国内外硼钢冶炼工艺特点及其发展方向

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从目前的研究分析来看，冶炼硼钢需要在炉外精炼和连铸过程中加以控制。精炼中要做到有效地脱氧定氮，防止生成硼的氧化物和氮化物，以提高硼的收得率；连铸中为了防止硼的偏析和低熔点Fe－B相导致的铸坯缺陷，关键是要控制好钢水的凝固冷却。从目前国内外的研究现状来看，国外更注重钢水凝固过程的控制，认为硼的偏析和钢水重熔是导致铸坯缺陷的重要原因，而国内则侧重于精炼中对氧和氮含量的控制。

　　国外冶炼含硼钢的关键技术。为了提高硼的收得率，在加入硼前应先加入与氧、氮结合力更强的铝、钛、锆等元素，即先加铝脱氧，再加钛等定氮。有研究指出，用钛定氮保护硼形成的TiN也很容易使钢的韧性、疲劳性能甚至机械加工性能变差，而且TiN很稳定，一旦形成就几乎不再变化，难以起到进一步平衡、稳定酸溶硼含量的作用。为此，国外钢厂研究了只用铝不用钛的冶炼硼钢的方法，也有钢厂将含有硼和铝、钛、锆、锰、硅等多种元素的复合硼铁合金一次性加入，实际应用效果较好。
　　日本住友金属公司在生产w(B)≥0.1%的不锈钢时，为了防止铸坯表面产生纵向裂纹，关键技术是控制中间包内钢水过热度在30℃以下，使钢水在较低温度下浇铸，更有利于加速钢水的凝固。
　　新日铁冶炼低碳含硼易切削钢的措施是控制进入LF精炼前钢水中溶解氧质量分数≤0.02%，或者控制钢水中夹杂物w（MnO）≤30%，因为生成的非金属夹杂物MnO和B2O3在连铸时会黏附在滑板上而造成腐蚀。为了使铸坯表面和皮下的奥氏体颗粒边界不会出现晶粒内裂纹，新日铁控制连铸结晶器末端凝固壳厚度在7mm～10mm，二冷区冷却速度控制在100℃/ｓ，直至铸坯表面角部以下0.5mm～2mm深度的温度达到1000℃，此时能够减少MnS和BN沿着奥氏体颗粒边界的大量沉积，防止铸坯在弯曲和矫直位置产生表面裂纹。
　　浦项制铁研究了连铸二次冷却和氮含量对含硼钢热延展性的影响后发现，在快速冷却和重新加热到应变温度时会使钢的热延展性变差，认为此时会形成大量的BN固体而沉积。而且氮含量高时，沉积的BN会随机分布在优先生成的奥氏体内，特别是在奥氏体颗粒边界。因此，在板坯凝固后的二冷段，当温度在1000℃以下时，为避免过快冷却，在连铸、轧制的过冷和再加热的幅度不能过大。
　　我国冶炼硼钢的工艺特点。我国钢铁工业对冶炼硼钢的研究取得了较大的进展。宝钢采用电炉配连铸设备生产的40CrB高淬透性钢管化学成分稳定、夹杂物数量少，管坯生产的钢管尺寸精度高、表面质量好。武钢生产的冷镦用铌、钒复合微合金化低碳硼钢，控制钢中微合金元素，在强化钢种的同时，保证低碳硼钢的综合性能。首钢在冶炼含硼低碳钢时，针对钢中成分对硼收得率的影响展开了研究，发现如果不采用铝对钢水脱氧，硼的收得率就会受硅含量影响，因为钢中氧活度主要由硅含量控制。当硅含量增加时，通过其降低氧活度的作用会使硼的收得率提高。莱钢生产含硼钢在钢水加硼前，经过脱氧去气后，硼回收率稳定在90%以上，实现生产同一含硼钢种，炉与炉之间钢水成分w(B)偏差小于0.0002%。
在硼钢生产中，工艺和硼含量控制不好会带来诸多问题。例如淬透性不好，导致强度、硬度出现波动等。虽然可以在炼钢中调整钛的添加量来改善这些问题，但值得注意的是，一般合金元素提高淬透性的效果随其在钢中含量增加而提高，而硼元素却有一个最佳含量。硼含量较多时，硼相沿晶界片状连续沉淀，会减弱硼钢的冲击韧性。一般认为0.0005%～0.0020%的酸溶硼质量分数最佳，精炼中可提高硼的收得率，并且硼的加入量较为稳定。由此可见，今后硼钢冶炼技术的研究方向是保证稳定地以最小范围的硼的添加量来获得所需含量的酸溶硼，并且均匀地分布在钢中。在连铸中作好冷却过程的控制，对钢水开始凝固的阶段和温度下降到1000℃以下时的冷却制度可以进行深入研究。未来也可在高级别管线钢等高附加值钢中研究硼的应用。