一种新型高韧性合金钢及其熔炼方法技术

本发明专利技术公开了一种新型高韧性合金钢及其熔炼方法，熔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，1500‑1600℃下精炼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。本发明专利技术合理控制反应条件、合金料加入顺序及脱氧剂的形式，熔炼出的高韧性合金钢同时具有较高硬度和强度，且节约原料，降低成本。

A new high toughness alloy steel and its smelting method

【技术实现步骤摘要】
一种新型高韧性合金钢及其熔炼方法
本专利技术涉及钢铁冶炼领域，尤其是涉及一种新型高韧性合金钢及其熔炼方法。
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，提供一种新型高韧性合金钢及其熔炼方法，使得熔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：一种新型高韧性合金钢，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；或C0.68-0.76％，Si0.90-1.20％，Mn0.35-0.45％，Cr7.50-8.50％，V0.30-0.50％，Mo2.00-2.50％，W0-0.50％，Co0.75-1.25％，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。采用上述合金材料和比例制得的合金钢，具有较高韧性，且其化学成份接近高速钢的基本成分，因此还兼具高速钢的高硬度和高强度，与普通的合金钢相比，还具有良好的抗疲劳强度、抗腐蚀性、抗氧化性和耐热性，并可以用来制作电极材料、磁性材料等特殊用途。本专利技术还公开了一种上述高韧性合金钢的熔炼方法，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。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。采用本专利技术所述的熔炼方法，熔炼出的高韧性合金钢脱氧脱硫效果好，高韧性合金钢的整体性能佳，且节约原料，降低成本。作为优选，步骤(2)中的渣料中包括质量分数为65-75％的石灰及25-35％的萤石。石灰的主要作用是脱磷和脱硫，而加入萤石可以与CaO作用，直接促使石灰的熔化，显著降低2CaO·SiO2的熔点，使渣料在高碱度下有较低的熔化温度，萤石不仅可以降低碱性炉渣的粘度，也为FeO进入石灰块内部创造了条件。作为优选，步骤(3)中的缓释脱氧剂，由聚乙烯塑料粒、Al、轻烧镁粉及铝矾土热压成球团制成，各组分质量分数为：Al32-36％、轻烧镁粉9-11％、铝矾土17-20％，余量为聚乙烯塑料粒。将聚乙烯塑料粒、Al、轻烧镁粉及铝矾土热压成球团，聚乙烯塑料粒与其他组分紧密结合，球团可以均匀添加到渣料上，在炉内高温条件下，聚乙烯塑料首先受热分解为氢气、甲烷等气体，使其他固体组分均匀释放，Al对渣料进行还原，轻烧镁粉和铝矾土都有利于石灰的熔化，提高化渣效果。因为聚乙烯塑料分解产生气体，因此还可以使渣料迅速气泡，形成埋弧渣，缩短渣料气泡埋弧时间。聚乙烯塑料在日常生活中用处广本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型高韧性合金钢，其特征是，各组分的质量分数为：C 0.68‑0.73%，Si 0.80‑1.20%，Mn 0.3‑0.4%，Cr 7.00‑7.50%，V 1.70‑2.20%，Mo 2.00‑2.30%，W 0.40‑0.70%，Co≤0.30%，P≤0.03%，S≤0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质；或C 0.78‑0.85%，Si 0.20‑0.40%，Mn 0.25‑0.40%，Cr 4.00‑4.60%，V 0.90‑1.10%，Mo 7.25‑7.75%，W 1.60‑1.90%，Co≤0.50%，P≤0.025%，S≤0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质；或C 0.68‑0.76%，Si 0.90‑1.20%，Mn 0.35‑0.45%，Cr 7.50‑8.50%，V 0.30‑0.50%，Mo 2.00‑2.50%，W 0‑0.50%，Co 0.75‑1.25%，P≤0.025%，S≤0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种新型高韧性合金钢，其特征是，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；或C0.68-0.76%，Si0.90-1.20%，Mn0.35-0.45%，Cr7.50-8.50%，V0.30-0.50%，Mo2.00-2.50%，W0-0.50%，Co0.75-1.25%，P≤0.025%，S≤0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。2.一种如权利要求1所述的新型高韧性合金钢的熔炼方法，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...

【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