CN104250704A

CN104250704A - 一种18Ni-200钢锭及其制备方法

Info

Publication number: CN104250704A
Application number: CN201410462829.3A
Authority: CN
Inventors: 毕正绪; 叶文冰; 李源; 王佳明; 杨再春
Original assignee: Pangang Group Jiangyou Changcheng Special Steel Co Ltd
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute; High Speed Aerodynamics Research Institute of China Aerodynamics Research and Development Center; Pangang Group Jiangyou Changcheng Special Steel Co Ltd
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: CN104250704B

Abstract

本发明公开了一种18Ni-200钢锭的制备方法，其中，该方法包括：将炼钢原料加入到真空感应炉中进行熔炼，所述熔炼包括依次进行熔化处理、精炼处理、调样处理和浇注成型，将所述浇注成型的钢锭作为真空自耗炉的电极棒进行重熔并结晶，然后将所述结晶后的钢锭进行冷却。本发明还公开了由上述方法所得的18Ni-200钢锭。通过本发明的方法制得的18Ni-200钢锭可以获得强度较高、变形性能较好且截面大的18Ni-200钢棒。

Description

一种18Ni-200钢锭及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种18Ni-200钢锭及其制备方法。

背景技术

18Ni-200钢是18Ni系列钢中的200级钢种，属于马氏体时效钢，具有良好的强韧性。然而，18Ni-200钢由于合金元素含量高且对其力学性能和成型性能等方面性能的要求极其苛刻，故其生产工艺非常难以掌控，特别是对于大截面该类钢棒的生产来说，随着钢棒尺寸的增加，由于钢棒中化学成分分布不均匀，导致钢棒各种各样的缺陷，因此更需要优质的18Ni-200钢锭才能够更好的控制大截面该类钢棒的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种能够得到力学性能和成型性能优良的18Ni-200钢棒(特别是大截面的18Ni-200钢棒)的18Ni-200钢锭的制备方法及其制得的18Ni-200钢锭。

本发明的发明人经过深入研究发现，将钢锭控制在特定的组成成分的范围内后，将该钢锭用作真空自耗炉的电极棒进行重熔并结晶，然后以特定的冷却方式进行冷却，能够较好的控制钢内部的化学成分的均匀分布且避免出现偏析缺陷，然后由该钢锭依次可以获得无偏析和粗晶等低倍缺陷的低倍组织合格的钢材。

由此，本发明提供了一种18Ni-200钢锭的制备方法，其中，该方法包括：将炼钢原料加入到真空感应炉中进行熔炼，所述熔炼包括依次进行熔化处理、精炼处理、调样处理和浇注成型，将所述浇注成型的钢锭作为真空自耗炉的电极棒进行重熔并结晶，然后将所述结晶后的钢锭进行冷却，

其中，所述炼钢原料的配料使得所得钢锭中含有：Ni：17.5-19重量％，Co：8-9重量％，Mo：1-1.5重量％，Al：0.05-0.15重量％，Ti：0.15-0.25重量％，C：≤0.03重量％，Si：≤0.01重量％，Mn：≤0.1重量％，S：≤0.01重量％，P：≤0.01重量％；所述调样处理使得所得钢锭中含有：Ca：0.03-0.07重量％，Zr：0.01-0.04重量％，B：0.001-0.005重量％；

所述冷却的条件包括：先通入400-600Pa的氦气将所述结晶后的钢锭冷却至400-800℃，再空冷至15-40℃。

本发明还提供了一种由上述方法制得的18Ni-200钢锭，其中，该钢锭的组成成分为：Ni：17.5-19重量％，Co：8-9重量％，Mo：1-1.5重量％，Al：0.05-0.15重量％，Ti：0.15-0.25重量％，Ca：0.03-0.07重量％，Zr：0.01-0.04重量％，B：0.001-0.005重量％，C：≤0.03重量％，Si：≤0.01重量％，Mn：≤0.1重量％，S：≤0.01重量％，P：≤0.01重量％，余量为铁和不可避免的杂质。

