CN110343811A - 一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法，包括如下步骤：将废钢放入电弧炉内熔化，加入Mo；炉料熔化80‑90%后，加入渣料覆盖；炉料全熔为钢水后加入缓释脱氧剂；扒渣，新渣形成后向钢水中加入Cr、W和Mn，并加入沉淀脱氧剂；向渣料表面分批加入扩散脱氧剂，同时吹惰性气体搅拌精炼，精炼结束前向钢水中加入V；向钢水中补加Si和Co，继续熔炼10‑15min；加入终脱氧剂脱氧后进入真空脱气炉，真空吹氩气脱气处理后出钢浇注，脱模后得到钢锭；将钢锭送入加热炉中，三火次出成品锻件；将成品锻件装入电炉内退火。本发明通过合理的熔炼、锻造和退火工艺，避免锻件中的白点产生并使锻件具有好的力学性能。

Description

一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法
技术领域
本发明涉及钢铁的冶炼和锻造领域，尤其是涉及一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法。
背景技术
锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。
现有技术中一般使用热锻的方法制造锻件，例如，一种在中国专利文献上公开的“低碳高合金钢的锻造工艺”，其公告号CN105328095A，包括如下工艺步骤：胚料准备、一次加热保温、二次加热、三次加热、反复的镦粗，拔长达到锻造比>4.5、冲头冲孔、马杠扩孔、初模冲头膨孔、成型模膨孔精整；采用该工艺技术可以降低低碳高合金钢自由锻的制造成本，还可以解决低碳高合金钢由于成分，晶粒度等控制困难问题造成的使用性能偏低的问题。
但锻件在冷却过程中，由于存在于钢中的氢和组织应力的共同作用，容易产生白点，影响锻件的性能。要防止提高锻件的整体性能，就需寻找合适的熔炼工艺、锻造方法及冷却工艺，消除白点缺陷。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中锻件在冷却过程中，由于存在于钢中的氢和组织应力的共同作用，容易产生白点，影响锻件的性能的问题，提供一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法，通过合理的熔炼工艺、锻造方法及冷却工艺，消除锻件中的白点，并使锻件具有良好的韧性和抗疲劳强度。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法，包括如下步骤：
(1)将低硫磷废钢作为炉料放入电弧炉内熔化，并加入Mo；
(2)炉料熔化80-90％后，加入渣料覆盖炉料；
(3)炉料全熔为钢水后在渣料上加入缓释脱氧剂预脱氧；
(4)扒渣，新渣形成后向钢水中加入Cr、W和Mn，并加入沉淀脱氧剂进行沉淀脱氧；
(5)向渣料表面分批加入扩散脱氧剂，同时利用电弧炉底吹惰性气体搅拌，1500-1600℃下精炼45-60min，精炼结束前5-10min向钢水中加入V；
(6)向钢水中补加Si和Co，继续熔炼10-15min；
(7)加入终脱氧剂脱氧后进入真空脱气炉，真空吹氩气脱气处理25-35min后出钢浇注，脱模后得到钢锭；
(8)将钢锭砂磨后送入加热炉中，三火次出成品锻件；
(9)将成品锻件装入电炉内退火，退火方法：将锻件装炉预热到600-650℃，保温2-4h；然后以40-50℃/h的速度升温到750-850℃；自降到510-530℃点开炉门5公分，470-490℃门开10公分，390-410℃炉门开一半，280-320℃以下门升直，280℃以下全拉出，到50-60℃出炉。
