專利名稱：一種低合金高強(qiáng)度鋼的超純凈熔煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空感應(yīng)熔煉領(lǐng)域，具體為一種低合金高強(qiáng)度鋼的超純凈熔煉工藝方法。
背景技術(shù)：
低合金高強(qiáng)度鋼的含碳量通常小于0. 25wt%，比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼有較高的屈服點 os或屈服強(qiáng)度σ Q 2 Q90 780MPa)和屈強(qiáng)比σ s/ο b(0. 65 0. 95)，較好的冷熱加工成型性，良好的焊接性，較低的冷脆傾向、缺口和時效敏感性，以及有較好的抗大氣、海水等腐蝕能力。鋼中加入較高含量的Si、Mn、Ni、Cr等某一合金元素以改善某一方面的使用性能，但獲得高強(qiáng)度的主要手段仍然依賴于較高的含碳量。隨著鋼結(jié)構(gòu)由鉚接向焊接發(fā)展，為了提高鋼的抗脆斷性能，逐步向降低鋼中含碳量和復(fù)合合金化的方向變化。
通常采用真空感應(yīng)熔煉工藝制備的低合金高強(qiáng)度鋼所使用的是MgO或MgO-Al2O3 為耐火材料的坩堝，無法實現(xiàn)精煉期高溫脫氧、脫硫，熔煉末期即使有加入一定的強(qiáng)脫氧、 脫硫劑。一般制備低合金高強(qiáng)度鋼的氧含量在30ppm以上、硫含量60ppm以上、氮含量SOppm 以上，無法達(dá)到超純凈。因此，低合金高強(qiáng)度鋼的低溫沖擊功較小，韌脆轉(zhuǎn)變溫度較高，同時影響低合金高強(qiáng)度鋼的熱加工性能，使低合金高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用環(huán)境及應(yīng)用領(lǐng)域受到很大限制。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種低合金高強(qiáng)度鋼的超純凈熔煉方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的無法達(dá)到超純凈等問題，采用該方法可獲得氧含量低于lOppm、硫含量小于30ppm和氮含量小于30ppm的超純凈低合金高強(qiáng)度鋼，降低鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，提高鋼的加工性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種低合金高強(qiáng)度鋼的超純凈熔煉方法，應(yīng)用高純度(CaO彡98. 5wt% )、熱力學(xué)穩(wěn)定性好的CaO耐火材料成型坩堝，采用真空感應(yīng)熔煉的方法，獲得氧含量低于lOppm、硫含量小于30ppm和氮含量小于30ppm的超純凈低合金高強(qiáng)度鋼；具體熔煉工藝為裝料一熔化期一精煉期一冷凝一脫氧、脫硫期一澆注；
裝料后，在熔化期通過合金原料中的碳前期脫氧。
精煉期利用坩堝自身的優(yōu)勢，通過提高精煉溫度，在1700°C 1750°C進(jìn)行精煉， 保溫10-20分鐘，較傳統(tǒng)的坩堝高出50°C 100°C，強(qiáng)化了脫氧、硫的熱力學(xué)和動力學(xué)條件， 使鋼通過自身存在的少量碳脫氧，通過坩堝壁和鋼液表面接觸脫硫。
冷凝將低合金高強(qiáng)度鋼降溫至熔點，通過鋼中氧、氮溶解度隨著溫度降低而減小的原理，冷凝過程中實現(xiàn)氧化物的上浮，進(jìn)一步脫氧、脫氮。
脫氧、脫硫期，在氬氣保護(hù)性氣氛下，通過加入強(qiáng)脫氧、脫硫劑，對低合金高強(qiáng)度鋼進(jìn)行終脫氧脫硫，進(jìn)一步降低合金中的氧、硫含量；其中，脫氧、脫硫劑為Si-Ca中間合金。
