一种高韧性合金钢的精炼方法技术

本发明专利技术公开了一种高韧性合金钢的精炼方法，包括如下步骤：将低硫磷废钢作为炉料放入电弧炉内熔化，并加入Mo；炉料熔化80‑90%后，加入渣料；炉料全熔为钢水后在渣料上加入缓释脱氧剂；扒渣，新渣形成后向钢水中加入Cr、W和Mn，并加入沉淀脱氧剂；向渣料表面分批加入扩散脱氧剂，同时利用电弧炉底吹惰性气体搅拌，精炼1‑1.5h，精炼结束前5‑10min向钢水中加入V；向钢水中补加Si和Co，继续熔炼10‑15min；加入终脱氧剂脱氧后出钢浇注得自耗电极；将自耗电极装上重熔机进行重熔；重熔出锭后埋沙冷却，取出退火后即得。本发明专利技术合理控制反应条件，熔炼出的高韧性合金钢同时具有较高硬度和强度。

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性合金钢的精炼方法
本专利技术涉及钢铁冶炼领域，尤其是涉及一种高韧性合金钢的精炼方法。
技术介绍
进入21世纪后，高层建筑、深层地下和海洋设施、大跨度重载桥梁、轻型节能汽车、石油开采和长距离油气输送管线、军用舰艇、航空航天器、高速铁路设施、能源设施等国民经济的各个部门都需要性能高、使用寿命长且成本低的新型合金钢，合金钢的开发具有重要意义。现有技术中，合金钢一般使用熔炼的方法制备。例如，在中国专利文献上公开的“一种合金钢精铸件的熔炼方法”，其公告号CN107312965A，通过炉料准备、熔炉通电加温、翻拌、检测、造渣、合金料添加、集渣、检测出钢即可。但传统的合金钢组分及熔炼时的工艺，使合金钢具有高韧性和良好的疲劳强度时，硬度和强度一般就会较低，因此如何熔炼出同时具有高硬度、高强度的高韧性合金钢，还有待探索。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中的合金钢具有高韧性和良好的疲劳强度时，硬度和强度一般就会较低的问题，提供一种高韧性合金钢的精炼方法，使得精炼出的新型高韧性合金钢具有高速钢的高硬度和高强度的同时具有较高的韧性和抗疲劳强度。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高韧性合金钢的精炼方法，包括如下步骤：(1)将低硫磷废钢作为炉料放入电弧炉内熔化，并加入Mo；(2)炉料熔化80-90％后，加入渣料覆盖炉料；(3)炉料全熔为钢水后在渣料上加入缓释脱氧剂预脱氧；(4)扒渣，新渣形成后向钢水中加入Cr、W和Mn，并加入沉淀脱氧剂进行沉淀脱氧；(5)向渣料表面分批加入扩散脱氧剂，同时利用电弧炉底吹惰性气体搅拌，1500-1600℃下精炼1-1.5h，精炼结束前5-10min向钢水中加入V；(6)向钢水中补加Si和Co，继续熔炼10-15min；(7)加入终脱氧剂脱氧后出钢浇注，脱模后得到自耗电极；(8)将自耗电极装上重熔机，在重熔机的结晶器内加入重熔渣料，并将自耗电极的一端插入重熔渣料内，开启重熔机进行重熔；(9)重熔出锭后埋沙冷却，取出退火后即得高韧性合金钢，退火采用电炉退火，退火方法为：设750-850℃保温2-3小时，然后自然降到450-550℃点功炉门5公分，430-510℃门升10公分，350-450℃炉门升一半，250-350℃以下门升直、平车拉出一半，230-310℃以下全拉出。Mo难熔且不易氧化，因此直接在熔化期加入，可以保证熔化完全，成分均匀。如果在后期加入，Mo来不及完全熔化，可能造成在钢液中分布不均匀，造成冶炼时间增加。当炉料熔化80-90％后加入渣料开始造渣，渣料形成后在渣料上加入缓释脱氧剂进行预脱氧。现有技术中一般使用铝进行预脱氧，但通常铝需要加工成铝屑才能使用，这就导致在高温炉气和负压除尘条件下，铝屑燃烧损耗大；且铝屑加料时难以加入均匀，渣料顶部局部会有铝富集，导致回硅、回磷严重，影响合金钢的质量和性能。因此本专利技术中采用缓释脱氧剂，使缓释脱氧剂可以均匀添加到渣料上，且可以连续释放出铝对渣料进行脱氧，提高合金钢的性能，减少铝的损耗，降低生产成本。