一种高铜钢及其连铸坯的制备方法与应用与流程

1.本发明属于钢铁技术领域，具体是一种高铜钢及其连铸坯的制备方法与应用。


背景技术：

2.cu作为钢中的重要合金元素，不仅对组织结构、力学性能和耐腐蚀性能有重要影响，而且经过适当的热处理后材料具备抗菌杀菌作用。含铜1.8％～2.2％的不锈钢经热处理后，钢中析出细小弥散的ε-cu富铜相，从而使不锈钢具有强烈广谱抗菌能力和表面防沾能力。然而，含cu钢在1100℃～1200℃时，由于选择性氧化，fe优先氧化形成氧化皮，氧化层和钢之间的界面上会有一层极薄的液态cu(cu的熔点为1083℃)，经连铸或热轧，液态cu大量渗入晶界，造成严重的晶间开裂和表面裂纹，此现象称为“铜脆”。因此，大部分钢种都会限制cu含量，需要加cu的耐候钢中的cu含量一般也在0.5％以下，只有抗菌不锈钢的cu含量会控制在2.0％左右。
3.为了控制钢中cu元素带来的“铜脆”缺陷，一般要在钢中加入ni：cu比1:1的ni元素，以形成高熔点的cu-ni二元合金相，改变含铜钢近表面富铜层的组成，同时ni可以提高cu在奥氏体中的溶解度，减少近表面的液态铜，抑制低熔点液态富铜相的渗透，达到控制“铜致表面热裂纹”的作用。但是贵重金属ni元素的增加将导致生产成本的增加，同时钢中ni元素对人体有害，产品不能直接用于锅具等食品器材的制造。
4.相关技术中提出将钢中cu:ni比控制在2.9～3.1:1，同时优化轧钢工艺控制低合金含铜钢的裂纹，钢中仍然需要加入一定量的ni元素，cu元素含量只有0.3％～0.6％。
5.相关技术中公开了一种控制含cu钢热轧裂纹的方法，但是钢中cu含量只有0.1％～0.6％，未涉及冶炼工序。含cu抗菌不锈钢中的cu含量可以超过1.0％，但是不锈钢中含有大量的cr、ni元素，成分设计机理和生产工艺完全不同于常规的含铜钢。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种高铜钢，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
7.本发明还提供了上述高铜钢的制备方法。
8.本发明还提供了一种连铸坯，由上述制备方法制备得到。
9.本发明还提供了上述高铜钢的应用。
10.具体如下，本发明第一方面提供了一种高铜钢，由以下重量百分数的元素组成：
11.c：0.02％～0.08％，si：0.45％～0.85％，mn：0.25％～0.50％，p：≤0.018％，s：≤0.006％，al：0.01％～0.08％，n：≤0.006％，cu：1.5％～4.5％，ca：0.001％～0.003％，余量为fe和不可避免的杂质。
12.根据本发明高铜钢技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
13.本发明的高铜钢中cu元素在1.5％以上，保证最终钢材的抗菌性。不添加任何ni元素，从而降低了钢材的生产成本，保证钢材对人体无害可用于锅具生产。
14.增加一定量的si元素，使其在连铸坯表面氧化层中形成一定深度的2feo
·
sio2，并向表面逐渐渗透，富铜相在2feo
·
sio2周围呈点状、弥散析出，局部区域将富铜相固定并形成包裹，避免液态富铜相呈连续带状分布，控制富铜层中液态富铜相的产生和扩散，可以在一定程度上抑制铜脆。
15.c和mn元素保证产品强度和韧性，p、s、n为杂质元素。
16.本发明的高铜钢具有95％以上的抗菌性和良好的不沾性。
17.根据本发明的一些实施方式，所述高铜钢中cu的质量分数为1.5％～4％。
18.根据本发明的一些实施方式，所述高铜钢中cu的质量分数为1.5％～3.5％。
19.根据本发明的一些实施方式，所述高铜钢中c的质量分数为0.02％～0.04％。
20.根据本发明的一些实施方式，所述高铜钢中si的质量分数为0.5％～0.77％。
21.根据本发明的一些实施方式，所述高铜钢中si的质量分数为0.65％～0.77％。
22.根据本发明的一些实施方式，所述高铜钢中mn的质量分数为0.30％～0.42％。
23.根据本发明的一些实施方式，所述高铜钢中p的质量分数为0％～0.012％。
24.根据本发明的一些实施方式，所述高铜钢中s的质量分数为0％～0.0025％。
25.根据本发明的一些实施方式，所述高铜钢中al的质量分数为0.035％～0.05％。
