钛铁合金所含杂质对Ti-IF钢洁净度的影响

闫小柏， 包燕平，王 敏,林 路，李 翔

(北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京，100083)

钛铁合金所含杂质对Ti-IF钢洁净度的影响

闫小柏， 包燕平，王 敏,林 路，李 翔

(北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京，100083)

通过氧氮分析、SEM和EDS对Ti-IF钢冶炼过程不同阶段钢液及铸坯进行分析，研究钛铁合金所含杂质对Ti-IF钢洁净度的影响。结果表明，Ti-IF钢冶炼过程添加FeTi70时，RH出站处钢液中的平均氮含量较添加FeTi30时增加值为8.86×10-6，铸坯平均氮含量较添加FeTi30时增加值为10.83×10-6，这是由于所用FeTi70合金中T(O)、N含量较高，这些在RH冶炼过程中较难去除的O、N元素形成尺寸不同的含氧夹杂，其结果降低了Ti-IF钢洁净度。

Ti-IF钢；钛铁；杂质；RH；洁净度

Ti-IF钢因具有良好的深冲性能和可成型性，在汽车面板和复杂深冲件中得到广泛应用[1-2]。钛铁合金作为冶炼Ti-IF钢最主要的合金添加料，其质量会对Ti-IF钢的性能产生直接的影响。高钛铁(钛含量为65%～75%)是一种用途较为广泛的特种钛铁合金，因其高的钛含量和低的杂质含量，在精炼过程中少量添加能使钢水具有成分均匀、偏析少以及铝、硅、氮杂质少等优点[3-4]。然而实际生产中，国内某厂在Ti-IF钢冶炼过程添加FeTi30高钛铁进行微合金化时钢水质量相对稳定，而改为添加FeTi70后钢水中T[O]及[N]含量却明显升高。为此，本研究特对添加两类钛铁合金情形下钢液和铸坯中杂质元素含量和夹杂物进行检测分析，以期弄清钛铁合金所含杂质对Ti-IF钢洁净度的影响。

1 取样及分析方法

2 结果及讨论

2.1 钛铁合金类型对Ti-IF钢洁净度的影响

钛铁合金对Ti-IF钢水中T[O]和[N]含量的影响如图1所示。从图1中可看出，添加FeTi70时，Ti-IF钢水中的T[O]和[N]含量均高于添加FeTi30时的相应值。

图1 钛铁合金对Ti-IF钢水洁净度的影响

Fig.1 Effect of Ti-Fe alloy on the cleanliness of Ti-IF steel

添加不同钛铁合金时RH出站钢液中氮含量炉次统计如图2所示，铸坯中氮含量炉次统计如图3所示。由图2结果计算可知，添加FeTi30时，RH出站处钢液中氮含量在30×10-6以上的炉次仅占5.9%，而添加FeTi70时，RH出站钢液中氮含量在30×10-6以上的炉次占76.9%；添加FeTi70时，RH出站处钢液中平均氮含量与添加FeTi30时的相应值相差8.86×10-6。由图3结果计算可知，添加FeTi30时，铸坯中氮含量在30×10-6以上的炉次占33.3%，而添加FeTi70时，铸坯中氮含量在30×10-6以上的炉次占80.0%，添加FeTi70时，铸坯中平均氮含量与添加FeTi30时的相应值相差10.83×10-6。

可见由添加FeTi30改为添加FeTi70时，RH出站处钢液及铸坯中的T[O]及[N]含量均大幅上升。

图2 添加不同钛铁合金时RH出站处钢液的[N]含量

Fig.2 Nitrogen contents in liquid steel after RH refining by adding different Ti-Fe alloys

图3 添加不同钛铁合金时铸坯中的[N]含量

Fig.3 Nitrogen contents in steel slab by adding different Ti-Fe alloys

2.2 钛铁合金所含杂质对Ti-IF钢洁净度的影响

钛铁合金的杂质元素含量如表1所示。从表1中可看出，FeTi70中的杂质元素含量明显高于FeTi30相应值。添加FeTi70冶炼Ti-IF钢时，钛铁合金的添加量每增加1kg/t铁，钢液中的T[O]含量增加11.8×10-6，[N]含量增加8.8×10-6，这是添加FeTi70造成RH精炼过程增氮的主要原因。添加此种氮含量高的钛铁合金冶炼Ti-IF钢，即使采用RH真空精炼工艺，钢中N含量仍难达到质量要求[5]。