在脫氧、脫硫期之后，進(jìn)行澆注。
本發(fā)明提供的真空感應(yīng)熔煉工藝方法中，工藝過程的機(jī)理如下
(1)合金熔化期在真空下熔煉主元素，通過此階段良好的碳-氧反應(yīng)，達(dá)到合金一定的脫氧、脫氮目的。
(2)合金精煉期采用高溫、高真空的精煉制度，利用感應(yīng)熔煉良好的攪拌，增大鋼液中氧、硫的擴(kuò)散速度，強(qiáng)化脫氧、脫硫的熱力學(xué)和動力學(xué)，通過坩堝壁和鋼液表面脫氧、 脫硫。
(3)合金冷凝期隨合金液溫度的降低，合金中氧、氮的溶解度降低，實現(xiàn)一定的脫氧、脫氮效果。
(4)脫氧、脫硫期在氬氣保護(hù)性氣氛下，向鋼液中加入強(qiáng)脫氧、脫硫劑，進(jìn)一步實現(xiàn)合金的強(qiáng)化脫氧、脫硫。
本發(fā)明中，低合金高強(qiáng)度鋼的化學(xué)成分(wt % )如下
C 0. 1-0. 3 ；Si 0. 1-0. 5 ；Mn 1. 0-1. 5 ；P 彡 0. 020 ；S 彡 0. 0030 ；Cr 0.2-0.4; Ni 彡 0. 06 ；0 彡 0. 0010 ；N 彡 0. 0030。
本發(fā)明的優(yōu)點
1、本發(fā)明應(yīng)用高純度(CaO ^ 98. 5wt% )、熱力學(xué)穩(wěn)定性好的CaO坩堝作為真空感應(yīng)熔煉的坩堝材料，保證了超純凈化熔煉工藝得以實現(xiàn)。
2、本發(fā)明通過熔化期、精煉期和脫氧、脫硫期相結(jié)合的方法，有效降低了合金中的氧、硫和氮含量，確保合金的超純凈。
3、本發(fā)明的出現(xiàn)，有效的提高低合金高強(qiáng)度鋼的純度，進(jìn)而降低低合金高強(qiáng)度鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，提高鋼的使用性能。
4、本發(fā)明可有效改善低合金高強(qiáng)度鋼的低溫沖擊韌性，進(jìn)一步降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，使低合金高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用領(lǐng)域拓展，提高合金的熱加工性能，獲得高質(zhì)量低合金高強(qiáng)度鋼。
具體實施方式
實施例1
采用高純度、熱力學(xué)穩(wěn)定CaO的坩堝，進(jìn)行低合金高強(qiáng)度鋼的熔煉，熔煉工藝包括裝料一熔化期一精煉期一冷凝一脫氧、脫硫期一澆注；其中，裝料、熔化期、澆注采用常規(guī)技術(shù)。具體過程為
(1)熔煉的坩堝50kgCa0成型坩堝，CaO純度彡98. 5wt% ；
(2)合金原料按照成分的要求，工業(yè)純狗、多晶硅、金屬錳和金屬鉻等鋼的組成元素以及脫氧、脫硫劑。
此步驟中，脫氧、脫硫劑為Si-Ca中間合金Si :25wt%, Ca 75wt%。
(3)合金裝爐將主原料Fe、Cr、Si裝入坩堝，Mn及脫氧、脫硫劑裝入合金加料斗不同格中；
(4)合金熔化合爐抽真空至小于11 開始送電，先在40KW保溫5分鐘，后60KW至化清；
(5)合金精煉合金化清后，在45KW下5分鐘升溫至1710°C，20KW保溫20分鐘精煉；
(6)合金冷凝精煉完停電冷凝至合金熔點以下(鋼液表面凝固，翻動坩堝無鋼液流動)；
(7)合金終脫氧、脫硫關(guān)閉真空閥門，通入氬氣保護(hù)，將冷凝的鋼液送電50KW至化清，降功率至20KW加脫氧、脫硫劑，40KW攪拌1分鐘，繼續(xù)20KW保溫，同時抽真空(真空度小于IPa) 10分鐘，以去處多余的脫氧、脫硫劑(鋼液表面氧化膜完全沖開，達(dá)到無膜狀態(tài))。
