本發(fā)明屬于鑄造領(lǐng)域，特別涉及一種nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼的真空熔煉方法。

背景技術(shù)：

隨著資源、能源和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，提高汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能減排逐漸成為汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的焦點(diǎn)性問(wèn)題。近些年來(lái)，世界各國(guó)汽車(chē)及鋼鐵企業(yè)投入了大量資金，紛紛研制開(kāi)發(fā)汽車(chē)用新型高強(qiáng)度鋼或超高強(qiáng)度鋼板，其中包括馬氏體鋼、cp鋼、dp鋼、trip鋼等，通過(guò)降低鋼板厚度來(lái)降低汽車(chē)重量。此外，自2009年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外也在大力開(kāi)發(fā)中錳鋼為代表的第三代汽車(chē)用鋼，其強(qiáng)塑積可達(dá)30gpa·%。這些鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，具有一定的減重潛力。

鋼中鈮、釩、鈦的微合金化技術(shù)起源于20世紀(jì)60年代,因加入微量鈮、釩、鈦后可以顯著改善鋼的性能,并具有巨大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),目前在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)冶金工作者40多年的生產(chǎn)研究,微合金化技術(shù)在合金設(shè)計(jì)原理、生產(chǎn)工藝、具體應(yīng)用領(lǐng)域等方面,得到了巨大的發(fā)展和完善,大大推動(dòng)了鋼鐵工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,可以說(shuō),微合金化技術(shù)是20世紀(jì)鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域最突出的物理冶金成就之一。目前在冷軋和熱軋薄板、if鋼、棒、線材、鋼筋以及中厚板生產(chǎn)中均成功運(yùn)用了微合金化技術(shù),與控軋工藝相結(jié)合,使鋼材的綜合性能得到了顯著改善,無(wú)論是強(qiáng)度、韌性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度,還是鋼的工藝成型性、焊接性能、耐腐蝕性能以及抗致裂性等都有顯著的改善,鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到了1000mpa以上,fatt達(dá)到了-100℃,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于油氣管線、車(chē)輛、建筑結(jié)構(gòu)、采油平臺(tái)、壓力容器、船舶殼體等眾多領(lǐng)域。

目前nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼熔煉工藝主要還是一些傳統(tǒng)冶煉工藝，其制備步驟如下：根據(jù)鋼中個(gè)元素的比例，按照質(zhì)量百分比，計(jì)算好各成分的重量，由于考慮到錳、鈦等易揮發(fā)性元素以及鋁等易燒損元素，所以需把目標(biāo)成分中元素含量適當(dāng)提高，準(zhǔn)備好純鐵、電解錳、鋁塊、鈮鐵、釩鐵、純鈦以及石墨碳；將準(zhǔn)備好的純鐵、電解錳、鋁塊、鈮鐵、釩鐵、純鈦以及石墨碳一起放入坩堝中，隨后給電流，加熱，讓其緩慢升溫到1650℃，大概一個(gè)半小時(shí)之后，等鋼水液面平穩(wěn)開(kāi)始進(jìn)行澆注；

采用現(xiàn)有技術(shù)中的熔煉工藝得到的高錳高鋁鋼，其錳、鋁以及微合金元素的含量難以控制，且分布不均勻，強(qiáng)度，硬度偏低，塑性、韌性下降，最終影響材料的綜合力學(xué)性能，即強(qiáng)塑積減小，從而不符合鑄件對(duì)奧氏體高錳高鋁鋼的要求，阻礙鑄造流程，影響鑄造效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼的真空熔煉方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的其鋁含量易燒損而不好控制問(wèn)題，也克服了錳、鈦元素容易揮發(fā)的問(wèn)題，從而能夠精確控制熔煉過(guò)程中加入的錳、鋁、鈦的含量，保證熔煉出來(lái)的nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼中錳、鋁、鈦的含量符合要求，又能夠使得熔煉出來(lái)的鋼水中的合金元素分布均勻，保證了鋼水的質(zhì)量，進(jìn)而保證了鑄件的質(zhì)量，提高了鑄造效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的采用如下技術(shù)方案：