锻件中出现的白点是锻件在冷却过程中产生的一种内部缺陷，是存在于钢中的氢和组织应力共同作用的结果。而钢中的氢来源于熔炼时钢水中的氢，在钢水凝固时来不及溢出钢锭表面而存在于钢锭内部。在压力加工前的加热过程中氢又溶于钢中，压力加工后的冷却过程中，由于奥氏体的分解和温度降低，氢在钢中溶解度减小，氢原子从固溶体中析出到钢锭内部一些显微空隙处，氢原子在这里结合成分子状态，并具有相当的应力。当锻件在冷却过程中因相变而产生组织应力，在一定条件下可达到相当大的数值。由于组织应力及氢析出时所造成的内应力共同作用，使钢发生脆性断裂，从而形成白点。
因此为了避免白点的产生，本发明在经过电弧炉熔炼后，再将钢水送入真空脱气炉进行真空脱气处理，先有效降低熔炼后的钢水中氢的含量；然后通过合理的加热、锻造和退火工艺，细化晶粒、消除应力，从而避免锻件中白点的产生。退火过程中，在600-650℃区间内，氢的扩散速度快，因此本发明先在600-650℃下保温2-4h，可以在减少内外温差和改善内外组织均匀化的同时，使奥氏体充分分解，又可以使中心的氢充分向表面扩散，制得的锻件塑性好，温度应力、相变应力较小。
同时，本发明在熔炼过程中选择适宜的脱氧剂的种类和各合金料的添加顺序，通过控制熔炼工艺，使得熔炼出的合金钢具有较高韧性和硬度。在熔炼过程中，Mo难熔且不易氧化，因此直接在熔化期加入；Cr、W、Mn在熔化期加入会被氧化，造成元素损失，加入过晚又会影响冶炼时间，因此在还原期加入；V和氧的亲和力很大，很易氧化，且V加入使钢水极易吸收空气中的氮气，影响钢的质量，因此不能过早加入，但是V熔化需要一定时间，加入过晚又会影响冶炼时间，所以V应在精炼结束前5-10min加入；Si和Co易被氧化也易熔，故在出钢前加入即可。
熔炼过程中，当炉料熔化80-90％后加入渣料开始造渣，渣料形成后在渣料上加入缓释脱氧剂进行预脱氧。现有技术中一般使用铝进行预脱氧，但通常铝需要加工成铝屑才能使用，这就导致在高温炉气和负压除尘条件下，铝屑燃烧损耗大；且铝屑加料时难以加入均匀，渣料顶部局部会有铝富集，导致回硅、回磷严重，影响合金钢的质量和性能。因此本发明中采用缓释脱氧剂，使缓释脱氧剂可以均匀添加到渣料上，且可以连续释放出铝对渣料进行脱氧，提高合金钢的性能，减少铝的损耗，降低生产成本。
块状的沉淀脱氧剂和粉末状的扩散脱氧剂联合使用，可以在保证脱氧效果的前提下减少反应时间。
采用本发明所述的熔炼和锻造方法，最终得到的合金钢锻件无白点产生，整体性能佳，且制造过程中可以节约原料，降低成本。
作为优选，步骤(7)中真空脱气处理时吹氩气的流量为20-40L/min。氩气流量在此范围内可以有效降低钢水中氢的含量，减小后续锻造过程中白点产生的可能。
作为优选，步骤(8)中三火次的加热工艺为：600-700℃下保温2-3h，以50-60℃/h的速度升温至800-900℃后保温3-4h，再以150-200℃/h的速度升温至1150-1200℃保温4-5h。采用此加热工艺，可提高坯料的塑性和锻造性能。
作为优选，步骤(8)中出成品锻件时的始锻温度为1120-1140℃，终锻温度880-950℃。采用适当的始锻温度可以避免出现过热、过烧现象；适当的终锻温度可以避免锻件中产生裂纹，并使锻件中晶粒细密，提高锻件力学性能。
作为优选，熔炼得到的高韧性合金钢中，各组分的质量分数为：C 0.68-0.76％，Si0.90-1.20％，Mn 0.35-0.45％，Cr 7.50-8.50％，V 0.30-0.50％，Mo 2.00-2.50％，W 0-0.50％，Co0.75-1.25％，P≤0.025％，S≤0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在合金钢中加入硅，能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度；硅和钼、钨、铬等元素结合能提高材料的抗腐蚀性、抗氧化性和耐热性；在合金钢中加入锰，不但可以使合金钢有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能；在合金钢中加入钒，可细化组织晶粒，提高强度和韧性，钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力；在合金钢中加入钴，制得的合金钢可以作为电极材料。
磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变差，降低塑性，使冷弯性能变坏，因此通常要求钢中含磷量小于0.045％，本发明中P控制在0.003％或0.025％以下。硫在通常情况下也是有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹，硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性，所以通常要求硫含量小于0.055％，本发明中S控制在0.025％或0.020％以下。
具有上述合金比例的合金钢，具有较高韧性，且其化学成份接近高速钢的基本成分，因此还兼具高速钢的高硬度和高强度，与普通的合金钢相比，还具有良好的抗疲劳强度、抗腐蚀性、抗氧化性和耐热性，并可以用来制作电极材料、磁性材料等特殊用途。
作为优选，步骤(2)中的渣料中包括质量分数为65-75％的石灰及25-35％的萤石，渣料的添加量为每吨钢水16-20kg。石灰的主要作用是脱磷和脱硫，而加入萤石可以与CaO作用，直接促使石灰的熔化，显著降低2CaO·SiO2的熔点，使渣料在高碱度下有较低的熔化温度，萤石不仅可以降低碱性炉渣的粘度，也为FeO进入石灰块内部创造了条件。
作为优选，步骤(3)中的缓释脱氧剂，由聚乙烯塑料粒、Al、轻烧镁粉及铝矾土热压成球团制成，各组分质量分数为：Al 32-36％、轻烧镁粉9-11％、铝矾土17-20％，余量为聚乙烯塑料粒，缓释脱氧剂的添加量为每吨钢水2-4kg。
将聚乙烯塑料粒、Al、轻烧镁粉及铝矾土热压成球团，聚乙烯塑料粒与其他组分紧密结合，球团可以均匀添加到渣料上，在炉内高温条件下，聚乙烯塑料首先受热分解为氢气、甲烷等气体，使其他固体组分均匀释放，Al对渣料进行还原，轻烧镁粉和铝矾土都有利于石灰的熔化，提高化渣效果。因为聚乙烯塑料分解产生气体，因此还可以使渣料迅速气泡，形成埋弧渣，缩短渣料气泡埋弧时间。
聚乙烯塑料在日常生活中用处广泛，广泛应用在药品和食品包装材料、挤塑的管材、板材，电线电缆包覆、食品容器、药物、化妆品、日用制品等中。因此聚乙烯塑料粒可以使用废弃的聚乙烯塑料制品制成，来源广泛，实现废物利用不但可以达到环保效果，还可以降低生产成本。
因此使用此缓释脱氧剂，可以使脱氧成分均匀连续地释放，提高脱氧效果的稳定性，降低Al的损耗；且造渣成渣速度快，使得脱硫时间更充分，提高脱硫效果，提高电弧热量利用率，降低电耗；可以用废弃聚乙烯塑料制品作为原料，实现废物利用，降低生产成本。
作为优选，步骤(4)中的沉淀脱氧剂为铝块、硅铁、锰铁中的一种或几种，添加量为每吨钢水8-12kg。铝块、硅铁、锰铁易溶于钢水且可以和钢水中的氧结合成稳定的氧化物，脱氧效果好。
作为优选，步骤(5)中的扩散脱氧剂为Si-Ca粉、铅石灰、Al粉中的一种或几种，添加量为每吨钢水2.5-3.5kg。Si-Ca粉、铅石灰、Al粉可以有效还原渣料中的FeO，促使钢水中的氧向渣料中扩散，从而达到降低钢水氧含量的目的。
作为优选，步骤(7)中的终脱氧剂为Ni-Mg中间合金、Al、Ti中的一种或几种，添加量为每吨钢水0.3-0.5kg。Ni-Mg中间合金、Al、Ti可以有效与钢水的氧反应，对钢水进行终脱氧，进一步降低含氧量。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)在经过电弧炉熔炼后，将钢水送入真空脱气炉进行真空脱气处理，先有效降低熔炼后的钢水中氢的含量；然后通过合理的加热、锻造和退火工艺，细化晶粒、消除应力，从而避免锻件中白点的产生；
(2)在电弧炉内熔炼时，合理控制反应条件、合金料加入顺序及脱氧剂的形式，熔炼出的高韧性合金钢脱氧脱硫效果好，高韧性合金钢的整体性能佳，且节约原料，降低成本；