通过本发明的18Ni-200钢锭的制备方法，能够获得化学成分的均匀分布且避免出现偏析缺陷，得到低倍组织的钢锭，采用该钢锭能够获得强度较高、变形性能较好的大截面的18Ni-200钢棒，如后述实施例所记载的一样，通过采用本发明的钢锭所制得的18Ni-200钢棒的抗拉强度Rm≥1400MPa，屈服强度Rp0.2≥1350MPa，断后延伸率A≥10％，断面收缩率Z≥50％，冲击功Akv≥80J，断裂韧性KIC≥110MPa·m^1/2，机械性能硬度HRC≥40，直径可达到400mm以上，且低倍组织无偏析和粗晶等缺陷。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种18Ni-200钢锭的制备方法，其中，该方法包括：将炼钢原料加入到真空感应炉中进行熔炼，所述熔炼包括依次进行熔化处理、精炼处理、调样处理和浇注成型，将所述浇注成型的钢锭作为真空自耗炉的电极棒进行重熔并结晶，然后将所述结晶后的钢锭进行冷却，其中，所述炼钢原料的配料使得所得钢锭中含有：Ni：17.5-19重量％，Co：8-9重量％，Mo：1-1.5重量％，Al：0.05-0.15重量％，Ti：0.15-0.25重量％，C：≤0.03重量％，Si：≤0.01重量％，Mn：≤0.1重量％，S：≤0.01重量％，P：≤0.01重量％；所述调样处理使得所得钢锭中含有：Ca：0.03-0.07重量％，Zr：0.01-0.04重量％，B：0.001-0.005重量％；所述冷却的条件包括：先通入400-600Pa的氦气将所述结晶后的钢锭冷却至400-800℃，再空冷至15-40℃。

根据本发明，所述炼钢原料包括金属镍、金属钴、金属钼、金属铝、金属钛和金属铁。所述金属镍、金属钴、金属钼、金属铝、金属钛和金属铁可以为本领域常规的用于炼制18Ni系列钢的各种金属，例如，所述金属镍为1#Ni等；所述金属钛为钛板边、钛切头、海绵钛等；所述金属铁为纯铁、IF钢等，特别优选采用经过EF+LF+VOD冶炼提纯去除了C、Si、Mn、S、P、H、O、N等有害元素的IF钢作为金属铁。所述炼钢原料的配料使得最终所得钢锭中含有的：Ni：17.5-19重量％，Co：8-9重量％，Mo：1-1.5重量％，Al：0.05-0.15重量％，Ti：0.15-0.25重量％，C：≤0.03重量％，Si：≤0.01重量％，Mn：≤0.1重量％，S：≤0.01重量％，P：≤0.01重量％。优选地，所述炼钢原料的配料使得最终所得钢锭中含有：Ni：18-18.5重量％，Co：8.2-8.8重量％，Mo：1.1-1.3重量％，Al：0.08-0.15重量％，Ti：0.2-0.25重量％，C：0.001-0.007重量％，Si：0.005-0.01重量％，Mn：0.001-0.01重量％，S：0.0001-0.005重量％，P：0.0001-0.008重量％虽然所述炼钢原料的配料可以按照上述组成进行配料，但是为了获得更为优质的钢锭，优选情况下，将所述炼钢原料中的部分金属钛和金属铝(例如10-40重量％的金属钛和0-40重量％的金属铝)预留下来作为调样处理的加料。

根据本发明，在真空感应炉内的熔化处理是指将所述炼钢原料加入到所述真空感应炉内后，通过调节一定的真空度和电功率，将所述炼钢原料进行熔融混合的过程。优选地，所述熔化处理的条件包括：电功率为1300-1600KW，真空度≤5Pa，时间为0.1-1h。而熔化处理初期，由于真空度不能立即满足≤5Pa的情况，优选地，在真空度大于5Pa时，电功率为200-400KW。在熔化处理后期所述冶炼原料达到全熔状态，该全熔的钢水温度优选控制在1500-1600℃范围内，更优选为1530-1560℃。

