40MnB合金钢硼含量的控制(学习材料六十六)

40MnB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1  B与N、O反应的标准自由能

T able 1  Standard free energy for B reacting with O and N

反应式	a/（Cal·mol－1）	b/（Cal·mol－1K－1）	±kCal
2B(s)＋3/2O2(g)=B2O3(L)	-295630	50.41	1
B(s)＋1/2N2(g)=BN(s)	-60600	21.4	0.5

1.2  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55t EBT UHP＋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。

表2  硼铁牌号与化学成分/%

Table 2  Designation and chemical composition of Ferrobron/%

牌号	B	Si	Al	C	P	S
FeB20C0.5-A	19.0～21.0	≤2.0	≤0.05	≤0.5	≤0.05	≤0.01

表3  40MnB钢化学成分内控范围/%

Table 3  Control range of chemical composition of steel 40MnB/%

C	Si	Mn	P	S	Cr	Cu	Ni	Mo	Al	Ti	B
0.38～0.42	0.20～0.30	1.10～1.30	≤0.020	≤0.015	≤0.15	≤0.20	≤0.20	≤0.10	0.015～0.030	0.015～0.050	0.0015～0.0035

（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/%

Table 4  Ingredient of refining slag/%

SiO2	CaF2	CaO	MgO	Al2O3
16	15	49	8.5	7

  （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5  40MnB钢成分分析结果，6炉

Table 5  Results of analysis of steel 40MnB，6 heats

炉号	化学成分/%												气体含量/10－6
	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Al	Ti	B		[o]	[N]
4979	0.41	0.22	1.28	0.014	0.002	0.11	0.02	0.04	0.027	0.053	0.0025		17	78
4981	0.39	0.24	1.26	0.016	0.001	0.11	0.02	0.04	0.023	0.032	0.0020		18	80
4982	0.40	0.24	1.26	0.014	0.002	0.11	0.02	0.04	0.021	0.020	0.0020		19	79
4980	0.41	0.26	1.29	0.013	0.002	0.07	0.02	0.05	0.031	0.051	0.0020		20	80
4983	0.42	0.24	1.27	0.015	0.002	0.07	0.02	0.04	0.019	0.030	0.0020		19	78
4984	0.40	0.24	1.25	0.016	0.001	0.06	0.02	0.04	0.015	0.050	0.0018		20	71

   6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%。