CN109609832B - 一种真空自耗重熔生产含锰钢的冶炼方法 - Google Patents

一种真空自耗重熔生产含锰钢的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种真空自耗熔炼生产含锰钢的冶炼方法，目的是提高钢锭锰元素收得率、减少钢锭上、下部锰含量的差值，实现降低吨钢金属锰的投入,降低单位成本，提高钢棒质量稳定性。本发明方案是：在电极重熔过程中通过充入洁净的氩气，增加液面气相压力使得锰元素由气相向液相转变，能有效抑制锰元素的挥发损失并使之在铸锭中均匀分布；对整个冶炼过程电参数进行了适当调整，进而提高熔池的流动性，使熔池活跃，钢液到达结晶器边缘，可以获得优良的钢锭表面。本发明有益效果：不仅使钢中锰元素收得率大幅度提高，降低了单位成本，同时均匀性也得到大幅度提高。

Description

一种真空自耗重熔生产含锰钢的冶炼方法
技术领域
本发明属于合金钢特种冶炼方法，主要涉及生产含锰的合金结构钢的真空自耗重熔方法，通过提高钢中锰元素的收得率和减少锰含量的同锭差，提高钢锭化学成分均匀性。
背景技术
真空自耗重熔的一个主要特征就是熔池上面的气相压力很低，所以能挥发去除有害杂质的含量；由于低压对于易挥发合金元素，如锰元素等，也因其在重熔过程的挥发而造成损失，给控制该种元素的成分含量带来困难。如图1所示，在真空自耗重熔真空度条件下(10-3mmHg＝0.13Pa)锰的挥发温度为878℃，因此锰元素控制比较困难，在真空自耗重熔过程中，锰的挥发造成合金中锰含量降低，不能满足合金要求，因此通常的办法是预先估计好熔炼过程中的挥发损失量，采用高出规格要求的锰含量提供电极母材。从锰蒸汽压和温度的关系图2可知，在熔炼高温下，锰元素的饱和蒸汽压在102Pa～103Pa之间，所以在真空熔炼过程中(真空度0.13Pa)锰元素容易挥发，挥发的锰蒸汽一部分被真空泵抽走，一部接触较低温度的坩埚在坩埚壁上凝固，随着熔炼的进行熔池逐渐升高，凝固的锰重新熔化进入熔池，在熔池边上富集，熔池凝固后锰元素在铸锭的表面富集，造成锰元素的分布不均。
300M钢(40CrMnSi2Ni2MoVA)，钢中锰含量为0.60％～0.90％，属于低合金超高强度钢，具有高的强度、抗冲击性和淬透性，主要生产工艺为真空感应熔炼+真空自耗重熔；由于锰元素在真空自耗重熔过程中极易挥发，收得率仅为60％～74％,因此只有在真空感应炉最终成分控制时需要按照真空自耗锰的收得率：60％～74％进行调整，吨钢加入金属锰的重量为64kg增加金属锰的消耗，同锭锰元素分布不均。
国外300M钢的冶炼工艺一般为真空感应炉(或电炉+炉外精炼)+真空自耗重熔，采用真空感应炉(或电炉+炉外精炼)生产出真空自耗重熔使用的电极。国外同样是通过采用预先提高电极的锰含量，弥补真空自耗重熔过程锰元素的挥发量，其钢锭的头、尾部实际的锰含量仍然存在较大的同锭差异。
国内外锰元素含量同锭差见表1
表1国内外300M钢锰含量的差值
Figure BDA0001878839610000021
发明内容
本发明公开一种真空自耗熔炼生产含锰钢的冶炼方法，目的是提高钢锭锰元素收得率、减少钢锭上、下部锰含量的差值，实现降低吨钢金属锰的投入(降低单位成本)，提高钢棒质量稳定性。
本发明方案的思路是：在电极重熔过程中可以通过充入洁净的氩气，增加液面气相压力使得锰元素由气相向液相转变，能有效抑制锰元素的挥发损失并使之在铸锭中均匀分布。由于冶炼过程需要充入氩气，因此在常规冶炼参数基础上，对整个重熔过程电参数进行了适当调整，即在开始阶段、熔炼阶段、热封顶阶段分别相应提高了电流和电压值，主要目的是通过提高熔池的输入功率，进而提高熔池的流动性，使熔池活跃，钢液到达结晶器边缘，可以获得优良的钢锭表面。
具体技术方案：
