CN106191367B - 一种超微偏析特种合金的冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种超微偏析特种合金的冶炼方法，其包括步骤：微粉粒度选择，配料比例称重后搅拌，挤压方锭后烘烤，将混合烘烤后的微粉物料装入炼钢坩埚炉中冶炼；以及取样化验。本发明的超微偏析特种合金的冶炼方法，冶炼的超微偏析钢锭经热锻加工没有出现开裂现象，解决了重复返工冶炼的问题；合金冷变形更加容易，很少有开裂现象，故可以获得进一步深加工的条件；另外，合金元素的粉料不需经加工成产品供应，可以直接以粉料供应，如此可以减少工序，节约能源和减少环境污染等问题。

Description

一种超微偏析特种合金的冶炼方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及钢铁合金材料冶炼过程中，适用于多元素，大合金比的特殊合金材料制备的一种超微偏析特种合金的冶炼方法。

背景技术

在金属冶炼工艺中，不论是何种冶炼方法，只要有两种以上元素进行混合冶炼，都不可能绝对均匀混合，而元素多，某种元素或某些元素百分占有大的合金材料，各元素熔化温度不同，其流动性不同，混合均匀更困难。所以，钢中夹杂物和成分偏析的存在是不可避免的。对于夹杂采用钢水洁净技术(即利用超声波振荡和电磁搅拌)和快速冷却技术(即使用电渣和连铸结晶器)，可以使不能浮出液面而悬沉于钢水中的细小夹杂物在凝固过程中不能聚集并进行均匀分布，减少加工过程中因夹杂而脆断的缺陷，可是在减少成分偏析问题上，还没有有效的方法进行改善，常用的方法是均匀化处理，需要时间长达到30-50小时甚至更长，但也不能显著减少偏析在加工中的影响，特别是冷加工，时常出现因偏析引起的内部发纹和表面开裂现象，加工更薄更细规格产品是很困难的。

发明内容

针对上述的现有技术中的问题，本发明提出一种超微偏析特种合金的冶炼方法，用来生产超微偏析的特种合金，不再有偏析引起的内部发纹和表面开裂现象，提高合金的可塑性，使其可以向小规格产品延伸。

为达到本发明的目的，本发明的一种超微偏析特种合金的冶炼方法包括如下步骤：

S1、进行微粉粒度选择，根据不同粒度的微粉进行不同的搅拌方式；

S2、进行配料比例称重，确认各粉料种数和加入搅拌的计划量；

S3、将配有粉料的漏斗放在搅拌器上的专用接口上；

S4、将漏斗中的配料放入搅拌器中，进行充分的搅拌；

S5、将搅拌后的混合料经挤压成方锭后烘烤；

S6、将混合烘烤后的微粉物料装入炼钢坩埚炉中冶炼；以及

S7、取样化验。

优选的，在步骤S1中，当微粉粒度在0.1-0.75mm时采用干式搅拌，当粒度＜0.1mm时采用湿式搅拌；

再优选的，在步骤S4中，干式搅拌时间不低于2小时，湿式搅拌不低于5小时；

再优选的，步骤S5中，粉料方锭的烘烤温度为200℃，烘烤时间大于8小时；

再优选的，在步骤S6中，当使用非真空炉冶炼时，还包括在冶炼坩埚内先装入5％的莹石来加快粉料的熔化。

再优选的，在步骤S6中，还包括在粉料熔化后更换新的渣料，升温到钢种熔化温度以上80℃-120℃，保持5-10分钟，停止加热使钢水镇静5-10分钟，让钢水中的气体充分排出钢液面，然后加热到钢种熔化温度以上50℃-80℃精炼20-30分钟。

再优选的，所述步骤S7中，经化验确定需要加入某元素时，将需要加入的元素粉料用石蜡固定加入，利用石蜡快速扩散作用覆盖整个表面并密封，加入的粉料以表面积进入钢液里，钢液表面应处于静止表面，加入后再升温搅拌。

本发明的超微偏析特种合金的冶炼方法，冶炼的超微偏析钢锭经热锻加工没有出现开裂现象，解决了重复返工冶炼的问题；合金冷变形更加容易，很少有开裂现象，故可以获得进一步深加工的条件，可以开发更多规格的产品；另外，合金元素的粉料不需经加工成产品供应，可以直接以粉料供应，如此可以减少工序，节约能源和减少环境污染等问题。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。其中：