(3)得到的高韧性合金钢锻件中具有特定比例的合金材料，其化学成份接近高速钢的基本成分，因此还兼具高速钢的高硬度和高强度，与普通的合金钢相比，还具有良好的抗疲劳强度、抗腐蚀性、抗氧化性和耐热性，并可以用来制作电极材料、磁性材料等特殊用途；
(4)缓释脱氧剂由聚乙烯塑料粒、Al、轻烧镁粉及铝矾土热压成球团制成，可以使脱氧成分均匀连续地释放，提高脱氧效果的稳定性，降低Al的损耗；且造渣成渣速度快，使得脱硫时间更充分，提高脱硫效果，提高电弧热量利用率，降低电耗；可以用废弃聚乙烯塑料制品作为原料，实现废物利用，降低生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1：
(1)将28.5t低硫磷废钢(其中铁含量≥98wt％，C含量≤0.2wt％，硫和磷含量分别≤0.05wt％)加入电弧炉内，通电在1500℃下熔化，加增碳剂配碳，使碳含量达到0.8％；在熔化期加入765kg Mo；
(2)炉料熔化90％后，按15kg/t钢水和5kg/t钢水的用量加入石灰和萤石覆盖炉料；
(3)炉料全熔后，按3kg/t钢水的用量在渣料上加入缓释脱氧剂预脱氧。缓释脱氧剂的制备方法为：将聚乙烯塑料破碎处理成聚乙烯塑料粒，然后按照Al 35wt％，轻烧镁粉10wt％，铝矾土19wt％，聚乙烯塑料粒36wt％比例将各组分混合，热压粒度成粒度为10mm的球团；
(4)扒渣并使钢水升温，新渣形成后白渣保持15min后，且温度达到1550℃后，向钢水中加入2565kg Cr、155kg W和165kg Mn，并按10kg/t钢水的量加入硅铁进行沉淀脱氧；
(5)向渣料表面按3kg/t钢水的用量分三批加入Si-Ga粉作为扩散脱氧剂，同时利用电弧炉底吹氩气搅拌，1600℃下精炼1h，精炼结束前5min向钢水中加入165kg V；
(6)向钢水中补加370kg Si和390kg Co，继续熔炼10min；
(7)按0.4kg/t钢水的用量加入Al作为终脱氧剂，等钢水均匀后，进入真空脱气炉，以30L/min的流量吹氩气脱气处理30min后出钢浇注，脱模后得到钢锭；
(8)将钢锭砂磨后送入加热炉中，采用墩粗和拔长工艺三火次出成品锻件，三火次的加热工艺为：650℃下保温2.5h，以55℃/h的速度升温至850℃后保温3.5h，再以180℃/h的速度升温至1180℃保温4.5h，始锻温度为1130℃，终锻温度900℃，总锻压比为4；
(9)将成品锻件装入电炉内退火，退火方法：将锻件装炉预热到630℃，保温3h；然后以45℃/h的速度升温到800℃；自降到520℃点开炉门5公分，480℃门开10公分，400℃炉门开一半，300℃以下门升直，280℃以下全拉出，到55℃出炉。
实施例2：
(1)将28.5t低硫磷废钢(其中铁含量≥98wt％，C含量≤0.2wt％，硫和磷含量分别≤0.05wt％)加入电弧炉内，通电在1300℃下熔化，加增碳剂配碳，使碳含量达到0.72％；在熔化期加入615kg Mo；
(2)炉料熔化80％后，按12kg/t钢水和4kg/t钢水的用量加入石灰和萤石覆盖炉料；
(3)炉料全熔后，按2kg/t钢水的用量在渣料上加入缓释脱氧剂预脱氧。缓释脱氧剂的制备方法为：将聚乙烯塑料破碎处理成聚乙烯塑料粒，然后按照Al 32wt％，轻烧镁粉9wt％，铝矾土20wt％，聚乙烯塑料粒39wt％比例将各组分混合，热压粒度成粒度为10mm的球团；
(4)扒渣并使钢水升温，新渣形成后白渣保持15min后，且温度达到1500℃后，向钢水中加入2280kg Cr、155kg W和135kg Mn，并按8kg/t钢水的量加入硅铁进行沉淀脱氧；
(5)向渣料表面按2.5kg/t钢水的用量分三批加入Si-Ga粉作为扩散脱氧剂，同时利用电弧炉底吹氩气搅拌，1500℃下精炼1.5h，精炼结束前10min向钢水中加入105kg V；
(6)向钢水中补加285kg Si和225kg Co，继续熔炼10min；
(7)按0.3kg/t钢水的用量加入Ni-Mg中间合金作为终脱氧剂，等钢水均匀后，进入真空脱气炉，以20L/min的流量吹氩气脱气处理35min后出钢浇注，脱模后得到钢锭；