（1）根據(jù)高錳高鋁奧氏體鋼中各元素的比例，將純鐵、鈮鐵、釩鐵、石墨碳放入坩堝中，將坩堝放入真空爐中，然后將真空爐里面的壓強(qiáng)抽到20pa以下，打開(kāi)電源，以10~30kw的功率給爐子緩慢加熱，10~30min后將功率增大到50kw，此時(shí)，真空爐迅速升溫至1600~1700℃，1~2小時(shí)之后，坩堝里面的爐料全部熔化成鋼水，然后將功率降到10~30kw；

（2）0.5~1h之后，關(guān)閉電源，往真空爐里充入氬氣，直到真空爐中的壓強(qiáng)為0.08~0.12mpa時(shí)，停止充入氬氣，然后打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，以30kw的功率給電，將加料室里面的電解錳和石墨碳加入鋼水中，5~15min之后，再往里面加入鋁塊，最后加入純鈦，0.5~1h之后，鋼水液面平穩(wěn)時(shí)，去空，進(jìn)行澆注；

所述高錳高鋁鋼的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：c：0.8％~1.0％、mn：28％~30％、al：8.0％~10％、nb：0.02~0.10%、v：0.02~0.10%、ti：0.02~0.10%、p<0.003％、s<0.003％，余量為fe及不可避免雜質(zhì)。

本發(fā)明步驟（1）中所述坩堝為鎂砂（mgo）坩堝，電解錳的純度≥99.99%，鋁塊的純度≥99.7%，鈮鐵的純度≥51.55%，釩鐵的純度≥66.8%。

本發(fā)明的有益效果：

（1）能夠精確控制熔煉過(guò)程中加入的錳、鋁、鈦的含量，保證熔煉出來(lái)的nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼中錳、鋁、鈦的含量以及微量元素符合要求。

（2）能夠使得熔煉出來(lái)的鋼水中的合金元素分布均勻，保證了鋼水的質(zhì)量，進(jìn)而保證了鑄件的質(zhì)量，提高了鑄造效率。

（3）具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能（高強(qiáng)度、高塑性），本發(fā)明熱加工處理后具有強(qiáng)度與塑性的良好結(jié)合，具有很好的碰撞吸收性能。

（4）本發(fā)明所述的高鋁高塑性鋼符合第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼的要求，是目前汽車(chē)行業(yè)所需求的新型材料，制備的材料除了可以用于汽車(chē)制造業(yè)，還可以廣泛應(yīng)用于石油管道、鐵路交通、工程機(jī)械、航空母艦等行業(yè)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1中得到的高錳高鋁鋼鑄錠中fe、mn、al、c元素的面掃描圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。

實(shí)施例1

本發(fā)明實(shí)施例所述高錳高鋁鋼的真空熔煉方法，具體步驟如下：

（1）根據(jù)高錳高鋁奧氏體鋼中各元素的比例，按照質(zhì)量百分比：c：0.9％、mn：29％、al：9％、nb：0.04%、v：0.09%、ti：0.06%、p<0.003％、s<0.003％，余量為fe及不可避免雜質(zhì)，計(jì)算好各成分的重量，根據(jù)各合金元素與鐵元素的密度差異，最終計(jì)算得到21公斤的坩堝只能熔煉18公斤的合金鋼，最終計(jì)算得，鍋碳：9g(脫氧劑)、斗碳:156.5g、電解錳：5255g、鋁塊：1620g、鈮鐵：13.5g、釩鐵：28g、純鈦：11g、純鐵：10905g。

（2）將所述秤好的純鐵、鈮鐵、釩鐵、石墨碳（脫氧劑）一起放入坩堝中，電解錳、鋁塊、純鈦、石墨碳（成分碳）放在加料室里面，等待熔煉。

（3）抽真空，將真空爐里面的壓強(qiáng)抽到20pa以下（相對(duì)真空），打開(kāi)電源，以30kw的功率給爐子緩慢加熱，10分鐘之后，將功率增大到50kw，此時(shí)，真空爐迅速升溫，1小時(shí)之后，坩堝里面爐料全部熔化成鋼水，此時(shí)，將功率降到30kw。

