專利名稱：一種稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鐵合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
高檔次鋼板(如汽車面板、家電面板用鋼等)均對(duì)鋼材的深沖性能、成形性和焊接性能提出了越來越嚴(yán)格的要求。研究表明鋼液高的潔 凈度是保證鋼材具有優(yōu)良使用性能的重要基礎(chǔ)，同時(shí)鋼中含有微量元素(如稀土等)有利于改善鋼的深沖性等關(guān)鍵材料性能指標(biāo)。所以如何在冶煉過程中高效地提高潔凈度，同時(shí)又使鋼材中含有稀土等微量元素是冶金工作者所關(guān)注的研究課題。上述所提及的這類鋼通常為低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼。為了在冶煉過程中獲得很低的碳含量，往往需要在鋼液中保持有很高的氧濃度，這就導(dǎo)致了脫碳后的鋼液中仍會(huì)有較高的殘余氧含量，這些殘余氧如果得不到有效的去除，對(duì)鋼的使用性能具有很大的危害性。為此，要加入大量的鋁對(duì)鋼液進(jìn)行脫氧，但是由于鋁的大量加入所生成的氧化鋁脫氧產(chǎn)物同樣對(duì)澆鑄順行、鋼材質(zhì)量帶來很大的危害。為了消除氧化鋁夾雜物的危害，目前主要采取的辦法有(1)延長精煉攪拌時(shí)間，促進(jìn)夾雜物上浮。但這種方法必然會(huì)延長精煉時(shí)間，增加生產(chǎn)成本和降低產(chǎn)量。(2)改變鋼液精煉渣系來吸附從鋼液中上浮到鋼液表面的氧化鋁夾雜物。這種方法同樣存在著精煉時(shí)間長，爐渣成分難以得到精確控制等不足。除此以外，現(xiàn)在廣泛所用的工藝是在鋼液中添加鈣元素，使得與鋼中氧化鋁夾雜物相結(jié)合形成鈣鋁復(fù)合氧化物，尤其是形成如12Ca0*7Al203這種低熔點(diǎn)大顆粒夾雜物，這種夾雜物一方面容易從鋼液中上浮去除，另一方面由于其熔點(diǎn)較低，在澆注過程不容易造成水口結(jié)瘤，保證澆注順行。由于金屬鈣在煉鋼溫度下容易氣化，因此不容易加入，收得率很低。研究工作者提出了將鈣元素制成以塊狀含鈣合金的辦法在鋼液冶煉或精煉過程加入。文獻(xiàn)I (郭慶成用于鋼液終脫氧的鋁鈣鐵合金及其生產(chǎn)方法，公開號(hào)CN1439728A)，及文獻(xiàn)2 (郭慶成等一種用于煉鋼脫氧的高鈣無硅鈣鐵合金及其制備方法，公開號(hào)CN101086029A)提出了鈣鋁鐵合金及文獻(xiàn)3 (謝應(yīng)凱煉鋼復(fù)合脫氧劑一鋁鈣鐵合金，公開號(hào)CN101086028A)提出了在鋁鈣合金的基礎(chǔ)上可以添加錳、硅和鈦等元素均屬于這類工藝。除了鈣能使氧化鋁夾雜物變性以外，近年來，國內(nèi)外對(duì)稀土在鋼中夾雜物的改性和變質(zhì)作用十分重視。文獻(xiàn) 4(Hiroshi Hirata 等Steel Having Finely DispersedInclusions, US Patent 2006/0157162A1 )記載當(dāng)鋼液中含有一定量的稀土 RE元素后，會(huì)形成REAlO3這種低熔點(diǎn)、低硬度的夾雜物，同時(shí)提到，當(dāng)稀土與鈣等元素進(jìn)一步結(jié)合可以避免Al2O3團(tuán)簇的形成，生產(chǎn)出高潔凈鋼(如軸承鋼)。其添加的工藝是首先進(jìn)行鋁脫氧，然后加入稀土進(jìn)行夾雜物去除和變性。文獻(xiàn)5 (渠天盛等稀土鋁鐵合金，公開號(hào)CN101078074A)發(fā)明了一種新的稀土鋁鐵合金，該合金使用方便、脫氧及去除夾雜物效率高、而且少量殘余稀土在改善鋼的性能方面能發(fā)揮出有益作用。但在合金中沒有添加有益的鈣元素，使其在使氧化鋁夾雜物變性和去除方面的效果受到影響。
