一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的方法技术

本发明专利技术属于真空冶金领域，具体涉及一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的方法。所述方法最终得到的是含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物，该方法工艺简单，可得到不同初始锰含量，不同真空条件，不同温度和不同合金化方式条件的锰挥发率和含锰挥发物。锰挥发率对锰元素高收得率、窄成分精准控制的含锰钢冶炼工序关键技术有着决定性作用，且含锰挥发物对耐材，钢液洁净度和大气的排放指标都有严重的影响，贴近工业生产实际背景，亦在中/高锰钢的真空精炼生产中具有重要的指导意义。的真空精炼生产中具有重要的指导意义。的真空精炼生产中具有重要的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的方法


[0001]本专利技术属于真空冶金领域，具体涉及一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的方法。

技术介绍

[0002]钢中锰元素可以显著提高钢的强度和硬度、增加钢的淬透性、改善钢的热加工性能和韧性，锰是良好的脱氧剂更是钢中不可或缺的合金元素，也有“无锰不成钢”的说法：锰元素具有固溶强化、弥散强化、显著提高钢强度和增加韧性作用，锰元素可降低临界转变温度细化铁素体和珠光体晶粒，可稳定奥氏体组织，增加钢的淬透性；含锰钢(锰含量大于0.7％的碳素钢或合金钢)由于其良好的性能和性价比被广泛应用于各类汽车、低温容器、耐磨机械等领域；锰含量小于1％(例如IF钢，BH钢以及HSLA钢)时，锰元素主要起固溶强化及弥散强化作用；当锰含量大于1％时(如DP
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CP钢、TRIP钢、TWIP钢)，锰元素主要提高奥氏体的稳定性，通过改变奥氏体相变温度加快残余奥氏体的形成，提高残余奥氏体在受力变形过程中的应变诱导以及孪晶诱导的强化和塑性化。相比于传统高强度钢，双相钢、复相钢、相变诱导塑性以及孪晶诱导塑性钢等先进高强钢，特别是15～33％锰含量的高锰TRIP/TWIP钢，由于其高的强塑积、高的能量吸收性，成为下一代汽车用钢主要发展方向目前，我国锰含量7％
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10％的TRIP钢、锰含量18％
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25％的TWIP钢大都停留在实验室阶段，批量连铸生产及锰的稳定化和高收得率控制仍有许多技术瓶颈。
[0003]高品质钢需经真空脱气，但真空过程造成锰元素不同程度的挥发，尤其含锰量高的钢种，冶炼各工序间锰元素控制的稳定性直接决定着成本和最终产品的性能波动；锰的蒸汽压仅次于Mg、Ca，而高于Al、Si，真空处理过程中，锰极易汽化，尤其在锰含量较高时，汽化损失更为严重。汽化损失不仅造成锰的收得率不稳定，而且锰的挥发相与耐材、粉尘颗粒间反应导致耐材寿命下降和排放物指标变差，导致真空室耐材侵蚀加重，真空管道泵抽气能力下降，对生产造成极大的安全隐患。更重要的是锰挥发相附着在真空室内壁，容易造成钢液的二次污染，使钢中的夹杂和氧含量升高，严重影响含锰钢质量。因此，了解真空处理含锰钢液的中锰挥发相的形成显得十分重要。
[0004]关于锰的挥发问题，近些年来只有少量文献提及，对于具体锰挥发率和含锰挥发物尚未见文献报道。本专利技术通过在真空感应炉中，控制一定的操作参数成功得到了锰挥发率和含锰挥发物，锰挥发率随温度升高，真空压力减小，初始锰含量的增大而增大。含锰挥发物主要为Mn/MnO/Mn3O4纳米级颗粒，且随着含锰钢中的初始锰含量增大，Mn增多。氧化物形成的主要原因是冷凝在炉壁的Mn纳米颗粒拥有大的比表面积，在一定温度接触到空气时会立刻被氧化成氧化物。这为含锰挥发物与耐火材料的侵蚀机理及与粉尘颗粒物的反应行为，真空过程含锰挥发相对耐材寿命、粉尘和气相排放物特性的定量影响规律及气体排放物超标造成的危害提供依据，对中锰/高锰钢的生产发展具有极其重要的理论和实际意义。经文献调研，未见真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰纳米挥发物的实验方法报道。