图1所示为本发明的一种超微偏析特种合金的冶炼方法的工艺流程图。

具体实施方式

钢铁冶炼工艺中，合金都是以块料如线材或棒材加入到炼钢炉中的，合金熔化到扩散，需要经过很长时间，并受到温度和流动条件的影响，所以，炼钢中溶剂和溶质要混合均匀是很困难的事情，偏析不可避免的存在，只是严重和不严重而已。比如常用的二元合金，也称铁-碳合金，除有害元素和残余元素外，碳的配料值对应是不同用途的钢牌号。当碳含量增加到1％以上时，就容易出现碳偏析现象，进行热变形或冷形变时，钢基内部容易出现众多发纹和表面开裂等缺陷。通过碳扩散均匀化热处理，只能获得改善而不能消除这些问题，因为碳在高温下，会与很多合金元素化合而合金化，作为溶剂的铁在碳合金化作为溶质的粘合作用下，铁溶剂的流动性下降，根据同类相溶原理，形成聚集场，要破坏这类聚集场，只有采用更多能量，使铁水溶剂温度升高，提高流动性，虽然得到改善，还是会有部份偏析存在，所以说，偏析的存在是绝对的，偏析的大小是相对的。不影响到热变形和冷变形加工的偏析是允许存在的。可是对于二元合金以上的材料，多达十几种合金进行配制，不论是铁基，镍基，钴基等作为溶剂浓度降低，使溶质的浓度增高，流动性很差，多种合金如钨，钼，钒，钛等高熔点的元素，其合金化物质相互粘滞，偏析现象更严重和难于处理。针对这种问题，一是采用小批量熔炼，因为容积小易搅拌，二是采用真空冶炼，可提高钢水温度，达到提高钢水的流动性的目的。同样道理，不管哪种方式，偏析总是不同程度的存在，直接影响合金的变形加工质量。

本发明的超微偏析特种合金的冶炼方法，采用不同于传统的工艺方法，将配料在原始状态即粉料状态，如钨粉，钼粉，钒粉，钛粉等元素不需加工成产品提供，直接进行微粉混合搅拌，根据配料的均匀程度来决定搅拌的程度。搅拌方法可用湿搅拌也可用干搅拌，比如当微粉粒度在0.1-0.75mm时可用干式搅拌，而微粉粒度＜0.1mm可用湿式搅拌，避免超微粉干式搅拌产生粉尘污染环境。经过搅拌后的微粉中各元素相对来说是均匀的，到冶炼熔化后各单位体中各元素按比例分布其中，冶炼中的流动电磁搅拌充当第二次搅拌功能，进一步将各元素再分布，如此可以冶炼出超微偏析的钢材，此工艺对高合金材料的制备特别有效。

具体的，如图1所示，本发明的超微偏析特种合金的冶炼方法包括如下步骤：

S1、进行微粉粒度选择，以对不同粒度的微粉进行不同的搅拌方式：粒度在0.1-0.75mm时采用干式搅拌，当各元素微粉粒度有不相同时，熔剂应为小粒度，熔质选择大粒度；对粒度＜0.1mm的采用湿式搅拌；

S2、进行配料比例称重，确认各粉料种数和加入搅拌的计划量：将粉料装入漏斗容器中称重，漏斗容积为一次配料单位，可以100公斤或1吨为单位，漏斗下口设计有活动插板；

S3、将配有粉料的漏斗放在搅拌器上的专用接口上：搅拌器分干式搅拌器和湿式搅拌器，一次搅拌为一个配料单位，不能一次配料多次搅拌；

S4、将漏斗中的配料放入搅拌器中，进行充分的搅拌：搅拌时间由加入合金的比例来确定，加入合金种类多占比大，搅拌时间应延长，加入的合金种类少，比例小，搅拌时间可略缩短，干式搅拌时间一般不低于2小时，湿式搅拌一般不低于5小时；

S5、将搅拌后的混合料经液压顶箱进行挤压成立方体作为加料物体，大小可以为30mm或50mm宽，加工的微粉立方体物料经200℃进行烘烤，烘烤时间应大于8小时；

S6、将混合烘烤后的微粉物料装入炼钢坩埚炉中冶炼，可在真空炉也可在非真空炉冶炼，非真空冶炼可在坩埚内先装入5％的莹石，利用莹石的低温熔化温度，加快粉料的熔化，这是由于粉料的表面积大，积热快，较低温度(莹石的熔化温度)就可开始熔化；熔化后可换新的渣料，升温到钢种熔化温度以上80℃-120℃，保持5-10分钟，停止加热使钢水镇静5-10分钟，让钢水中的气体充分排出钢液面，然后加热到钢种熔化温度以上50℃-80℃精炼20-30分钟。