隨著研究的深入，許多研究工作者，提出了采用稀土、鈣和鋁鐵等多元素相復(fù)合的新辦法。文獻(xiàn)6 (謝應(yīng)凱用于煉鋼稀土鋁基復(fù)合合金，公開號(hào)CN101092657A)提出了一種稀土鋁基復(fù)合合金，稀土含量I 10%，并可以添加I 5%的鈣等元素。文獻(xiàn)7 (渠天盛等一種稀土鋁鈣鐵合金，公開號(hào)CN101519747A)也提出了一種稀土鋁鈣合金，其成分中，稀土含量I 20%，鈣含量I 10%，文獻(xiàn)8 (陳向明等稀土鋁錳鈣鐵合金及其生產(chǎn)方法，公開號(hào)CN102181606A)，稀土含量I 10%，鈣含量I 3%。這些鋁、鈣、稀土等多元素的復(fù)合提高了合金在鋼液中的精煉效率。但隨著對(duì)稀土資源保護(hù)的越來越重視，稀土的價(jià)格越來越昂貴，如何用最少的稀土添加量來達(dá)到優(yōu)良的冶金效果和好的材料性能十分重要。本專利發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn) 對(duì)上述所涉及的鋼鐵材料來講，鋼材中含有(O. 01 5)ppm，也就是(O. 01 5) X 10_Vt%微量的稀土就能使得鋼材性能得到有效改善。反之，過多的稀土添加量會(huì)生成過多的稀土夾雜物，影響生產(chǎn)順行和鋼材質(zhì)量，同時(shí)消耗的稀土資源，合金成本也明顯提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金及其制備方法，減少了稀土資源的消耗，降低了成本。本發(fā)明稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金成分為28 65wt%招，O. 5 5wt%·，O. I O. 99wt%稀土，雜質(zhì)元素碳小于O. 05wt%,硅小于O. 4%，硫小于O. 02%,磷小于O. 02%。其它不可避免的雜質(zhì)元素總量小于1%，余量為鐵。

所述的稀土為含有鈰、鑭元素的其中單一組元或雙元素組合，也包含以鑭、鈰元素為主的其它混合稀土，但鑭和鈰的總含量應(yīng)占總稀土含量的90%以上。本發(fā)明稀土鋁鈣鐵合金的制備方法利用純鋁錠、稀土、金屬鈣和低碳優(yōu)質(zhì)廢鋼通過感應(yīng)爐三步法熔煉工藝制備出符合要求的成品合金。具體工藝步驟如下(I)第一步以純鋁錠、稀土為原料利用真空感應(yīng)爐熔化和混合制備出一定成分的稀土鋁初始合金，冶煉溫度控制在950 1050°C，全部熔化后均勻混合4 lOmin，然后在空氣下澆鑄成塊狀的稀土鋁初始合金，其大小為(30 60)mmX (30 60)mmX (20 40)mm。該稀土鋁初始合金成分為鋁60 80%，稀土 25 45%。(2)第二步將鋁錠在帶有氬氣保護(hù)氣氛的感應(yīng)爐熔化，熔化結(jié)束，添加鈣合金，冶煉溫度控制在950 1050°C，均勻混合4 lOmin，然后澆鑄成鋁鈣中間合金。該鋁鈣中間合金成分為鋁60 80%，鈣25 45%。大小為(30 60) mmX (30 60)mmX (20 40) mm。(3)第三步選用優(yōu)質(zhì)廢鋼(Fe含量> 98. 5%,其它為雜質(zhì)元素)，并與鋁錠在常規(guī)感應(yīng)爐中熔化，熔化結(jié)束后，再添加在上述步驟(I)和步驟(2)中已經(jīng)分別制備好的稀土鋁初始合金和鋁鈣中間合金，成分均勻混合4 lOmin，合金出爐溫度控制在1050 1150°C。燒鑄成(30 60)mmX (30 60)mmX (20 40)mm的合金塊，空氣中自然冷卻制成合金成品。本發(fā)明合金不僅保持了前人在稀土、鋁、鈣多元素復(fù)合脫氧的優(yōu)越性，其關(guān)鍵是顯著降低了稀土含量，使得合金成本明顯下降，通過與鈣、鋁含量的嚴(yán)格優(yōu)化組合，可以獲得理想的精煉效率，同時(shí)可以使鋼液中殘留(O. 01 5) X 10_4wt%的稀土含量，使鋼材的實(shí)物質(zhì)量得到改善。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I(I)稱量鋁塊15Kg，稀土金屬5Kg，在真空感應(yīng)爐中熔化45min，熔化結(jié)束后，均勻混合6min后出爐澆鑄成稀土鋁初始合金。整個(gè)冶煉過程溫度控制在970°C。該初始合金成分為鋁79. 3%,稀土 20. 3%，余量為冶煉過程帶來的雜質(zhì)。
(2)稱量鋁塊15Kg，在帶有保護(hù)氣氛的感應(yīng)爐中熔化45min，熔化結(jié)束后，逐步添加鈣金屬5Kg，均勻混合5min后出爐澆鑄成鋁鈣中間合金。整個(gè)冶煉過程溫度控制在1020°C。該中間合金成分為鋁77. 1%,鈣22. 5%，余量為冶煉過程帶來的雜質(zhì)。(3)選用優(yōu)質(zhì)鐵48Kg，在帶有保護(hù)氣氛的中頻爐中熔化，40min中后逐步添加鋁錠35Kg，熔化均勻后添加第一步已經(jīng)制備好的稀土鋁初始合金7Kg，和鋁鈣中間合金10Kg。成分均勻混合7min,合金出爐溫度控制在1080°C。燒鑄成特定規(guī)格大小，自然冷卻制成合金成品。