技术实现思路

[0005]为定性定量得到真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物，本专利技术提出一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的方法。所述方法工艺简单，可得到不同初始锰含量，不同真空条件，不同温度和不同合金化方式条件的锰挥发率和含锰挥发物。锰挥发率对锰元素高收得率、窄成分精准控制的含锰钢冶炼工序关键技术有着决定性作用，且含锰挥发物对耐材，钢液洁净度和大气的排放指标都有严重的影响，贴近工业生产实际背景，亦在中/高锰钢的真空精炼生产中具有重要的指导意义。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的方法，所述方法包括如下步骤：
[0008]S1.将IF钢置于真空感应炉的坩埚中，关闭炉膛后对其进行抽真空；所述IF钢具体是放置在真空感应炉附有加热线圈的氧化镁坩埚中，采用机械泵抽真空；
[0009]S2.当真空室抽真空至100Pa后，再充入惰性气体使炉内压力达到50
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60KPa，然后再次抽真空，重复此过程数次；而后开始加热，将压力保持在50
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60Kpa左右；
[0010]S3.加热10
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12分钟后，将用锡箔包裹的锰合金装入位于真空室上方的过渡仓中，对其抽真空时间为3
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6min；
[0011]S4.30min
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40min后IF钢完全熔化，再将钢液均质化4分钟，通过合金窗口加入锰合金；
[0012]S5.将功率调节至钢液目标温度，此时取钢样，而后开启机械泵抽真空；
[0013]S6.60min
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70min后，关闭加热功率和机械泵，惰性气体充入真空室至50
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60KPa，再将钢液浇注至模铸中，并保持10分钟再打开炉门冷却；
[0014]S7.所取得钢样和铸锭中锰含量的差值，即为所述含锰钢中锰挥发率；
[0015]S8.待真空炉冷却后在真空室收集凝结的黑色产物，即为所述含锰挥发物。
[0016]进一步地，所述IF钢用量为3.5～6Kg。
[0017]进一步地，所述真空感应炉配备了真空系统、惰性气体系统、合金化系统、取样系统、浇注系统和冷却系统，容量为7
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10Kg。
[0018]进一步地，所述惰性气体为氩气、氦气、氖气或氮气。
[0019]进一步地，所述锰合金为纯锰块、高碳锰铁或硅锰。
[0020]进一步地，所述锰合金用量为IF钢质量的9～45％。
[0021]进一步地，所述钢液目标温度为1600～1700℃。
[0022]进一步地，所述S5中抽真空的压力为100～600Pa。
[0023]进一步地，所述钢样和铸锭中的锰含量通过ICP和直读光谱仪进行测定。
[0024]进一步地，所述黑色产物通过SEM、TEM、XRD和XPS对物相进行分析。
[0025]进一步地，所述黑色产物为尺寸小于500nm的Mn/MnO/Mn3O4纳米颗粒。
[0026]本专利技术所提出的一种能得到真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰纳米挥发物的实验方法，尚未见文献报道。
[0027]本专利技术的一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的方法至少具备如下有益技术效果：
[0028](1)本专利技术的方法操作简单，锰挥发率和含锰纳米挥发物易得。而真空处理含锰钢
中的锰挥发物由于具有纳米颗粒大小，在空气中会迅速被氧化成锰氧化物，对耐材、钢液洁净度和大气的排放指标有严重的影响，在工业精炼过程中拥有重要的指导作用。
[0029](2)本专利技术的方法得到的锰挥发率和含锰纳米挥发物贴近工业生产实际背景，对中/高锰钢的真空精炼生产具有重要的指导意义。
[0030](3)本专利技术的方法通过对加入的
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1.将IF钢置于真空感应炉的坩埚中，关闭炉膛；S2.进行抽真空后充入惰性气体使炉内压力达到50
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60KPa，再次抽真空，重复此过程数次；将压力保持在50
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60Kpa，而后开始加热，；S3.加热10
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12分钟后，将用锡箔包裹的锰合金装入位于真空室上方的过渡仓中，对其抽真空时间为3
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6min；S4.30min
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40min后IF钢完全熔化，再将钢液均质化后，通过合金窗口加入锰合金；S5.将功率调节至钢液目标温度，此时取钢样，而后开启机械泵抽真空；S6.60min
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70min后，关闭加热功率和机械泵，惰性气体充入真空室至50
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60KPa，再将合金钢液浇注至铸模中，恒温后冷却，得到钢铸锭；S7.所取得钢样和钢铸锭中锰含量的差值，即为所述含锰钢中锰挥发率；S8.待真空炉冷却后在真空室收集凝结的黑色产物，即为所述含锰挥发物。2.根据权利要求1所述的一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：包燕平，储建华，郭建龙，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：