生产工艺流程：真空感应炉熔炼→浇注电极→电极表面车光→真空自耗炉重熔→钢锭退火→钢锭锻造→棒材退火。
真空自耗炉重熔电参数：
1.开始阶段
步骤 电流(kA) 电压(V) 熔滴率(l/s) 时间(min)
1 4.0 22.5 2.5 1
2 13.0 25.0 2.5 50
3 11.2 24.0 2.5 60
2.熔炼阶段
步骤 电流(kA) 熔化率(kg/min) 电压(V) 熔滴率(l/s)
1 11.2 6.0 24.0 2.5
2 10.9 6.0 23.8 2.5
3.热封顶阶段
步骤 电流(KA) 电压(V) 熔滴率(l/s) 时间(min)
1 8.5 23.7 3.0 15
2 7.0 23.8 4.0 20
3.热封顶阶段(续)
步骤 电流(KA) 电压(V) 熔滴率(l/s) 时间(min)
3 5.0 23.9 5.0 20
4.全程充氩气，压力为50Pa～3000Pa。
本发明创新点：采用真空自耗炉生产钢锭，为了使真空自耗重熔生产过程稳定，通常在真空自耗重熔过程中是不充入其它气体；本发明要点是在真空自耗重熔过程中，充入洁净的氩气增加液面气相压力，对整个冶炼过程电参数进行了适当调整。
本发明有益效果：
在真空自耗重熔过程中充入洁净的氩气，不仅使钢中锰元素收得率大幅度提高，降低吨钢金属锰的投入量即降低了单位成本，同时均匀性也得到大幅度提高，获得冶金质量稳定的300M钢材。
附图说明
图1是常用元素的蒸汽压表；
图2是锰蒸汽压和温度的关系。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做详细说明：
实施例1～3均采用生产工艺：真空感应炉熔炼→浇注电极→电极表面车光→真空自耗炉重熔→钢锭退火→钢锭锻造→棒材退火。
其中真空自耗重熔工序中的电极开始阶段和热封顶阶段电参数一致。
⑴开始阶段
步骤 电流(kA) 电压(V) 熔滴率(l/s) 时间(min)
1 4.0 22.5 2.5 1
2 13.0 25.0 2.5 50
3 11.2 24.0 2.5 60
⑶热封顶阶段
步骤 电流(kA) 电压(V) 熔滴率(l/s) 时间(min)
1 8.5 23.7 3.0 15
2 7.0 23.8 4.0 20
3 5.0 23.9 5.0 20
实施例1
⑵熔炼阶段电参数
Figure BDA0001878839610000041
2.检验结果
⑴化学成分
Figure BDA0001878839610000042
⑵低倍组织
黑斑 白斑 径向偏析 环形花样
标准 A A B B
实施例1 0 0 A 0
⑶力学性能
Figure BDA0001878839610000043
⑷非金属夹杂物及晶粒度
Figure BDA0001878839610000044
实施例2
⑵熔炼阶段电参数
Figure BDA0001878839610000045
⑵熔炼阶段电参数(续)
Figure BDA0001878839610000051
2.检验结果
⑴化学成分
Figure BDA0001878839610000052
⑵低倍组织
黑斑 白斑 径向偏析 环形花样
标准 A A B B
实施例2 0 0 A 0
⑶力学性能
Figure BDA0001878839610000053
⑷非金属夹杂物及晶粒度
Figure BDA0001878839610000054
实施例3
⑵熔炼阶段电参数
Figure BDA0001878839610000055
2.检验结果
⑴化学成分
Figure BDA0001878839610000061
⑵低倍组织
黑斑 白斑 径向偏析 环形花样
标准 A A B B
实施例3 0 0 A 0
⑶力学性能
Figure BDA0001878839610000062
⑷非金属夹杂物及晶粒度
Figure BDA0001878839610000063