(8)将钢锭砂磨后送入加热炉中，采用墩粗和拔长工艺三火次出成品锻件，三火次的加热工艺为：600℃下保温3h，以50℃/h的速度升温至800℃后保温4h，再以150℃/h的速度升温至1150℃保温5h，始锻温度为1120℃，终锻温度880℃，总锻压比为4；
(9)将成品锻件装入电炉内退火，退火方法：将锻件装炉预热到600℃，保温4h；然后以40℃/h的速度升温到750℃；自降到510℃点开炉门5公分，470℃门开10公分，390℃炉门开一半，290℃以下门升直，280℃以下全拉出，到50℃出炉。
实施例3：
(1)将28.5t低硫磷废钢(其中铁含量≥98wt％，C含量≤0.2wt％，硫和磷含量分别≤0.05wt％)加入电弧炉内，通电在1400℃下熔化，加增碳剂配碳，使碳含量达到0.8％；在熔化期加入690kg Mo；
(2)炉料熔化90％后，按10.4kg/t钢水和5.6kg/t钢水的用量加入石灰和萤石覆盖炉料；
(3)炉料全熔后，按4kg/t钢水的用量在渣料上加入缓释脱氧剂预脱氧。缓释脱氧剂的制备方法为：将聚乙烯塑料破碎处理成聚乙烯塑料粒，然后按照Al 36wt％，轻烧镁粉11wt％，铝矾土17wt％，聚乙烯塑料粒36wt％比例将各组分混合，热压粒度成粒度为5mm的球团；
(4)扒渣并使钢水升温，新渣形成后白渣保持15min后，且温度达到1500℃后，向钢水中加入2400kg Cr、90kg W和120kg Mn，并按12kg/t钢水的量加入锰铁进行沉淀脱氧；
(5)向渣料表面按3.5kg/t钢水的用量分三批加入Al粉作为扩散脱氧剂，同时利用电弧炉底吹氩气搅拌，1600℃下精炼1h，精炼结束前5min向钢水中加入120kg V；
(6)向钢水中补加300kg Si和300kg Co，继续熔炼15min；
(7)按0.5kg/t钢水的用量加入Al作为终脱氧剂，等钢水均匀后，进入真空脱气炉，以40L/min的流量吹氩气脱气处理25min后出钢浇注，脱模后得到钢锭；
(8)将钢锭砂磨后送入加热炉中，采用墩粗和拔长工艺三火次出成品锻件，三火次的加热工艺为：700℃下保温2h，以60℃/h的速度升温至900℃后保温3h，再以200℃/h的速度升温至1200℃保温4h，始锻温度为1140℃，终锻温度950℃，总锻压比为4；
(9)将成品锻件装入电炉内退火，退火方法：将锻件装炉预热到650℃，保温2h；然后以50℃/h的速度升温到850℃；自降到530℃点开炉门5公分，490℃门开10公分，410℃炉门开一半，310℃以下门升直，280℃以下全拉出，到60℃出炉。
对比例1：
(1)将28.5t低硫磷废钢(其中铁含量≥98wt％，C含量≤0.2wt％，硫和磷含量分别≤0.05wt％)加入电弧炉内，通电在1500℃下熔化，加增碳剂配碳，使碳含量达到0.8％；在熔化期加入765kg Mo；
(2)炉料熔化90％后，按15kg/t钢水和5kg/t钢水的用量加入石灰和萤石覆盖炉料；
(3)炉料全熔后，按3kg/t钢水的用量在渣料上加入缓释脱氧剂预脱氧。缓释脱氧剂的制备方法为：将聚乙烯塑料破碎处理成聚乙烯塑料粒，然后按照Al 35wt％，轻烧镁粉10wt％，铝矾土19wt％，聚乙烯塑料粒36wt％比例将各组分混合，热压粒度成粒度为10mm的球团；
(4)扒渣并使钢水升温，新渣形成后白渣保持15min后，且温度达到1550℃后，向钢水中加入2565kg Cr、155kg W和165kg Mn，并按10kg/t钢水的量加入硅铁进行沉淀脱氧；
(5)向渣料表面按3kg/t钢水的用量分三批加入Si-Ga粉作为扩散脱氧剂，同时利用电弧炉底吹氩气搅拌，1600℃下精炼1h，精炼结束前5min向钢水中加入165kg V；
(6)向钢水中补加370kg Si和390kg Co，继续熔炼10min；
(7)按0.4kg/t钢水的用量加入Al作为终脱氧剂，等钢水均匀后，进入真空脱气炉，以30L/min的流量吹氩气脱气处理30min后出钢浇注，脱模后得到钢锭。