当熔化处理完成后对该全熔的钢水进行精炼处理。由于真空感应炉冶炼相对于电弧炉、非真空感应炉等炉子的冶炼过程来说，真空感应炉冶炼过程没有炉渣，故其脱氧、去气、去除夹杂等任务均要在精炼期完成。优选地，所述精炼处理的条件包括：电功率为1200-1600KW，真空度≤2Pa，温度为1500-1600℃，工频搅拌下时间为20-40min(或者，无工频搅拌时的精炼时间为60-80min)。经过该精炼处理后的钢水的成分更加均匀还能够脱氧和去气。为了缩短处理时间，更优选地，在精炼处理时采用工频搅拌(工频搅拌是指电磁搅拌的工频档)。

待精炼处理结束后对钢水进行调样处理。所述调样处理包括先将预留的部分金属钛和金属铝根据取样后的钢水的组成状况进行加料，当钢水成分经调样处理后符合本发明所要制备的18Ni-200钢锭的组成后，优选地，通入氩气进行搅拌，并加入含钙物料、含锆物料和含硼物料，含钙物料、含锆物料和含硼物料的加入量并没有特别的限定，只要使得加入后的钢水中Ca：0.03-0.07重量％，Zr：0.01-0.04重量％，B：0.001-0.005重量％即可；优选地，所述调样处理使得所得钢锭中含有：Ca：0.04-0.06重量％，Zr：0.02-0.04重量％，B：0.002-0.004重量％。所述含钙物料例如可以为金属钙等；所述含锆物料例如可以为海绵锆等；所述含硼物料例如可以为硼铁等。

将调样处理后的钢水浇注成型，即可获得用于作为真空自耗炉的电极棒的钢锭。所述浇注成型是将钢水浇注到钢锭模中，再进行冷却和脱模。所述浇注的条件优选包括：出钢温度为1500-1600℃，出钢速度为400-800kg/min。在本发明中，为了获得良好成型的钢锭，优选地，预留1-10重量％(更优选1-8重量％)的钢水用于对浇注后期的钢锭的缩孔进行补缩。将补缩完成后的钢锭进行冷却，优选地，先在10-50℃/min的冷却速度下冷却至1000-1300℃后破空，再模冷至600-1000℃。优选地，先模冷至600-1000℃后脱模，脱模后再空冷至室温。

根据本发明，将具有本发明的组成的钢锭，特别是上述方法制得的钢锭，作为真空自耗炉的电极棒进行重熔并结晶，然后将结晶后的钢锭进行冷却。

在本发明中，为了获得表面质量更好、力学性能高且低倍组织合格的电极棒，需要保证重熔后的钢锭化学成分均匀且表面质量良好，优选将作为电极棒的钢锭先进行切除处理和表面磨光处理。所述切除处理用于将补缩不良的部分切除；所述表面磨光处理用于获得表面质量良好的电极棒。

根据本发明，作为真空自耗炉的电极棒在通电情况下就会熔化，熔化的钢水滴入结晶器中结晶。优选情况下，所述重熔的熔化速度为2-10kg/min，更优选为4-6kg/min。如果重熔的熔化速度过快，可能会存在晶粒度大小不均匀等的缺陷；如果重熔的熔化速度过慢，可能会存在钢锭凝固不连续等缺陷。而采用2-10kg/min的熔化速度(更优选4-6kg/min的熔化速度)时，可以保证电极棒稳定地熔化，还可以获得晶粒度大小均匀、钢锭表面良好的优点。

根据本发明，对所述真空自耗炉的条件并没有特别的限定，只要能够达到上述熔化速度即可，优选地，所述真空自耗炉的条件包括：真空度为0.3-1Pa，熔炼电压20-25V，熔炼电流为8000-9000A。

根据本发明，为了获得表面质量较高的钢，优选地，将所述电极棒的1-10重量％(更优选为1-8重量％)用于对结晶后的钢锭的补缩，即由于钢水滴入结晶器中结晶时，由于钢水表面张力的作用，使得钢锭表面将存在缩孔，本发明为了避免钢锭形成的较大的缩孔导致后来锻造后的钢的表面质量差而影响其加工塑性的品质，本发明优选在结晶后期，将1-10重量％(更优选1-8重量％)的电极棒用于填补结晶后形成的钢锭表面上的缩孔。

