超纯高强高韧钢的制造方法技术

本发明专利技术属于炼钢技术领域。主要涉及超纯高强高韧钢的制造方法。其特征是首先以工业纯铁为原料，并配入一定的Ｃ和Ｎｉ－Ｍｇ合金，提炼中碳纯铁；以中碳纯铁为原料，继续配入适量Ｃ和Ｎｉ－Ｍｇ合金，在真空感应炉中冶炼成自耗重熔电极；又以重熔电极为原料，在真空电弧自耗炉中进行精炼，并制成钢锭；钢锭经均质化处理后进行锻造热加工。采用本发明专利技术所制取的超纯高强度韧钢，不仅有足够高的强度，而且有良好的韧性。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于炼钢
主要适用于超纯高强高韧的制造。随着科学技术的发展，一些物体(如发射的火箭、卫星等)处于超高速下运行，一旦发生碰撞，物体则被推毁。而一些科学试验等，要求高速运行的物体在发生碰撞时，不破碎，不变形。这就要求制作这类物体的材料，不仅具有高的强度，而且还要具有良好的韧性。通常是采用高强高韧钢。在现有技术中，高强高韧钢一般采用下列三种方法冶炼(美国标准ASTM A605-72)(1)、真空感应炉＋电渣重熔；(2)、电弧炉＋真空电弧重熔；(3)、非真空感应炉＋真空电弧重熔。冶炼后，钢锭在高温下进行均质化处理，随着进行锻、轧加工成材。冶炼时，采用一般工业纯铁为原料，以Al、Mn、Ti、Si和RE为脱氧元素。因此，对这些脱氧元素的控制范围较宽，再加上一般工业纯铁的夹质含量高，特别是P、S含量都较高，C含量也较宽，使最终冶炼时C含量不易控制，难于保证最终产品既能获得足够高的强度，又有良好的韧性。满足不了使用要求。本专利技术的目的在于提供一种能确保高强度和高韧性良好匹配的。针对上述目的，本专利技术采用了如下技术方案真空感应炉提炼中碳纯铁—真空感应炉合金化冶炼—真空电弧自耗炉重熔—均质化处理—锻造加工。现分述如下(1)、真空感应炉提炼中碳纯铁选用S≤0.003％、P≤0.003％、Si≤0.10％、Al≤0.05％、Ti≤0.05％的工业纯铁为原料，并配入0.25～0.55％C和0.01～0.08％的Ni-Mg合金提炼中碳纯铁；碳以碳电极形式加入，Ni-Mg合金需在炉料全部熔化后加入，出钢温度控制在1560～1580℃。(2)、真空感应炉中进行合金化冶炼以中碳纯铁为原料，并配入0.15～0.45％C和0.005～0.06％Ni-Mg合金以及按成分设计需加入的合金元素进行合金化冶炼。出钢温度控制在1560～1580℃；出钢后，钢液浇铸成自耗重熔电极；(3)、真空电弧自耗炉中进行重熔以真空感应炉钢水浇铸的自耗重熔电极为原料进行重熔，其重熔参数为电流为5000～10000A，重熔速度为100～350Kg/h；(4)、钢锭均质化处理真空自耗重熔后的钢锭在热加工前需进行均质化处理，处理参数温度为1120～1260℃，时间为8～18小时。(5)、采用锻造方式进行热加工成材锻造加热温度为1140～1200℃，保温时间为1～5小时，锻造比大于9。由以上可知，本专利技术采用了S、P、Si、Mn、Al、Ti含量都比较低的工业纯铁作为原料，为获取高纯洁度钢提供了物资基础，而高纯洁度是获得高韧性的基本条件。由于本专利技术对Al、Si、Mn、Ti等通常的脱氧元素都严格控制在微量范围，因而这些元素起不到脱氧作用，故采用碳和镁进行脱氧。所以对本专利技术来说，碳不仅要控制钢中固溶碳，而且还要用碳脱氧，即具有烧碳-保碳双重作用。提炼中碳纯铁时加入的碳，其主要作用一是用于脱氧，二是保证纯铁中仍保留一定的碳量；合金化时加入的碳和Ni-Mg合金，一方面是使钢中仍留有足够的固溶碳，以便保证较高的强度，另一方面是一部分碳用于继续脱氧，进一步提高钢的纯洁度。加入Ni-Mg，也是为了更好地脱氧。均质化处理主要是为了使钢中的成分，特别是合金元素，通过高温扩散，使之更为均匀。采用本专利技术所述的方法所生产的超纯高强高韧钢可获得高的纯结度，既可达到较高的强度，又有良好的韧性。纯洁度可达到如下指标Mn≤0.05％.Si≤0.10％、S≤0.003％、P≤0.003％、Al≤0.015％、Ti≤0.015％、N≤PPm O≤10PPm。如20CNi9Co9MO1Cr2Nb高强高韧钢可达到如下力学性能σb≥1715MPa，σ0.2≥1520MPa，σ0.2/σb≤0.92，K1c≥124MPa.m1/2，δ5≥10％，≥45％。与现有技术相比，本专利技术的主要优点在于可获得高纯洁度的超纯高强高韧钢，不仅具有足够高的强度，而且具有优异的韧性。实施例采用本专利技术所述的方法生产了3炉超纯高强高韧钢20CNi9Co9MolCr2Nb。