到73.6%，收得率稳定在65～75%。3结论通过有效地控制和减少钢中氮、氧含量（[O]≤20×10－6，[N]≤80×10－6）和保证钢中一定的铝（0.015～0.031%）和钛（0.020～0.053%）含量，使硼的回收率稳定在65～75%。