根据本发明，将所述结晶后的钢锭进行冷却，所述冷却的条件包括：先通入400-600Pa的氦气(是指通入的氦气使得压强升至400-600Pa)将所述结晶后的钢锭冷却至400-800℃，再空冷至室温(例如15-40℃)。优选情况下，所述冷却的条件包括：先通入400-600Pa的氦气将所述结晶后的钢锭冷却至400-600℃，再空冷至20-40℃。在本发明中，通过使用氦气(可以由氦气压缩机提供)来进行冷却，可以更进一步减少钢锭成分偏析的程度，从而使得所得的钢棒的低倍组织更加均匀，即尽可能避免径向偏析和环状花样等缺陷。

在本发明中，先以较快的速度进行冷却，再以较慢的速度进行空冷，通过这样的特定的分阶段的冷却方式，可以降低钢锭的偏析程度，并获得化学成分更加均匀的钢锭。

本发明还提供了由上述方法制备的18Ni-200钢锭，该钢锭的组成成分为：Ni：17.5-19重量％，Co：8-9重量％，Mo：1-1.5重量％，Al：0.05-0.15重量％，Ti：0.15-0.25重量％，Ca：0.03-0.07重量％，Zr：0.01-0.04重量％，B：0.001-0.005重量％，C：≤0.03重量％，Si：≤0.01重量％，Mn：≤0.1重量％，S：≤0.01重量％，P：≤0.01重量％，余量为铁和不可避免的杂质。优选地，所述钢锭的组成成分为：Ni：18-18.5重量％，Co：8.2-8.8重量％，Mo：1.1-1.3重量％，Al：0.08-0.15重量％，Ti：0.2-0.25重量％，Ca：0.04-0.06重量％，Zr：0.02-0.04重量％，B：0.002-0.004重量％，C：0.001-0.007重量％，Si：0.005-0.01重量％，Mn：0.001-0.01重量％，S：0.0001-0.005重量％，P：0.0001-0.008重量％，余量为铁和不可避免的杂质。

本发明的18Ni-200钢锭化学成分的均匀分布、没有偏析缺陷，能够用于制备性能优良的18Ni-200钢棒，特别是大截面的18Ni-200钢棒。本发明对所述18Ni-200钢棒的制备方法并没有特别的限定，可以采用18Ni系列钢棒的常规的制备方法，例如将自真空自耗炉而出的冷却后的钢锭依次进行均热、镦拔、回炉和精锻，即可获得18Ni-200钢棒。

其中，将冷却后的钢锭先进行均热。所述均热是将冷却后的钢锭进行加热处理，优选情况下，所述均热包括：以1-10℃/min的加热速度升温至1200-1300℃，然后保温10-40h后，再以1-5℃/min的冷却速度降温至1100-1180℃，然后保温1-5h。经过所述均热处理后，钢锭将发生成分趋于更加均匀，从而更容易获得较高强度、较高变形性能和较大截面的钢棒。

其中，将均热后的钢锭进行镦拔，优选情况下，所述镦拔的条件包括：开锻温度≥1050℃，终锻温度为≥850℃，时间为5-20min(每次镦拔的时间)。更优选地，所述镦拔的条件包括：开锻温度1050-1100℃，终锻温度为850-900℃，时间为5-15min(每次镦拔的时间)。所述镦拔的次数可以为1-4次，优选为2-3次。

优选地，在4500t压机内进行两镦两拔，且第二次镦拔时间比第一次镦拔时间长，这样可以解决第一次镦拔完回炉过程造成组织粗大的问题，从而可以使得所得钢板具有更好的晶粒度。

其中，每次镦拔结束都会回炉进行再烧以达到镦拔所需的开锻温度，优选情况下，每次镦拔结束后回炉再烧的条件包括：温度为1050-1150℃，时间为30-60min，包括最后一次镦拔结束后的回炉条件可以采用上述回炉条件。

在镦拔结束后再进行精锻，精锻的开锻温度即为回炉加热后的钢的温度。优选情况下，所述精锻的条件包括：开煅温度为900-1170℃，终锻温度为700-900℃，时间为5-30min。更优选地，所述精锻的条件包括：开锻温度为1000-1150℃，终锻温度为800-900℃，时间为5-20min。优选地，所述精锻是在1800t精锻机上进行的，并进行一个火次锻造成形。