RH冶炼过程中，由于钛铁中携带的氧元素不可能在钛合金化过程中得到去除[6]，因而会降低合金中钛元素的有效含量。对于在RH冶炼过程中较难去除的O、N杂质元素，当其超过一定含量时，就会降低Ti-IF钢的洁净度。

FeTi30合金主要夹杂物形貌及其成分如图4所示。从图4中可看出，FeTi30中存在大量颗粒尺寸d>50 μm的Al2O3夹杂(图4(a))，其中小部分Al2O3夹杂尺寸大于100 μm；同时还存在部分尺寸约为30μm的Al2O3-FeTi复合型夹杂(图4(b))。这些由微合金化过程带入的Al2O3夹杂，一方面会增大Ti-IF钢冶炼时浸入式水口结瘤的风险，另一方面会成为钢中大型夹杂物的来源，导致钢液的洁净度降低。

图4 FeTi30中主要夹杂物的SEM照片及EDS图谱

Fig.4 SEM images and EDS spectra of typical inclusions in FeTi30

FeTi70合金的两类主要夹杂物形貌分别如图5、图6所示。由图5、图6中可见，FeTi70合金中的夹杂物主要分为两类：一类为简单夹杂，成分为MgO(图5(a))、MgO-Ti(图5(b))，该类夹杂物尺寸较大，达100 μm以上，是钢中大型夹杂物的来源；另一类为复合夹杂，成分包括O-Ca-Fe-Ti-Si-P-Al(图6(a))、O-Ca-Fe-Ti-Si-Na(K)-Al(图6(b))，该类夹杂物尺寸较小，一般为10～30 μm。这些大量存在于 FeTi70钛铁中的含氧夹杂降低了钢液的洁净度。

图5 FeTi70中简单夹杂物形貌及EDS图谱

Fig.5 Morphologies and EDS spectra of the inclusions with simple composition in FeTi70

图6 FeTi70中复合夹杂物形貌及EDS图谱

Fig.6 Morphologies and EDS spectra of the inclusions with complex composition in FeTi70

3 结论

(1)Ti-IF钢冶炼过程添加FeTi70时，RH出站处钢液平均氮含量较添加FeTi30时增加值为8.86×10-6，铸坯的平均氮含量较添加FeTi30时增加值为10.83×10-6。

(2)FeTi70合金T(O)、N含量较高，这些在RH冶炼过程中较难去除的O、N元素形成尺寸大小不等的含氧夹杂，其结果降低了Ti-IF钢洁净度。

[1] Mohanty I, Bhattacharjee D, Datta S. Designing cold rolled IF steel sheets with optimized tensile properties using ANN and GA[J]. Computational Materials Science， 2011, 50(8): 2331-2337.

[2] Cui H, Bao Y, Wang M. Clogging behavior of submerged entry nozzles for Ti-bearing IF steel[J]. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials， 2010, 17(2): 154-158.

[3] 莫畏. 钛[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2008.

[4] 豆志河，张廷安，张含博，等. 铝热自蔓延法制备低氧高钛铁合金及表征[J]. 稀有金属材料与工程， 2012(5): 899-904.

[5] 章奉山，朱万军，徐栋，等.利用 RH-KTB 工艺同时深脱碳和氮[J].炼钢，2007,23(1):14-17.

[6] 王敏，包燕平，杨荃.钛合金化过程对钢液洁净度的影响[J].北京科技大学学报， 2013(6):725-732.

[责任编辑 彭金旺]

Effect of impurities in Ti-Fe alloy on the cleanliness of Ti-IF Steels

YanXiaobai,BaoYanping,WangMin,LinLu,LiXiang

(State Key Laboratory of Advanced Metallurgy, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083，China)

By means of oxygen and nitrogen analyzer,SEM and EDS,the effect of impurities in Ti-Fe alloy on the cleanliness of Ti-Fe steel during different smelting stages was studied.The results show that the average nitrogen contents in the liquid steel and slab after RH refining by adding FeTi70 alloy are 8.86×10-6and 10.83×10-6higher than the nitrogen contents after RH refining by adding FeTi30 alloy,respectively.FeTi70 alloy contains more T[O] and nitrogen,which are difficult to remove during RH melting and form oxygenated inclusions of different sizes and reduce the cleanliness of Ti-IF steel.

Ti-IF steel; Ti-Fe alloy; impurity; RH;cleanliness

2014-05-19

北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室基金资助项目(41602014).

闫小柏(1988-)，男，北京科技大学硕士生.E-mail:13401187868@163.com

包燕平(1963-),男，北京科技大学教授，博士生导师.E-mail:baoyp@ustb.edu.cn

TF777

A

1674-3644(2015)01-0008-04