首先以工业纯铁为原料在真空感应炉中提炼中碳纯铁，以废石墨电极形式配入所需的含碳量，并加入Ni-Mg合金。所用工业纯铁的化学成分和加入的碳和Ni-Mg合金含量如表1所示。接着以中碳纯铁为原料在真空感应炉中进行合金化冶炼，所需的Cr、Ni、Mo、Co、Nb等合金元素以金属铬、金属镍、金属钼、金属钴和金属铌等的形式加入，并二次配入碳量，所加入的碳和Ni-Mg合金含量、精炼时间和出钢温度如表2所示。出钢后，钢液浇铸成自耗电极。以自耗电极为原料在真空电弧自耗炉中进行重熔。重熔参数如表3所示。重熔钢锭先置于热处理炉中进行均质化热处理，为合金元素扩散提供条件，使成分更均匀经均质化热处理后，钢锭在快锻机上进行锻造加工。均质化热处理及锻造工艺参数如表4所示。自耗重熔后，对钢锭取样，做化学成分分析。3炉钢的化学成分如表5所示。锻造加工后，对锻材取样，做力学性能检验，检验结果如表6所示由表6可看出，所生产的3炉超纯高强高韧钢不仅有足够高的强度，而且有相当优异的韧性。表1实施例提炼中碳纯铁所用工业纯铁的化学成分及加入的碳量和Ni-Mg合金量(重量％) 表2实施例合金化冶炼加入的碳量、Ni-Mg合金、精炼时间、出钢温度 表3实施例真空电弧自耗炉重熔工艺参数 表4实施例均质化热处理和锻造工艺参数 表6实施例所生产钢号的力学性能 表5实施例3炉钢的最终化学成分(重量％) O、N含量为PPm权利要求1.一种，其特征在于(1)、真空感应炉提炼中碳纯铁选用S≤0.003％、P≤0.003％、Si≤0.10％、Al≤0.05％、Ti≤0.05％的工业纯铁为原料，并配入0.25～0.55％C和0.01～0.08％的Ni-Mg合金提炼中碳纯铁；(2)、真空感应炉中进行合金化冶炼以中碳纯铁为原料，并配入0.15～0.45％C和0.005～0.06％Ni-Mg合金以及按成分设计需加入的合金元素；出钢温度控制在1560～1580℃；出钢后，钢液浇铸成自耗重熔电极；(3)、真空电弧自耗炉中进行重熔以真空感应炉钢水浇铸的自耗重熔电极为原料进行重熔，其重熔参数为电流为5000～10000A，重熔速度为100～350Kg/h；(4)、钢锭均质化处理真空自耗重熔后的钢锭在热加工前需进行均质化处理，处理参数温度为1120～1260℃，时间为8～18小时；(5)、采用锻造方式进行热加工成材锻造加热温度为1140～1200℃，保温时间为1～5小时。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于Ni-Mg合金待炉料全部熔化后加入。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于锻造时锻造比大于9。全文摘要本专利技术属于炼钢
主要涉及。其特征是首先以工业纯铁为原料，并配入一定的C和Ni-Mg合金，提炼中碳纯铁；以中碳纯铁为原料，继续配入适量C和Ni-Mg合金，在真空感应炉中冶炼成自耗重熔电极；又以重熔电极为原料，在真空电弧自耗炉中进行精炼，并制成钢锭；钢锭经均质化处理后进行锻造热加工。采用本专利技术所制取的超纯高强高韧钢，不仅有足够高的强度，而且有良好的韧性。文档编号C22C33/04GK1141960SQ95117429公开日1997年2月5日 申请日期1995年11月6日 优先权日1995年11月6日专利技术者王黎云, 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超纯高强高韧钢的制造方法，其特征在于：（１）、真空感应炉提炼中碳纯铁≤０．０５％、和０．０１～合金提炼中碳纯铁；（２）、真空感应炉中进行合金化冶炼和０．００５～０．０６％合金以及按成分设计需加入的合金元素；出钢温度控制在１５６０～１５８０℃；出钢后，钢液浇铸成自耗重熔电极；（３）、真空电弧自耗炉中进行重熔以真空感应炉钢水浇铸的自耗重熔电极为原料进行重熔，其重熔参数为：电流为５０００～１００００Ａ，重熔速度为１００～３５０Ｋｇ／ｈ；（４）、钢锭均质化处理真空自耗重熔后的钢锭在热加工前需进行均质化处理，处理参数：温度为１１２０～１２６０℃，时间为８～１８小时；（５）、采用锻造方式进行热加工成材锻造加热温度为１１４０～１２００℃，保温时间为１～５小时。合金待炉料全部熔化后加入。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王黎云，张莱平，罗威豹，孙维礼，梅洪生，高银露，
申请(专利权)人：长城特殊钢公司，冶金工业部钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]