将精锻后的钢进行空冷至室温(15-40℃)。

通过采用本发明的方法制得18Ni-200钢锭可以制得直径为400mm以上大截面的钢棒，并且在本发明的一种优选的实施方式中，所得18Ni-200钢的抗拉强度Rm≥1400MPa，优选为1490-1520MPa；屈服强度Rp0.2≥1350MPa，优选为1380-1410MPa；断后延伸率A≥10％，优选为12-20％；断面收缩率Z≥50％，优选为52-60％；冲击功Akv≥80J，优选为81-100J；断裂韧性KIC≥110MPa·m^1/2，优选为113-125MPa·m^1/2；机械性能硬度HRC≥40，优选为45-60；且低倍组织的黑斑、白斑、径向偏析和环状花样都达到A级且无粗晶。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例和对比例中，

抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、断后延伸率A和断面收缩率Z是通过GB/T228中记载的方法进行测量的；

冲击功Akv通过GB/T229中记载的方法进行测量的；

断裂韧性KIC通过GBT4161中记载的方法进行测量的；

机械性能硬度HRC通过GB/T230中记载的方法进行测量的；

低倍组织是通过美国标准ASTM A604中记载的方法进行测量的。

实施例1

本实施例用于说明本发明的18Ni-200钢锭及其制备方法。

将1#Ni(购自金川集团有限公司)、1#钴(购自南京南试化学试剂有限公司的牌号Co99.80)、金属钼(购自宝鸡市巨润稀有金属有限公司牌号MO1)、金属铝(购自苏州优锆纳米材料有限公司牌号UG-ALA)、海绵钛(购自宝鸡市锦秀稀有金属有限公司牌号0级)和纯铁(购自鞍钢公司的IF钢且经过EF+LF+VOD冶炼提纯)按照所得钢锭含有的：Ni：18.1重量％，Co：8.6重量％，Mo：1.25重量％，Al：0.14重量％，Ti：0.24重量％，C：0.005重量％，Si：0.01重量％，Mn：0.01重量％，S：0.005重量％，P：0.005重量％进行配料(其中，金属铝和海绵钛各预留下其重量的1/3)并加入到真空感应炉内，在真空度为5Pa下、电功率为1500KW下进行熔化处理60min(在开始的10min内，由于真空度高于5Pa，电功率保持300KW)，全熔的钢水温度为1550℃；然后在工频搅拌下，控制真空度为2Pa、电功率为1500KW进行精炼处理30min；然后，取样分析，并用预留的金属铝和海绵钛进行调样，知道钢水的成分满足表1的组成即可，接着在充入氩气搅拌下，加入硼铁(购自锦州海鑫金属材料有限公司牌号FeB₂₀C_0.5-A)、金属钙(CAS：7440-70-2)、海绵锆(购自锦州盛泉铁合金有限公司牌号HZR-01)使得所得钢水中的B、Ca、Zr满足Ca：0.05重量％，Zr：0.02重量％，B：0.003重量％的组成即可；然后将钢水在出钢温度为1560℃下、以400kg/min的出钢速度浇注到直径为606mm钢锭模中，并剩余3重量％的钢水对钢锭模中的钢锭进行补缩；以25℃/min的速度冷却补缩后的钢锭至1200℃后破空，再冷却至800℃后脱模，再空冷至室温，得到钢锭A1(其成分如表1所示)。

将所得的钢锭A1的补缩不良的部分切除，并将其表面磨光。然后将其作为真空自耗炉的电极棒进行重熔，以5kg/min的熔化速度将电击棒进行熔化(重熔的条件为：真空度为0.4Pa，熔炼电压为22V，熔炼电流为8800A)，熔化的钢水则滴入直径为660mm的结晶器中结晶，待电极棒还剩余6重量％时，将其作为结晶器中的钢锭的补缩材料对钢锭的缩孔进行补缩处理；将补缩后的结晶器中的钢锭充入500Pa的氦气冷却至600℃后，将钢锭脱模并空冷至室温。将该空冷后的钢锭进行均热，均热的条件为：先以2.3℃/min的升温速度将其加热至1250℃，保温25h后，再以1.3℃/min的降温速度将其降温至1170℃后保温3h，然后再降至1050℃送入4500t的压机中进行一次镦拔8min，终锻温度为850℃，至直径为630mm，再回炉加热在1050℃加热40min，在送入4500t的压机中进行一次镦拔10min，终锻温度为850℃，至直径为530mm，再回炉加热在1120℃加热40min，然后在1800t精锻机中进行一个火次锻造20min，终锻温度为850℃，锻后直径为400mm，然后空冷至室温获得直径为400mm的18Ni-200钢棒，其低倍组织：黑斑、白斑、径向偏析和环状花样都达到了A级且无粗晶；抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、断后延伸率A、断面收缩率Z、冲击功Akv、断裂韧性KIC和机械性能硬度HRC见表2所示。

