CN105087865A - 一种采用氩氧脱碳炉冶炼高锰twip钢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用氩氧脱碳炉冶炼高锰TWIP钢的方法，包括将原料置于氩氧脱碳炉内，然后经过吹氧脱碳的步骤，还原的步骤，脱硫的步骤，成分和温度调整的步骤，得到合格的高锰TWIP钢，吹氧脱碳的步骤采用吹入氧气和氮气混合气体的方法进行冶炼，吹氧脱碳的步骤由若干个阶段组成，每个阶段中从底吹或侧吹的风口向氩氧脱碳炉内的钢水中吹入氧气和氮气的混合气体，在氧气和氮气的混合气体中，氧气和氮气的体积比在3:1至1:10之间，所述的高锰TWIP钢中碳含量为0.35%~1.2%，锰含量为15%~33%，氮含量为小于或等于0.1%。本发明冶炼成本低，操作方便，便于大规模工业化生产。

Description

一种采用氩氧脱碳炉冶炼高锰TWIP钢的方法

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种钢的冶炼方法，具体来说是一种采用氩氧脱碳炉冶炼高锰TWIP钢的方法。

背景技术

汽车轻量化是减少汽车尾气排放、降低油耗，实现生产环境友好型汽车的目标的主要措施。孪晶诱导塑性(TWIP)钢具有强度和塑性的良好配合，是目前已提出的各种汽车用钢方案中最适合用作汽车用钢的新钢种。

就世界各国研究的各种TWIP钢体系而言，都集中在含锰18%~33%的高锰Fe-Mn-C基体系，在此基础上加入不同量的Al、Si、Ni、V、Mo、Cu、Ti、Nb、Cr等元素。其中：C0.35%~1.05%、Mn15%～26%、Si≤3.0%、Al≤0.050%、S≤0.030%、P≤0.080%、N≤0.1%，其余为铁和杂质的高碳高锰钢是现今最为典型的一类TWIP钢。

由于TWIP钢中含有大量的锰，锰具有与氧的亲和力比铁与氧的亲和力大得多的特点，因此，在大规模生产中一般宜采用AOD来冶炼TWIP钢。而对于钢中氮含量要求小于或等于0.1%的TWIP钢，由于成品规格中氮含量控制较宽，为在AOD中冶炼TWIP钢采用以氮气代替氩气的“以氮代氩”工艺打开了一个方便之门。

专利文献CN102312158A公开了一种Nb、Ti合金化低碳高强度高塑性TWIP钢及制备方法，采用感应炉进行熔炼。专利文献CN102690938A公开了一种低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢中试生产方法，采用感应炉和电渣重熔炉双联熔炼TWIP钢。专利文献CN1743489A公开了一种高锰钢熔炼工艺及高锰钢铸件，采用感应炉进行熔炼含10%~14%Mn，1%~1.4%C的高锰钢。专利文献CN102286704A公开了一种耐磨抗腐蚀高锰钢及其制备方法，提供了含12%~14%Mn，1.2%~1.3%C的耐磨高锰钢的铸造、热处理工艺，没有提供冶炼方法。专利文献CN103484777A公开了一种奥氏体锰钢及其制备方法，采用感应炉熔炼含16%~19%Mn，0.9%~1.5%C的高锰钢。这些方法均不适合于大规模的生产，不能满足汽车行业对该钢种的需求。专利文献CN101191180A公开了一种含10.5%~20.0%Mn，1.0%~1.5%C的超高性能耐磨高锰钢及其生产方法，只提供了除锰以外的元素的合金化工艺。专利文献CN101191180A公开了一种含23.5%~24.4%Mn，0.55%~0.64%C的汽车用高锰钢及其制造方法，提供了轧制工艺，没有提供相应的冶炼方法。专利文献CN103468874A公开了一种采用氩氧炉冶炼低碳TWIP钢的生产方法，TWIP钢中含20%~30%Mn，C≤0.06%，采用金属锰或电解锰进行锰的合金化，原料成本高；采用AOD炉的最高氧/氩比进行吹氧脱碳，锰、硅等与氧亲和力大的元素会大量氧化，收得率低。

在这些采用AOD冶炼TWIP钢的方法中，整个冶炼过程中均始终采用吹氩的方法，不吹氮气。由于氩气的成本比氮气成本高，因此采用氩气进行AOD冶炼的成本要比用氮气进行AOD冶炼的成本高得多。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种在氩氧脱碳炉内采用以氮气代替现有通常使用的氩气的“以氮代氩”工艺冶炼高锰TWIP钢的方法，所述的这种在氩氧脱碳炉内采用“以氮代氩”工艺冶炼高锰TWIP钢的方法解决了现有技术中的AOD冶炼高锰TWIP钢时成本高的技术问题。

本发明提供了一种采用氩氧脱碳炉冶炼高锰TWIP钢的方法，包括将原料置于AOD炉内，然后经过吹氧脱碳的步骤，还原的步骤，脱硫的步骤，成分和温度调整的步骤，得到合格的高锰TWIP钢，吹氧脱碳的步骤采用吹入氧气和氮气混合气体的方法进行冶炼，吹氧脱碳的步骤由若干个阶段组成，每个阶段中从底吹或侧吹的风口向氩氧脱碳炉内的钢水中吹入氧气和氮气的混合气体，在氧气和氮气的混合气体中，氧气和氮气的体积比在3:1至1:10之间，所述的高锰TWIP钢中碳含量为0.35%~1.2%，锰含量为15%~33%，氮含量为小于或等于0.1%。