Cr如果在熔化期加入会被氧化，不仅造成合金元素的损失，而且使渣料变稠，影响去磷和冶炼操作，所以铬铁要在还原期加入，加入后如渣料变成绿色，说明渣料脱氧不良，必须加强还原，把渣料中的氧化铬还原。W与氧的亲和力较大，在熔化期加入，钨会氧化，以钨酸钙的形式存在于渣料中，造成钨的损失，使钨的成分控制的难度增加。由于W难熔化，如果在精炼后期加入，又会影响冶炼时间，同时在钢水中分布也不均匀，因此W也要在还原期加入。同样，Mn也需在还原期加入。块状的沉淀脱氧剂直接沉入钢水中，可以和钢水中的氧结合成稳定的氧化物，并与钢水分离排入熔渣中，从而达到降低钢中含氧量的目的。因为要使脱氧产物有足够的时间上浮，所以需先加入沉淀脱氧剂。粉末状的扩散脱氧剂撒在渣料上，可以还原渣料中的FeO，降低渣料中FeO的含量，促使钢水中的氧向渣料中扩散，从而达到降低钢水氧含量的目的，分批加入扩散脱氧剂可以提高脱氧效果。加入扩散脱氧剂脱氧后再在钢水中加入V，V和氧的亲和力很大，很易氧化，且V加入使钢水极易吸收空气中的氮气，影响钢的质量，因此不能过早加入；但是V熔化需要一定时间，加入过晚又会影响冶炼时间，所以V应在精炼结束前5-10min加入。Si和Co易被氧化也易熔，故在出钢前加入即可。用电弧炉炼得的合金钢作为自耗电极再进行电渣重熔精炼，由于在重熔过程中，电极熔化、金属液滴形成、滴落过程中重熔机的金属熔池内的金属和重熔渣料之间要发生一系列的物理化学反应，从而可去除金属中的有害杂质元素和非金属夹杂物。钢钉由上而下逐渐凝固，金属熔池和渣池就不断向上移动，上升的渣池使结晶器内壁和钢钉之间形成一层渣壳，它不仅使钢锭表面平滑光洁，而且降低了径向导热，有利于自下而上的顺序结晶，改善了钢锭内部的结晶组织。重熔后选择适合的退火方法，对得到的合金钢的硬度及力学性能都有较大影响。因此采用本专利技术的方法精炼出的高韧性合金钢，脱氧脱硫效果好，很好有杂质、有害元素及非金属夹杂，高韧性合金钢的结晶组织均匀致密，整体性能佳，且节约原料，降低成本。作为优选，步骤(8)中的重熔渣料为质量分数为70-90％的萤石粉和10-30％的Al2O3粉。萤石能降低渣的熔点、黏度和表面张力，但CaF2的电导率较高，因此需加入Al2O3降低渣的电导率，减少电耗，提高生产率。作为优选，步骤(8)中重熔时的电流为330A-340A，电压为45V-50V，使自耗电极具有最佳的熔化速度。作为优选，步骤(9)中埋沙时间1-3d。作为优选，精炼得到的高韧性合金钢中，各组分的质量分数为：C0.68-0.73％，Si0.80-1.20％，Mn0.3-0.4％，Cr7.00-7.50％，V1.70-2.20％，Mo2.00-2.30％，W0.40-0.70％，Co≤0.30％，P≤0.03％，S≤0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质；或C0.78-0.85％，Si0.20-0.40％，Mn0.25-0.40％，Cr4.00-4.60％，V0.90-1.10％，Mo7.25-7.75％，W1.60-1.90％，Co≤0.50％，P≤0.025％，S≤0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。在合金钢中加入硅，能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，加入1-1.2％的硅，强度可提高15-20％；硅和钼、钨、铬等元素结合能提高材料的抗腐蚀性、抗氧化性和耐热性；在合金钢中加入锰，不但可以使合金钢有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能；在合金钢中加入钒，可细化组织晶粒，提高强度和韧性，钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力；在合金钢中加入钴，制得的合金钢可以作为电极材料。磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变差，降低塑性，使冷弯性能变坏，因此通常要求钢中含磷量小于0.045％，本专利技术中P控制在0.003％或0.025％以下。硫在通常情况下也是有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹，硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性，所以通常要求硫含量小于0.055％，本专利技术中S控制在0.025％或0.020％以下。具有上述合金比例的合金钢，具有较高韧性，且其化学成份接近高速钢的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高韧性合金钢的精炼方法，其特征是，包括如下步骤：（1）将低硫磷废钢作为炉料放入电弧炉内熔化，并加入Mo；（2）炉料熔化80‑90%后，加入渣料覆盖炉料；（3）炉料全熔为钢水后在渣料上加入缓释脱氧剂预脱氧；（4）扒渣，新渣形成后向钢水中加入Cr、W和Mn，并加入沉淀脱氧剂进行沉淀脱氧；（5）向渣料表面分批加入扩散脱氧剂，同时利用电弧炉底吹惰性气体搅拌，1500‑1600℃下精炼1‑1.5h，精炼结束前5‑10min向钢水中加入V；（6）向钢水中补加Si和Co，继续熔炼10‑15min；（7）加入终脱氧剂脱氧后出钢浇注，脱模后得到自耗电极；（8）将自耗电极装上重熔机，在重熔机的结晶器内加入重熔渣料，并将自耗电极的一端插入重熔渣料内，开启重熔机进行重熔；（9）重熔出锭后埋沙冷却，取出退火后即得高韧性合金钢，退火采用电炉退火，退火方法为：设750‑850℃保温2‑3小时，然后自然降到450‑550℃点功炉门5公分，430‑510℃门升10公分，350‑450℃炉门升一半，250‑350℃以下门升直、平车拉出一半，230‑310℃以下全拉出。

【技术特征摘要】
1.一种高韧性合金钢的精炼方法，其特征是，包括如下步骤：（1）将低硫磷废钢作为炉料放入电弧炉内熔化，并加入Mo；（2）炉料熔化80-90%后，加入渣料覆盖炉料；（3）炉料全熔为钢水后在渣料上加入缓释脱氧剂预脱氧；（4）扒渣，新渣形成后向钢水中加入Cr、W和Mn，并加入沉淀脱氧剂进行沉淀脱氧；（5）向渣料表面分批加入扩散脱氧剂，同时利用电弧炉底吹惰性气体搅拌，1500-1600℃下精炼1-1.5h，精炼结束前5-10min向钢水中加入V；（6）向钢水中补加Si和Co，继续熔炼10-15min；（7）加入终脱氧剂脱氧后出钢浇注，脱模后得到自耗电极；（8）将自耗电极装上重熔机，在重熔机的结晶器内加入重熔渣料，并将自耗电极的一端插入重熔渣料内，开启重熔机进行重熔；（9）重熔出锭后埋沙冷却，取出退火后即得高韧性合金钢，退火采用电炉退火，退火方法为：设750-850℃保温2-3小时，然后自然降到450-550℃点功炉门5公分，430-510℃门升10公分，350-450℃炉门升一半，250-350℃以下门升直、平车拉出一半，230-310℃以下全拉出。2.根据权利要求1所述的一种高韧性合金钢的精炼方法，其特征是，步骤（8）中的重熔渣料为质量分数为70-90%的萤石粉和10-30%的Al2O3粉。3.根据权利要求1或2所述的一种高韧性合金钢的精炼方法，其特征是，步骤（8）中重熔时的电流为330A-340A，电压为45V-50V。4.根据权利要求1所述的一种高韧性合金钢的精炼方法，其特征是，步骤（9）中埋沙时间1-3d。5.根据权利要求1所述的一种高韧性合金钢的精炼方法，其特征是，精炼得到的高韧性合金钢中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢建东，
申请(专利权)人：浙江精瑞工模具有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33