S7、取样化验，确定需要加入的元素：将需要加入的元素粉料用石蜡固定加入，利用石蜡快速扩散作用覆盖整个表面并密封，加入的粉料以表面积进入钢液里，钢液表面应处于静止表面，加入后再升温搅拌，不能加入块状合金料。

具体实施例1

试验一种高温合金GH2132钢号，化学成分见下表：

制备工艺：合金微粒选择60目，称重后进行干式混合搅拌2.5小时，挤压成宽25mm的方锭。进200型真空炉冶炼，浇铸130型电级棒，电渣重熔135型电渣锭，热锻D70mm，一次锻造成型，表面无开裂现象。

取样检测，夹杂为0.5级以下，没发现有钛偏析，偏析低于标准下限级别。

具体实施例2

试验一种耐蚀合金NS3201钢号，化学成分见下表：

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

Mo

V

Co

Fe

0.05

1.0

1.0

0.03

0.03

1.0

余

26/30

0.2/0.4

2.5

4/6

制备工艺：合金微粒选择60目，称重后干式混合搅拌2.5小时以上，挤压成宽30mm方锭。进200型真空炉冶炼，浇铸130型电级棒，电渣重熔135型电渣锭，热轧D53mm方坯，一次轧制成型，表面无开裂现象。

取样检测，夹杂为0.5级以下，没发现有钼偏析，偏析低于标准下限级别。

具体实施例3

试验一种易切合金SUS303钢号，化学成分见下表：

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

0.15

1.0

2.0

0.2

0.15

17/19

8/10

制备工艺：合金微粒选择60目，称重后干式混合搅拌3小时以上，挤压成宽50mm方锭。非真空感应炉冶炼，浇铸500型钢锭，热轧D70mm，一次轧制成型，表面无开裂现象。

取样检测，夹杂为0.5级以下，没有发现硫偏析，偏析低于标准下限级别。

采用本发明的超微偏析特种合金的冶炼方法冶炼的超微偏析钢锭，经热锻加工没有出现开裂现象，解决了重复返工冶炼的问题；合金冷变形更加容易，很少有开裂现象，故可以获得进一步深加工的条件，可以开发更多规格的产品；另外，合金元素的粉料不需经加工成产品供应，例如钨元素，直接将钨粉进行烧结，热处理后热挤压成条状或块状产品，可以直接以粉料供应，如此可以减少工序，节约能源和减少环境污染等问题。

本发明并不局限于所述的实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神即公开范围内，仍可作一些修正或改变，故本发明的权利保护范围以权利要求书限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种超微偏析特种合金的冶炼方法，其特征在于，所述冶炼方法包括如下步骤：

S1、微粉粒度选择，以根据不同粒度的微粉进行不同的搅拌方式；

S2、进行配料比例称重，确认各粉料种数和加入搅拌的计划量；

S3、将配有粉料的漏斗放在搅拌器上的专用接口上；

S4、将漏斗中的配料放入搅拌器中，进行充分的搅拌；

S5、将搅拌后的混合料经挤压成方锭后烘烤,其中，粉料方锭的烘烤温度为200℃，烘烤时间大于8小时；

S6、将混合烘烤后的微粉物料装入炼钢坩埚炉中冶炼，在粉料熔化后更换新的渣料，升温到钢种熔化温度以上80℃-120℃，保持5-10分钟，停止加热使钢水镇静5-10分钟，让钢水中的气体充分排出钢液面，然后加热到钢种熔化温度以上50℃-80℃精炼20-30分钟；以及

S7、取样化验。

2.如权利要求1所述的一种超微偏析特种合金的冶炼方法，其特征在于，在步骤S1中，当微粉粒度在0.1-0.75mm时采用干式搅拌，当粒度＜0.1mm时采用湿式搅拌。

3.如权利要求1所述的一种超微偏析特种合金的冶炼方法，其特征在于，在步骤S4中，干式搅拌时间不低于2小时，湿式搅拌不低于5小时。

4.如权利要求1所述的一种超微偏析特种合金的冶炼方法，其特征在于，在步骤S6中，当使用非真空炉冶炼时，还包括在冶炼坩埚内先装入5％的莹石来加快粉料的熔化。

5.如权利要求1所述的一种超微偏析特种合金的冶炼方法，其特征在于，所述步骤S7中，经化验确定需要加入某元素时，将需要加入的元素粉料用石蜡固定加入，利用石蜡快速扩散作用覆盖整个表面并密封，加入的粉料以表面积进入钢液里，钢液表面应处于静止表面，加入后再升温搅拌。