Claims (3)

1.一种真空自耗熔炼生产含锰钢的冶炼方法，其特征在于：在电极重熔过程中充入洁净的氩气，压力为50Pa～3000Pa；重熔过程电参数调整：
开始阶段：
步骤1：电流:4.0kA、电压：22.5V、熔滴率：2.5l/s、时间：1min；
步骤2：电流:13.0kA、电压：25.0V、熔滴率：2.5l/s、时间：50min；
步骤3：电流:11.2kA、电压：24.0V、熔滴率：2.5l/s、时间：60min；
熔炼阶段：
步骤1：电流:11.15kA、熔化率：5.62kg/min、电压：23.86V、熔滴率：3.15l/s、氩气压力：50.29Pa；
步骤2：电流:11.29kA、熔化率：5.98kg/min、电压：23.69V、熔滴率：2.87l/s、氩气压力：50.05Pa；
步骤3：电流:11.23kA、熔化率：6.00kg/min、电压：23.45V、熔滴率：2.82l/s、氩气压力：50.05Pa；
步骤4：电流:11.29kA、熔化率：5.95kg/min、电压：23.66V、熔滴率：2.17l/s、氩气压力：49.81Pa；
步骤5：电流:11.34kA、熔化率：5.87kg/min、电压：23.88V、熔滴率：2.37l/s、氩气压力：50.05Pa；
步骤6：电流:11.78kA、熔化率：5.26kg/min、电压：23.87V、熔滴率：1.79l/s、氩气压力：43.91Pa；
热封顶阶段：
步骤1：电流:8.5kA、电压：23.7V、熔滴率：3.0l/s、时间：15min；
步骤2：电流:7.0kA、电压：23.8V、熔滴率：4.0l/s、时间：20min；
步骤3：电流:5.0kA、电压：23.9V、熔滴率：5.0l/s、时间：20min。
2.根据权利要求1所述一种真空自耗熔炼生产含锰钢的冶炼方法，其特征在于：
将熔炼阶段电参数替换为：
步骤1：电流:11.49kA、熔化率：4.98kg/min、电压：24.15V、熔滴率：6.70l/s、氩气压力：23.36Pa；
步骤2：电流:11.05kA、熔化率：6.26kg/min、电压：23.40V、熔滴率：3.14l/s、氩气压力：34.67Pa；
步骤3：电流:11.04kA、熔化率：7.23kg/min、电压：23.69V、熔滴率：2.39l/s、氩气压力：45.25Pa；
步骤4：电流:11.35kA、熔化率：3.28kg/min、电压：23.41V、熔滴率：4.60l/s、氩气压力：49.81Pa；
步骤5：电流:11.25kA、熔化率：4.91kg/min、电压：23.64V、熔滴率：2.78l/s、氩气压力：50.05Pa；
步骤6：电流:11.44kA、熔化率：7.98kg/min、电压：23.42V、熔滴率：2.32l/s、氩气压力：50.05Pa。
3.根据权利要求1所述一种真空自耗熔炼生产含锰钢的冶炼方法，其特征在于：
将熔炼阶段电参数替换为：
步骤1：电流:11.07kA、熔化率：6.19kg/min、电压：23.22V、熔滴率：1.78l/s、氩气压力：49.56Pa；
步骤2：电流:11.01kA、熔化率:6.32kg/min、电压：23.50V、熔滴率：0.85l/s、氩气压力：49.56Pa；
步骤3：电流:10.74kA、熔化率：5.88kg/min、电压：23.30V、熔滴率：2.30l/s、氩气压力：49.81Pa；
步骤4：电流:10.52kA、熔化率：6.20kg/min、电压：23.40V、熔滴率：2.45l/s、氩气压力：50.05Pa；
步骤5：电流:10.23kA、熔化率：6.37kg/min、电压：23.46V、熔滴率：2.67l/s、氩气压力：50.05Pa；
步骤6：电流:10.31kA、熔化率：6.01kg/min、电压：23.48V、熔滴率：2.30l/s、氩气压力：50.05Pa。
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