26.根据本发明的一些实施方式，所述高铜钢中al的质量分数为0.035％～0.044％
27.根据本发明的一些实施方式，所述高铜钢中n的质量分数为0％～0.0052％。
28.根据本发明的一些实施方式，所述高铜钢中ca的质量分数为0.0018％～0.0025％。
29.本发明第二方面提供了上述高铜钢的制备方法，包括以下步骤：
30.将铁水依次进行冶炼、lf精炼和连铸；
31.所述lf精炼过程中加入锰源、硅铁、铜源和铝源。
32.根据本发明的一些实施方式，所述冶炼包括bof或eaf中的一种。
33.根据本发明的一些实施方式，所述冶炼过程中加入废钢和铜。
34.根据本发明的一些实施方式，所述铁水与所述铜的质量比为50～60：1。
35.根据本发明的一些实施方式，所述铜与所述废钢的质量比为1:10～15。
36.根据本发明的一些实施方式，所述bof出钢过程的温度在1560℃以上。
37.根据本发明的一些实施方式，所述bof出钢过程的温度在1560℃～1590℃。
38.根据本发明的一些实施方式，所述bof出钢过程中加入石灰。
39.根据本发明的一些实施方式，所述石灰和所述铁水的质量比为20kg～40kg:9t。
40.根据本发明的一些实施方式，所述bof出钢的钢水cu的质量分数在1.5％以上。
41.根据本发明的一些实施方式，所述bof过程中采用降罩处理。
42.根据本发明的一些实施方式，所述bof过程中保持微正压，压力范围为10pa～200pa。
43.保持微正压，减少与空气接触。
44.根据本发明的一些实施方式，所述bof过程中底吹氩。
45.底吹氩，防止增氮。
46.根据本发明的一些实施方式，所述bof出钢过程中不加脱氧合金。
47.根据本发明的一些实施方式，所述lf精炼过程中采用微正压，压力范围10pa～
200pa。
48.根据本发明的一些实施方式，所述lf精炼过程中喂钙线进行钙处理。
49.根据本发明的一些实施方式，所述钙处理前2min～4min不加合金。
50.根据本发明的一些实施方式，所述钙处理的氩气流量为200l/min～600l/min。
51.根据本发明的一些实施方式，所述钙处理后软吹6min～10min。
52.根据本发明的一些实施方式，所述lf精炼的出钢温度为1580℃～1600℃。
53.根据本发明的一些实施方式，所述lf精炼过程中加入石灰和预熔渣。
54.根据本发明的一些实施方式，所述lf精炼过程中加入的石灰与铁水的质量比为7kg～11kg:1t。
55.根据本发明的一些实施方式，所述lf精炼过程中加入的预熔渣与铁水的质量比为2kg～3kg:1t。
56.根据本发明的一些实施方式，所述预熔渣包括以下重量分数的成分：
57.cao 45％～55％、al2o
3 34％～46％、sio2≤5.0％、mgo≤6.0％、s
58.≤0.15％、p≤0.05％、fe2o3≤1.5％和水分≤0.5％。
59.根据本发明的一些实施方式，所述连铸中间包的过热度为20℃～40℃。
60.根据本发明的一些实施方式，所述连铸过程中使用钢覆盖剂。
61.根据本发明的一些实施方式，所述连铸过程中二冷比水量≥2600l/min。
62.根据本发明的一些实施方式，所述连铸过程中拉速在1.4m/min以下。
63.本发明第三方面提供了上述制备方法制得的连铸坯。
64.本发明第四方面提供了上述高铜钢在制备锅具中的应用。
附图说明
65.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
66.图1为本发明实施例1中高铜钢的板坯图。
67.图2为本发明实施例1中高铜钢的板坯表面形貌图。
具体实施方式
68.以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
69.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
70.实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
71.本发明实施方式中预熔渣的成分见表1。
72.表1本发明实施方式中预熔渣的成分
[0073][0074]
实施例1
[0075]
本实施例为一种高铜钢，由以下重量分数的元素组成：
[0076]