（4）半小時(shí)之后，當(dāng)鋼水液面比較平穩(wěn)時(shí)，關(guān)掉電源，往里面充入氬氣，直到真空表的指針指到0.08mpa時(shí)，停止充入氬氣，此時(shí)，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，以30kw的功率給電，將加料室里面的電解錳和成分碳加入鋼水中，5分鐘之后，再往里面加入鋁塊，最后加入純鈦。

（5）半小時(shí)之后，等鋼水液面再次平穩(wěn)時(shí)，去空，最后進(jìn)行澆注，得到高錳高鋁鋼。

在本發(fā)明實(shí)施例1提供的新型熔煉工藝中，坩堝為鎂砂（mgo）坩堝，電解錳的純度為99.99%，鋁塊的純度為99.7%，鈮鐵的純度為51.55%，釩鐵的純度為66.8%。

在本發(fā)明實(shí)施例1提供的新型熔煉工藝中，爐子為真空感應(yīng)熔煉爐，其熔煉溫度為1650℃，最終得到的高錳高鋁鋼使用化學(xué)分析方法測(cè)得的化學(xué)成分如表1所示。

該真空熔煉方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中的其鋁含量易燒損而不好控制問(wèn)題，也克服了錳、鈦元素容易揮發(fā)的問(wèn)題，從而能夠精確控制熔煉過(guò)程中加入的錳、鋁、鈦的含量，保證熔煉出來(lái)的nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼中錳、鋁、鈦的含量符合要求，又能夠使得熔煉出來(lái)的鋼水中的合金元素分布均勻，保證了鋼水的質(zhì)量，進(jìn)而保證了鑄件的質(zhì)量，提高了鑄造效率。

實(shí)施例2

本發(fā)明實(shí)施例所述高錳高鋁鋼的真空熔煉方法，具體步驟如下：

（1）根據(jù)高錳高鋁奧氏體鋼中各元素的比例，按照質(zhì)量百分比：c：0.85％、mn：29.5％、al：9.5％、nb：0.06%、v：0.08%、ti：0.04%、p<0.003％、s<0.003％，余量為fe及不可避免雜質(zhì)，計(jì)算好各成分的重量，根據(jù)各合金元素與鐵元素的密度差異，最終計(jì)算得到21公斤的坩堝只能熔煉18公斤的合金鋼，最終計(jì)算得，鍋碳：9g(脫氧劑)、斗碳:147.8g、電解錳：5315g、鋁塊：1710g、鈮鐵：20.5g、釩鐵：25g、純鈦：16.5g、純鐵：10754g。

（2）將所述秤好的純鐵、鈮鐵、釩鐵、石墨碳（脫氧劑）一起放入坩堝中，電解錳、鋁塊、純鈦、石墨碳（成分碳）放在加料室里面，等待熔煉。

（3）抽真空，將真空爐里面的壓強(qiáng)抽到20pa以下（相對(duì)真空），打開(kāi)電源，以20kw的功率給爐子緩慢加熱，20分鐘之后，將功率增大到50kw，此時(shí)，真空爐迅速升溫，1.5小時(shí)之后，坩堝里面爐料全部熔化成鋼水，此時(shí)，將功率降到20kw；

（4）半小時(shí)之后，當(dāng)鋼水液面比較平穩(wěn)時(shí)，關(guān)掉電源，往里面充入氬氣，直到真空表的指針指到0.1mpa時(shí)，停止充入氬氣，此時(shí)，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，以20kw的功率給電，將加料室里面的電解錳和成分碳加入鋼水中，10分鐘之后，再往里面加入鋁塊，最后加入純鈦。

（5）40分鐘之后，等鋼水液面再次平穩(wěn)時(shí)，去空，最后進(jìn)行澆注，得到高錳高鋁鋼。

在本發(fā)明實(shí)施例1提供的新型熔煉工藝中，坩堝為鎂砂（mgo）坩堝，電解錳的純度為99.99%，鋁塊的純度為99.7%，鈮鐵的純度為51.55%，釩鐵的純度為66.8%。