进一步的，在还原的步骤中，在底吹或侧吹风口，进行全程吹氮气或部分阶段吹氮，或者在全程或部分阶段吹氮气和氩气的混合气体。

进一步的，在脱硫期、和成分和温度调整的步骤中，全程底吹或侧吹氩气，直到出钢。

进一步的，吹氧脱碳的步骤由至少两个阶段组成。

本发明的采用在AOD内以氮代氩工艺冶炼高锰TWIP钢的方法与现有技术相比较，具有以下优点：

（1）在AOD冶炼TWIP钢时采用氮气取代氩气，原料成本大大降低。

现有技术在AOD冶炼TWIP钢中采用价格昂贵的氩气，不使用氮气冶炼。本发明采用价格低廉的氮气代替氩气进行吹氧脱碳，甚至在还原期也可采用氮气来代替氩气，可大大节省气体原料成本。

（2）便于TWIP钢的低成本大规模工业生产，生产效率高，操作方便，工艺简单成熟。

本发明采用钢铁厂现行成熟的生产设备进行大规模生产，效率高，操作方法、工艺成熟、操作方便，对原料的要求低，对原料适应性强。原料成本和操作成本均大幅度降低。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明的冶炼成本低，操作方便，便于大规模工业化生产。

具体实施方式

实施例1：

开吹前钢水中碳含量为2.98%，按92%收得率将锰含量配到24%，温度1510℃。

采用1:1的氧/氮比进行吹氧脱碳，将钢水中碳含量吹到0.83%；改用1:3的氧/氮比进行吹氧脱碳，将钢水中碳含量吹到0.55%；加入装料量的2％的石灰。改用1:6的氧/氮比进行吹氧脱碳，将钢水中碳含量吹到0.37%；测温1708℃；取样，钢水成分见表1。

表1AOD吹氧脱碳期结束时的钢水成分（质量分数，%）

C	Mn	Si	P	S	N
						0.37	24.32	0.54	0.027	0.013	0.272

停吹氧气，只吹氩气，加入钢水量的1％的硅钙、钢水量的0.6％的硅钙粉进行脱氧。

扒除炉渣，造新渣。加入装料量的3%的石灰，石灰加入量的1/5的萤石。

按2.4%Si，收得率按95%配加FeSi75C硅铁。

取样，钢水成分见表2。测温，1642℃。

出钢。

表2AOD冶炼终点时的钢水成分（质量分数，%）

C	Mn	Si	P	S	N
						0.41	22.95	2.41	0.026	0.008	0.045

实施例2：

开吹前钢水中碳含量为2.93%，按92%收得率将锰含量配到24%，温度1502℃。

采用1:1的氧/氮比进行吹氧脱碳，将钢水中碳含量吹到0.85%；改用1:3的氧/氮比进行吹氧脱碳，将钢水中碳含量吹到0.53%；加入装料量的2％的石灰，改用1:6的氧/氮比进行吹氧脱碳，将钢水中碳含量吹到0.38%；测温1703℃；取样，钢水成分见表3。

表3AOD吹氧脱碳期结束时的钢水成分（质量分数，%）

C	Mn	Si	P	S	N
						0.38	24.37	0.51	0.029	0.012	0.281

停吹氧气，只吹氮气，加入钢水量的1％的硅钙、钢水量的0.6％的硅钙粉进行脱氧。

扒除炉渣，造新渣。停止吹氮气，只吹氩气，加入装料量的3%的石灰，石灰加入量的1/5的萤石。

取样，钢水成分见表4。测温，1638℃。

出钢。

表4AOD冶炼终点时的钢水成分（质量分数，%）

C	Mn	Si	P	S	N
						0.42	22.92	2.32	0.028	0.007	0.082

Claims (3)

1.一种采用氩氧脱碳炉冶炼高锰TWIP钢的方法，包括将原料置于氩氧脱碳炉内，然后经过吹氧脱碳的步骤，还原的步骤，脱硫的步骤，成分和温度调整的步骤，得到合格的高锰TWIP钢，其特征在于：吹氧脱碳的步骤采用吹入氧气和氮气混合气体的方法进行冶炼，吹氧脱碳的步骤由若干个阶段组成，每个阶段中从底吹或侧吹的风口向氩氧脱碳炉内的钢水中吹入氧气和氮气的混合气体，在氧气和氮气的混合气体中，氧气和氮气的体积比在3:1至1:10之间，所述的高锰TWIP钢中碳含量为0.35%~1.2%，锰含量为15%~33%，氮含量为小于或等于0.1%。

2.如权利要求1所述的一种采用氩氧脱碳炉冶炼高锰TWIP钢的方法，其特征在于：在还原的步骤，在底吹或侧吹风口，进行全程吹氮气或部分阶段吹氮，或者在全程或部分阶段吹氮气和氩气的混合气体。

3.如权利要求1所述的一种采用氩氧脱碳炉冶炼高锰TWIP钢的方法，其特征在于：在脱硫、和成分和温度调整的步骤，全程底吹或侧吹氩气，直到出钢。