此步驟中，脫氧、脫硫劑為Si-Ca中間合金Si :25wt%, Ca :75wt%。
(8)合金澆注停電降溫，待鋼液停止流動時送電50KW，調(diào)整溫度澆注。
本實施例熔煉的低合金高強(qiáng)度鋼的成分見下表
表1真空感應(yīng)熔煉低合金高強(qiáng)度鋼的化學(xué)成分(wt % )
權(quán)利要求
1.一種低合金高強(qiáng)度鋼的超純凈熔煉方法，其特征在于，應(yīng)用CaO耐火材料成型坩堝， 采用真空感應(yīng)熔煉的方法，獲得氧含量低于lOppm、硫含量小于30ppm和氮含量小于30ppm 的超純凈低合金高強(qiáng)度鋼。
2.按照權(quán)利要求1所述的低合金高強(qiáng)度鋼的超純凈熔煉方法，其特征在于，真空感應(yīng)熔煉包括裝料一熔化期一精煉期一冷凝一脫氧、脫硫期一澆注。
3.按照權(quán)利要求2所述的低合金高強(qiáng)度鋼的超純凈熔煉方法，其特征在于，合金的精煉期利用坩堝自身的優(yōu)勢，有效提高精煉溫度，在1700°C 1750°C進(jìn)行精煉，保溫10-20 分鐘，使鋼通過自身存在的少量碳脫氧，通過坩堝壁和鋼液表面接觸脫硫。
4.按照權(quán)利要求2所述的低合金高強(qiáng)度鋼的超純凈熔煉方法，其特征在于，低合金高強(qiáng)度鋼的冷凝將低合金高強(qiáng)度鋼降溫至熔點，通過鋼中氧、氮溶解度隨著溫度降低而減小的原理，冷凝過程中實現(xiàn)氧化物的上浮，進(jìn)一步脫氧、脫氮。
5.按照權(quán)利要求2所述的低合金高強(qiáng)度鋼的超純凈熔煉方法，其特征在于，低合金高強(qiáng)度鋼的脫氧、脫硫期，通過加入強(qiáng)脫氧、脫硫劑，對低合金高強(qiáng)度鋼進(jìn)行終脫氧脫硫，進(jìn)一步降低合金中的氧、硫含量。
6.按照權(quán)利要求5所述的低合金高強(qiáng)度鋼的超純凈熔煉方法，其特征在于，脫氧、脫硫劑為Si-Ca中間合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及真空感應(yīng)熔煉領(lǐng)域，具體為一種低合金高強(qiáng)度鋼的超純凈熔煉工藝方法。應(yīng)用CaO耐火材料成型坩堝，采用真空感應(yīng)熔煉的方法，獲得超純凈低合金高強(qiáng)度鋼。在熔化期通過合金原料中的碳前期脫氧、脫氮；精煉期通過提高精煉溫度，強(qiáng)化脫氧、硫的熱力學(xué)和動力學(xué)條件，在坩堝壁部和鋼液表面進(jìn)行有效脫氧、脫硫；在脫氧、脫硫期內(nèi)加入強(qiáng)脫氧、脫硫劑，對合金進(jìn)行終脫氧、脫硫，進(jìn)一步降低合金中的氧和硫含量，使之氧含量控制在10ppm以下、硫含量控制在30ppm以下、氮含量控制在30ppm以下。本發(fā)明可有效改善低合金高強(qiáng)度鋼的低溫沖擊韌性，進(jìn)一步降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，使低合金高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用領(lǐng)域拓展，提高合金的熱加工性能，獲得高質(zhì)量低合金高強(qiáng)度鋼。
文檔編號C22C33/04GK102534122SQ20101057983
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者劉奎, 張龍, 馬穎澈, 高明 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所