在本發(fā)明實(shí)施例2提供的新型熔煉工藝中，爐子為真空感應(yīng)熔煉爐，其熔煉溫度為1620℃，最終得到的高錳高鋁鋼使用化學(xué)分析方法測(cè)得的化學(xué)成分如表1所示。

實(shí)施例3

本發(fā)明實(shí)施例所述高錳高鋁鋼的真空熔煉方法，具體步驟如下：

（1）根據(jù)高錳高鋁奧氏體鋼中各元素的比例，按照質(zhì)量百分比：c：0.82％、mn：28.5％、al：8.5％、nb：0.05%、v：0.05%、ti：0.02%、p<0.003％、s<0.003％，余量為fe及不可避免雜質(zhì)，計(jì)算好各成分的重量，根據(jù)各合金元素與鐵元素的密度差異，最終計(jì)算得到21公斤的坩堝只能熔煉18公斤的合金鋼，最終計(jì)算得，鍋碳：9g(脫氧劑)、斗碳:142.5g、電解錳：5165g、鋁塊：1530g、鈮鐵：16.5g、釩鐵：15.5g、純鈦：4g、純鐵：11115g。

（2）將所述秤好的純鐵、鈮鐵、釩鐵、石墨碳（脫氧劑）一起放入坩堝中，電解錳、鋁塊、純鈦、石墨碳（成分碳）放在加料室里面，等待熔煉。

（3）抽真空，將真空爐里面的壓強(qiáng)抽到20pa以下（相對(duì)真空），打開(kāi)電源，以10kw的功率給爐子緩慢加熱，30分鐘之后，將功率增大到50kw，此時(shí)，真空爐迅速升溫，2小時(shí)之后，坩堝里面爐料全部熔化成鋼水，此時(shí)，將功率降到20kw。

（4）20分鐘之后，當(dāng)鋼水液面比較平穩(wěn)時(shí)，關(guān)掉電源，往里面充入氬氣，直到真空表的指針指到0.12mpa時(shí)，停止充入氬氣，此時(shí)，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，以10kw的功率給電，將加料室里面的電解錳和成分碳加入鋼水中，15分鐘之后，再往里面加入鋁塊，最后加入純鈦。

（5）20分鐘之后，等鋼水液面再次平穩(wěn)時(shí)，去空，最后進(jìn)行澆注，得到高錳高鋁鋼。

在本發(fā)明實(shí)施例3提供的新型熔煉工藝中，坩堝為鎂砂（mgo）坩堝，電解錳的純度為99.99%，鋁塊的純度為99.7%，鈮鐵的純度為51.55%，釩鐵的純度為66.8%。

在本發(fā)明實(shí)施例3提供的新型熔煉工藝中，爐子為真空感應(yīng)熔煉爐，其熔煉溫度為1680℃，最終得到的高錳高鋁鋼使用化學(xué)分析方法測(cè)得的化學(xué)成分如表1所示。

表1為具體實(shí)施例的化學(xué)成分(wt.%)

表1體實(shí)施例1~3的最終化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，由表1我們可以看到mn、al、c以及nb、v、ti微合金元素都在我們所要求的含量范圍之內(nèi)，即能夠精確控制熔煉過(guò)程中加入的錳、鋁、鈦的含量，從而保證熔煉出來(lái)的nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼中錳、鋁、鈦的含量符合要求，最終對(duì)其組織進(jìn)行了面掃描分析，如圖1所示，由圖可以發(fā)現(xiàn)鑄件中的主要合金元素鐵、錳、鋁、碳分布很均勻，從而保證了鑄件的質(zhì)量，提高了鑄造效率。

表2為本發(fā)明實(shí)施例的力學(xué)性能

表2實(shí)施例1~3的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，由表2可以看出，每個(gè)實(shí)施例的抗拉強(qiáng)度都在1000mpa以上（保證了高強(qiáng)度），斷后延伸率都在45%以上（保證了高塑性），最終強(qiáng)塑積達(dá)到48.6gpa·%，遠(yuǎn)超過(guò)第三代汽車(chē)用鋼的強(qiáng)塑積（30gpa·%），即具備了強(qiáng)度與塑性的良好結(jié)合，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種改變，這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見(jiàn)的變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。