实施例2

本实施例用于说明本发明的18Ni-200钢锭及其制备方法。

将1#Ni(购自金川集团有限公司)、1#钴(购自南京南试化学试剂有限公司的牌号Co99.80)、金属钼(购自宝鸡市巨润稀有金属有限公司牌号MO1)、金属铝(购自苏州优锆纳米材料有限公司牌号UG-ALA)、海绵钛(购自宝鸡市锦秀稀有金属有限公司牌号0级)和纯铁(购自鞍钢公司的IF钢且经过EF+LF+VOD冶炼提纯)按照所得钢锭含有的：Ni：18.5重量％，Co：8.2重量％，Mo：1.3重量％，Al：0.1重量％，Ti：0.23重量％，C：0.007重量％，Si：0.008重量％，Mn：0.019重量％，S：0.004重量％，P：0.006重量％进行配料(其中，金属铝和海绵钛各预留下其重量的1/4)并加入到真空感应炉内，在真空度为4Pa下、电功率为1400KW下进行熔化处理60min(在开始的10min内，由于真空度高于5Pa，电功率保持300KW)，全熔的钢水温度为1540℃；然后在工频搅拌下，控制真空度为2Pa、电功率为1500KW进行精炼处理35min；然后，取样分析，并用预留的金属铝和海绵钛进行调样，知道钢水的成分满足表1的组成即可，接着在充入氩气搅拌下，加入硼铁(购自锦州海鑫金属材料有限公司牌号FeB₂₀C_0.5-A)、金属钙(CAS：7440-70-2)、海绵锆(购自锦州盛泉铁合金有限公司牌号HZR-01)使得所得钢水中的B、Ca、Zr满足Ca：0.06重量％，Zr：0.03重量％，B：0.004重量％的组成即可；然后将钢水在出钢温度为1570℃下、以500kg/min的出钢速度浇注到直径为606mm钢锭模中，并剩余4重量％的钢水对钢锭模中的钢锭进行补缩；以30℃/min的速度冷却补缩后的钢锭至1100℃后破空，再冷却至700℃后脱模，再空冷至室温，得到钢锭A2(其成分如表1所示)。

将所得的钢锭A2的补缩不良的部分切除，并将其表面磨光。然后将其作为真空自耗炉的电极棒进行重熔，以4kg/min的熔化速度将电击棒进行熔化(重熔的条件为：真空度为0.5Pa，熔炼电压为24V，熔炼电流为8500A)，熔化的钢水则滴入直径为660mm的结晶器中结晶，待电极棒还剩余7重量％时，将其作为结晶器中的钢锭的补缩材料对钢锭的缩孔进行补缩处理；将补缩后的结晶器中的钢锭充入600Pa的氦气冷却至500℃后，将钢锭脱模并空冷至室温。将该空冷后的钢锭进行均热，均热的条件为：先以4℃/min的升温速度将其加热至1280℃，保温20h后，再以2℃/min的降温速度将其降温至1150℃后保温4h，然后再降至1080℃送入4500t的压机中进行一次镦拔13min，终锻温度为880℃，至直径为600mm，再回炉加热在1080℃加热30min，在送入4500t的压机中进行一次镦拔15min，终锻温度为880℃，至直径为500mm，再回炉加热在1140℃加热30min，然后在1800t精锻机中进行一个火次锻造15min，终锻温度为860℃，锻后直径为400mm，然后空冷至室温获得直径为400mm的18Ni-200钢棒，其低倍组织：黑斑、白斑、径向偏析和环状花样都达到了A级且无粗晶；抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、断后延伸率A、断面收缩率Z、冲击功Akv、断裂韧性KIC和机械性能硬度HRC见表2所示。