c：0.04％，si：0.65％，mn：0.30％，p：0.012％，s：0.0025％，al：0.0438％，n：0.0045％，cu：1.8％，ca：0.0022％，余量为fe和不可避免的杂质。
[0077]
本实施例中高铜钢的制备方法，由以下步骤组成：
[0078]
s1、bof：
[0079]
将185t铁水、45t废钢进而3.5t铜板装入210tbof转炉中，经过bof转炉吹炼，出钢温度1590℃。
[0080]
转炉冶炼过程中采用降罩操作，炉口压力要保证微正压，压力在20pa～50pa之间波动，采用全程底吹氩模式；
[0081]
出钢过程加入石灰600kg。氩站钢水中cu质量含量为1.61％。
[0082]
s2、lf精炼：
[0083]
将步骤s1处理后的钢水采用lf精炼处理，lf精炼处理采用20pa～50pa的微正压，分批加入石灰共计1600kg、成分要求如下表所示的预熔渣400kg，造渣脱硫。
[0084]
根据目标要求调整成分，加完最后一批铜板5min后喂入钙线350m，喂钙线时氩气流量400l/min，喂完钙线后软吹时间8min，出站温度1590℃。
[0085]
s3、连铸：
[0086]
将lf精炼处理后的钢水连铸，控制中间包过热度28℃～33℃，使用超纯净钢覆盖剂，二冷比水量为3200l/min，拉速1.2m/min，不投入动态轻压下，连铸坯缓冷，制得高铜钢连铸坯。
[0087]
本实施例中制得的无镍高铜连铸坯各方面质量优良。
[0088]
本实施例通过常规的炼钢-精炼-板坯连铸工艺，生产表面质量优良的高铜钢连铸坯，为相应的后工序产品提供保障。高铜钢连铸板坯边部见图1，整体见图2；从图1～2中得知板坯无裂纹凹坑等缺陷。
[0089]
实施例1中制得的高铜钢中心偏析和中心疏松的评级都只有1.0级(评级标准为yb/t4003-2016)，没有其他缺陷。
[0090]
本实施例所得高铜钢钢连铸坯各方面质量优良，热轧、冷轧卷表面无缺陷。
[0091]
实施例2
[0092]
本实施例为一种高铜钢，由以下重量分数的元素组成：
[0093]
c：0.038％，si：0.71％，mn：0.33％，p：0.012％，s：0.0021％，al：0.041％，n：0.0049％，cu：2.9％，ca：0.0018％，余量为fe和不可避免的杂质。
[0094]
本实施例中高铜钢的制备方法，由以下步骤组成：
[0095]
s1、bof：
[0096]
将185t铁水、42t废钢进而3.5t铜板装入210tbof转炉中，经过bof转炉吹炼，出钢温度1594℃。
[0097]
转炉冶炼过程中采用降罩操作，炉口压力要保证微正压，压力在20pa～50pa之间波动，采用全程底吹氩模式；
[0098]
出钢过程加入石灰600kg。氩站钢水中cu质量含量为1.60％。
[0099]
s2、lf精炼：
[0100]
将步骤s1处理后的钢水采用lf精炼处理，lf精炼处理采用40pa～80pa的微正压，分批加入石灰共计1400kg、成分要求如下表所示的预熔渣500kg，造渣脱硫。
[0101]
根据目标要求调整成分，加完最后一批硅铁合金5min后喂入钙线350m，喂钙线时氩气流量400l/min，喂完钙线后软吹时间8min，出站温度1585℃。
[0102]
s3、连铸：
[0103]
将lf精炼处理后的钢水连铸，控制中间包过热度24℃～27℃，使用超纯净钢覆盖剂，二冷比水量为3200l/min，拉速1.1m/min，不投入动态轻压下，连铸坯缓冷，制得高铜钢连铸坯。
[0104]
本实施例中制得的高铜钢连铸坯各方面质量优良，热轧、冷轧卷表面无缺陷。
[0105]
实施例2中制得的高铜钢中心偏析和中心疏松的评级都只有1.0级，评级标准为yb/t4003-2016，没有其他缺陷。
[0106]
实施例3
[0107]
本实施例为一种高铜钢，由以下重量分数的元素组成：
[0108]
c：0.052％，si：0.77％，mn：0.41％，p：0.011％，s：0.0018％，al：0.0355％，n：0.0052％，cu：4.15％，ca：0.0025％，余量为fe和不可避免的杂质。
[0109]
本实施例中高铜钢的制备方法，由以下步骤组成：
[0110]
s1、bof：
[0111]
将179t铁水、48t废钢进而3.5t铜板装入210tbof转炉中，经过bof转炉吹炼，出钢温度1560℃。
[0112]