所制備出的產(chǎn)品成分為Al: 45. 2wt%, RE (λ 9wt%，Ca L 9wt%，余量為鐵，雜質(zhì)元素總含量小于1%。達(dá)到了目標(biāo)成分。實(shí)施例2:(I)稱量鋁塊60Kg，稀土金屬20Kg，在真空感應(yīng)爐中熔化45min，熔化結(jié)束后，均勻混合5min后出爐澆鑄成稀土鋁初始合金。整個(gè)冶煉過程溫度控制在940°C。該初始合金成分為鋁78. 1%,稀土 21. 3%，余量為冶煉過程帶來的雜質(zhì)。(2)稱量鋁塊60Kg，在帶有保護(hù)氣氛的感應(yīng)爐中熔化45min，熔化結(jié)束后，逐步添加鈣金屬20Kg，均勻混合5min后出爐澆鑄成鋁鈣中間合金。整個(gè)冶煉過程溫度控制在980°C。該中間合金成分為鋁76.4%，鈣22. 8%，余量為冶煉過程帶來的雜質(zhì)。(3)選用優(yōu)質(zhì)鐵192Kg，在帶有保護(hù)氣氛的中頻爐中熔化，40min中后逐步添加鋁錠140Kg，熔化均勻后添加第一步已經(jīng)制備好的稀土鋁初始合金28Kg，和鋁鈣中間合金40Kg。成分均勻混合6min，合金出爐溫度控制在1100°C。澆鑄成特定規(guī)格大小，自然冷卻制成合金成品。所制備出的產(chǎn)品成分為Al: 46. lwt%, RE O. 89wt%，Ca2. 0wt%，余量為鐵，雜質(zhì)元素總含量小于1%。達(dá)到了目標(biāo)成分。
權(quán)利要求
1.一種稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金，其特征在于，成分為28 65wt%鋁，0. 5 5wt%鈣，0. I 0. 99wt%稀土，雜質(zhì)元素碳小于0. 05wt%,硅小于0. 4%，硫小于0. 02%,磷小于0.02%。其它不可避免的雜質(zhì)元素總量小于I %，余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金，其特征在于，所述的稀土為含有鈰、鑭元素的其中單一組元或雙元素組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金，其特征在于，所述的稀土包含以鑭、鈰元素為主的混合稀土，其中，鑭和鈰的總含量應(yīng)占總稀土含量的90%以上。
4.一種權(quán)利要求I所述的稀土鋁鈣鐵合金的制備方法，其特征在于，工藝步驟如下 (1)以純鋁錠、稀土為原料利用真空感應(yīng)爐熔化和混合制備出一定成分的稀土鋁初始合金，冶煉溫度控制在950 1050°C，全部熔化后均勻混合4 lOmin，然后在空氣下澆鑄成塊狀的稀土鋁初始合金，該稀土鋁初始合金成分為鋁60 80%，稀土 25 45%。
(2)將鋁錠在帶有氬氣保護(hù)氣氛的感應(yīng)爐熔化，熔化結(jié)束，添加鈣合金，冶煉溫度控制在950 1050°C，均勻混合4 lOmin，然后澆鑄成鋁鈣中間合金；該鋁鈣中間合金成分為鋁60 80%，鈣25 45% ； (3)選用優(yōu)質(zhì)廢鋼，并與鋁錠在常規(guī)感應(yīng)爐中熔化，熔化結(jié)束后，再添加在上述步驟(I)和步驟(2)中已經(jīng)分別制備好的稀土鋁初始合金和鋁鈣中間合金，成分均勻混合4 lOmin，合金出爐溫度控制在1050 1150°C 了 ；澆鑄成合金塊，空氣中自然冷卻制成合金成品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的優(yōu)質(zhì)廢鋼是指Fe含量>98. 5%的廢鋼。
全文摘要
一種稀土微處理鋼用稀土鋁鈣鐵合金及其制備方法，屬于鐵合金技術(shù)領(lǐng)域。該稀土鋁鈣鐵合金成分為28～65wt％鋁，0.5～5wt％鈣，0.1～0.99wt％稀土，雜質(zhì)元素碳小于0.05wt%,硅小于0.4%，硫小于0.02%,磷小于0.02%。其它不可避免的雜質(zhì)元素總量小于1％,余量為鐵。制備方法是利用純鋁錠、稀土、金屬鈣和低碳優(yōu)質(zhì)廢鋼通過感應(yīng)爐三步法熔煉工藝制備出符合要求的成品合金。優(yōu)點(diǎn)在于，減少了稀土資源的消耗，降低了成本。
文檔編號(hào)C22C1/03GK102766801SQ20121029102
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者成國光, 曲俊濤 申請(qǐng)人:包頭市北科創(chuàng)業(yè)高新材料有限責(zé)任公司