实施例3

本实施例用于说明本发明的18Ni-200钢锭及其制备方法。

将1#Ni(购自金川集团有限公司)、1#钴(购自南京南试化学试剂有限公司的牌号Co99.80)、金属钼(购自宝鸡市巨润稀有金属有限公司牌号MO1)、金属铝(购自苏州优锆纳米材料有限公司牌号UG-ALA)、海绵钛(购自宝鸡市锦秀稀有金属有限公司牌号0级)和纯铁(购自鞍钢公司的IF钢且经过EF+LF+VOD冶炼提纯)按照所得钢锭含有的：Ni：18.2重量％，Co：8.8重量％，Mo：1.15重量％，Al：0.08重量％，Ti：0.2重量％，C：0.006重量％，Si：0.01重量％，Mn：0.015重量％，S：0.005重量％，P：0.005重量％进行配料(其中，金属铝和海绵钛各预留下其重量的1/5)并加入到真空感应炉内，在真空度为5Pa下、电功率为1600KW下进行熔化处理50min(在开始的5min内，由于真空度高于5Pa，电功率保持300KW)，全熔的钢水温度为1560℃；然后在工频搅拌下，控制真空度为2Pa、电功率为1500KW进行精炼处理40min；然后，取样分析，并用预留的金属铝和海绵钛进行调样，知道钢水的成分满足表1的组成即可，接着在充入氩气搅拌下，加入硼铁(购自锦州海鑫金属材料有限公司牌号FeB₂₀C_0.5-A)、金属钙(CAS：7440-70-2)、海绵锆(购自锦州盛泉铁合金有限公司牌号HZR-01)使得所得钢水中的B、Ca、Zr满足Ca：0.04重量％，Zr：0.04重量％，B：0.0025重量％的组成即可；然后将钢水在出钢温度为1540℃下、以600kg/min的出钢速度浇注到直径为606mm钢锭模中，并剩余3重量％的钢水对钢锭模中的钢锭进行补缩；以20℃/min的速度冷却补缩后的钢锭至1250℃后破空，再冷却至600℃后脱模，再空冷至室温，得到钢锭A3(其成分如表1所示)。

将所得的钢锭A3的补缩不良的部分切除，并将其表面磨光。然后将其作为真空自耗炉的电极棒进行重熔，以6kg/min的熔化速度将电击棒进行熔化(重熔的条件为：真空度为0.7Pa，熔炼电压为24V，熔炼电流为9000A)，熔化的钢水则滴入直径为660mm的结晶器中结晶，待电极棒还剩余5重量％时，将其作为结晶器中的钢锭的补缩材料对钢锭的缩孔进行补缩处理；将补缩后的结晶器中的钢锭充入400Pa的氦气冷却至700℃后，将钢锭脱模并空冷至室温。将该空冷后的钢锭进行均热，均热的条件为：先以6℃/min的升温速度将其加热至1300℃，保温18h后，再以4℃/min的降温速度将其降温至1160℃后保温3.5h，然后再降至1070℃送入4500t的压机中进行一次镦拔10min，终锻温度为830℃，至直径为620mm，再回炉加热在1070℃加热50min，在送入4500t的压机中进行一次镦拔12min，终锻温度为830℃，至直径为510mm，再回炉加热在1100℃加热50min，然后在1800t精锻机中进行一个火次锻造16min，终锻温度为870℃，锻后直径为400mm，然后空冷至室温获得直径为400mm的18Ni-200钢棒，其低倍组织：黑斑、白斑、径向偏析和环状花样都达到了A级且无粗晶；抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、断后延伸率A、断面收缩率Z、冲击功Akv、断裂韧性KIC和机械性能硬度HRC见表2所示。

实施例4

根据实施例1所述的方法，所不同的是，均热时当1250℃下保温25h后直接降温至镦拔的开锻温度，获得直径为400mm的18Ni-200钢棒，其低倍组织：黑斑、白斑、径向偏析和环状花样都达到了A级且无粗晶；抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、断后延伸率A、断面收缩率Z、冲击功Akv、断裂韧性KIC和机械性能硬度HRC见表2所示。