转炉冶炼过程中采用降罩操作，炉口压力要保证微正压，压力在20pa～50pa之间波动，采用全程底吹氩模式；
[0113]
出钢过程加入石灰600kg。氩站钢水中cu质量含量为1.64％。
[0114]
s2、lf精炼：
[0115]
将步骤s1处理后的钢水采用lf精炼处理，lf精炼处理采用50pa～90pa的微正压，分批加入石灰共计1800kg、预熔渣350kg，造渣脱硫。
[0116]
加完最后一批硅铁合金5min后喂入钙线350m，喂钙线时氩气流量400l/min，喂完钙线后软吹时间10min，出站温度1590℃。
[0117]
s3、连铸：
[0118]
将lf精炼处理后的钢水连铸，控制中间包过热度27℃～31℃，使用超纯净钢覆盖剂，二冷比水量为3200l/min，拉速1.2m/min，不投入动态轻压下，连铸坯缓冷，制得高铜钢连铸坯。
[0119]
实施例3中制得的高铜钢中心偏析和中心疏松的评级都只有0.5级，评级标准为yb/t4003-2016，没有其他缺陷。
[0120]
本实施例所得高铜钢连铸坯各方面质量优良，热轧、冷轧卷表面无缺陷。
[0121]
综上所述，本发明公开了一种高铜钢及其制备方法，保有了含cu钢的抗菌性，去除
了ni元素的有害性和高成本影响，控制了含铜钢“铜脆”缺陷，得到了表面质量优良的连铸坯。
[0122]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高铜钢，其特征在于，由以下重量百分数的元素组成：c：0.02％～0.08％，si：0.45％～0.85％，mn：0.25％～0.50％，p：≤0.018％，s：≤0.006％，al：0.01％～0.08％，n：≤0.006％，cu：1.5％～4.5％，ca：0.001％～0.003％，余量为fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高铜钢，其特征在于，所述高铜钢中cu的质量分数为1.8％～4.5％。3.根据权利要求1所述的高铜钢，其特征在于，所述高铜钢中cu的质量分数为1.8％～4.2％。4.一种制备如权利要求1至3任一项所述的高铜钢的方法，其特征在于，包括以下步骤：将铁水依次进行冶炼、lf精炼和连铸；所述lf精炼过程中加入锰源、硅铁、铜源和铝源。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述冶炼出钢过程的温度在1560℃以上。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述lf精炼的出钢温度为1580℃～1600℃。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述连铸中间包的过热度为20℃～40℃。8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述连铸过程中拉速在1.4m/min以下。9.一种高铜钢连铸坯，其特征在于，由上述权利要求4至8制备方法制备得到。10.一种如权利要求1至3任一项所述的高铜钢在制备锅具中的应用。

技术总结
本发明公开了一种高铜钢及其连铸坯的制备方法与应用，涉及钢铁技术领域，该高铜钢由以下重量百分数的元素组成：C：0.02％～0.08％，Si：0.45％～0.85％，Mn：0.25％～0.50％，P：≤0.018％，S：≤0.006％，Al：0.01％～0.08％，N：≤0.006％，Cu：1.5％～4.5％，Ca：0.001％～0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明钢中的Cu含量远高于常规含铜钢，同时钢中不添加Ni元素或其他贵重合金元素，成本优势显著，满足食品用钢要求，最终产品具有95％以上的抗菌性和良好的不沾性。使用常规的电炉/转炉-LF精炼-连铸工艺，控制关键工艺点，得到质量优良的连铸坯。得到质量优良的连铸坯。得到质量优良的连铸坯。


技术研发人员：隋亚飞 汪净 梁亮 罗钢 田飞 赵如 刘彭 陈振文 梁文 刘文华 冉涛 段皓杰 李晓少 刘景佳 吴剑胜 刘红军 徐刚军 谢建府 沈维华 谢世正
受保护的技术使用者：湖南华菱涟源钢铁有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/4