对比例1

根据实施例1所述的方法，所不同的是，钢锭的组成为：Ni：17.2重量％，Co：7.5重量％，Mo：2重量％，Al：0.15重量％，Ti：0.25重量％，Ca：0.05重量％，Zr：0.02重量％，B：0.003重量％，C：0.005重量％，Si：0.01重量％，Mn：0.01重量％，S：0.003重量％，P：0.005重量％，余量为铁和不可避免的杂质，获得直径为400mm的18Ni-200钢棒，其低倍组织：黑斑、白斑、径向偏析和环状花样都达到了A级且无粗晶；抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、断后延伸率A、断面收缩率Z、冲击功Akv、断裂韧性KIC和机械性能硬度HRC见表2所示。

对比例2

根据实施例1所述的方法，所不同的是，将结晶后的钢锭直接空冷至600℃，获得直径为400mm的18Ni-200钢棒，其低倍组织：黑斑和白斑达到了A级，但是径向偏析和环状花样达到B级，且无粗晶；抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、断后延伸率A、断面收缩率Z、冲击功Akv、断裂韧性KIC和机械性能硬度HRC见表2所示。

表1

注：余量为铁和不可避免的杂质

表2

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种18Ni-200钢锭的制备方法，其特征在于，该方法包括：

将炼钢原料加入到真空感应炉中进行熔炼，所述熔炼包括依次进行熔化处理、精炼处理、调样处理和浇注成型，将所述浇注成型的钢锭作为真空自耗炉的电极棒进行重熔并结晶，然后将所述结晶后的钢锭进行冷却，

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述冷却的条件包括：先通入400-600Pa的氦气将所述结晶后的钢锭冷却至400-600℃，再空冷至20-40℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述炼钢原料的配料使得所得钢锭中含有：Ni：18-18.5重量％，Co：8.2-8.8重量％，Mo：1.1-1.3重量％，Al：0.08-0.15重量％，Ti：0.2-0.25重量％，C：0.001-0.007重量％，Si：0.005-0.01重量％，Mn：0.001-0.01重量％，S：0.0001-0.005重量％，P：0.0001-0.008重量％；所述调样处理使得所得钢锭中含有：Ca：0.04-0.06重量％，Zr：0.02-0.04重量％，B：0.002-0.004重量％。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述熔化处理的条件包括：电功率为1300-1600KW，真空度≤5Pa，时间为0.1-1h。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，所述熔化处理使得所述冶炼原料达到全熔状态，该全熔状态的钢水温度为1500-1600℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述精炼处理的条件包括：电功率为1200-1600KW，真空度≤2Pa，温度为1500-1600℃，时间为：在工频搅拌下的时间20-40min或者无搅拌下的时间为60-80min。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调样处理包括通入氩气进行搅拌，并加入含钙物料、含锆物料和含硼物料使得钢水中的Ca：0.03-0.07重量％，Zr：0.01-0.04重量％，B：0.001-0.005重量％。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述浇注成型的条件包括：出钢温度为1500-1600℃，出钢速度为400-800kg/min。

9.根据权利要求1或8所述的方法，其中，在所述浇注成型后先在10-50℃/min的冷却速度下将所述浇注成型的钢锭冷却至1000-1300℃后破空，再模冷至600-1000℃。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述重熔的熔化速度为2-10kg/min，优选为4-6kg/min。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述真空自耗炉的条件包括：真空度为0.3-1Pa，熔炼电压20-25V，熔炼电流为8000-9000A。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述结晶还包括将所述电极棒的1-10重量％用于对结晶后的钢锭的补缩。

13.一种由权利要求1-12中任意一项所述的方法制得的18Ni-200钢锭，其中，该钢锭的组成成分为：Ni：17.5-19重量％，Co：8-9重量％，Mo：1-1.5重量％，Al：0.05-0.15重量％，Ti：0.15-0.25重量％，Ca：0.03-0.07重量％，Zr：0.01-0.04重量％，B：0.001-0.005重量％，C：≤0.03重量％，Si：≤0.01重量％，Mn：≤0.1重量％，S：≤0.01重量％，P：≤0.01重量％，余量为铁和不可避免的杂质。