对比例2：
(1)将28.5t低硫磷废钢(其中铁含量≥98wt％，C含量≤0.2wt％，硫和磷含量分别≤0.05wt％)加入电弧炉内，通电在1500℃下熔化，加增碳剂配碳，使碳含量达到0.8％；在熔化期加入765kg Mo；
(2)炉料熔化90％后，按15kg/t钢水和5kg/t钢水的用量加入石灰和萤石覆盖炉料；
(3)炉料全熔后，按3kg/t钢水的用量在渣料上加入缓释脱氧剂预脱氧。缓释脱氧剂的制备方法为：将聚乙烯塑料破碎处理成聚乙烯塑料粒，然后按照Al 35wt％，轻烧镁粉10wt％，铝矾土19wt％，聚乙烯塑料粒36wt％比例将各组分混合，热压粒度成粒度为10mm的球团；
(4)扒渣并使钢水升温，新渣形成后白渣保持15min后，且温度达到1550℃后，向钢水中加入2565kg Cr、155kg W和165kg Mn，并按10kg/t钢水的量加入硅铁进行沉淀脱氧；
(5)向渣料表面按3kg/t钢水的用量分三批加入Si-Ga粉作为扩散脱氧剂，同时利用电弧炉底吹氩气搅拌，1600℃下精炼1h，精炼结束前5min向钢水中加入165kg V；
(6)向钢水中补加370kg Si和390kg Co，继续熔炼10min；
(7)按0.4kg/t钢水的用量加入Al作为终脱氧剂，等钢水均匀后出钢浇注，脱模后得到钢锭；
(8)将钢锭砂磨后送入加热炉中，采用墩粗和拔长工艺两火次出成品锻件，两火次的加热工艺为：近炉后炉内温度从650℃以55℃/h的速度升温至850℃后保温3.5h，再以180℃/h的速度升温至1180℃保温4.5h，始锻温度为1130℃，终锻温度900℃，总锻比为4；
(9)将成品锻件直接空冷。
对比例3：
对比例3与实施例1的区别在于，步骤(8)中三火次的加热工艺为：650℃下保温2.5h，以180℃/h的速度升温至850℃后保温3.5h，再以180℃/h的速度升温至1180℃保温4.5h。其余均与实施例1中相同。
对比例4：
对比例4与实施例1的区别在于，步骤(8)中终锻温度为1000℃，其余均与实施例1中相同。
对比例5：
对比例5与实施例1的区别在于，步骤(9)中的退火方法为：将锻件装炉预热到700℃，保温3h；然后以45℃/h的速度升温到800℃；自降到520℃点开炉门5公分，480℃门开10公分，400℃炉门开一半，300℃以下门升直，280℃以下全拉出，到55℃出炉。
对比例6：
(1)将28.5t低硫磷废钢(其中铁含量≥98wt％，C含量≤0.2wt％，硫和磷含量分别≤0.05wt％)加入电弧炉内，通电在1500℃下熔化，加增碳剂配碳，使碳含量达到0.8％；在熔化期加入765kg Mo、2565kg Cr、155kg W、165kg Mn、165kg V、370kg Si和390kg Co；
(2)炉料熔化90％后，按15kg/t钢水和5kg/t钢水的用量加入石灰和萤石覆盖炉料；
(3)炉料全熔后，按3kg/t钢水的用量在渣料上加入缓释脱氧剂预脱氧。缓释脱氧剂的制备方法为：将聚乙烯塑料破碎处理成聚乙烯塑料粒，然后按照Al 35wt％，轻烧镁粉10wt％，铝矾土19wt％，聚乙烯塑料粒36wt％比例将各组分混合，热压粒度成粒度为10mm的球团；
(4)扒渣并使钢水升温，新渣形成后白渣保持15min后，且温度达到1550℃后，按10kg/t钢水的量加入硅铁进行沉淀脱氧；
(5)向渣料表面按3kg/t钢水的用量分三批加入Si-Ga粉作为扩散脱氧剂，同时利用电弧炉底吹氩气搅拌，1600℃下精炼1h；
(6)按0.4kg/t钢水的用量加入Al作为终脱氧剂，等钢水均匀后，进入真空脱气炉，以30L/min的流量吹氩气脱气处理30min后出钢浇注，脱模后得到钢锭；
(7)将钢锭砂磨后送入加热炉中，采用墩粗和拔长工艺三火次出成品锻件，三火次的加热工艺为：650℃下保温2.5h，以55℃/h的速度升温至850℃后保温3.5h，再以180℃/h的速度升温至1180℃保温4.5h，始锻温度为1130℃，终锻温度900℃，总锻比为4；
(8)将成品锻件装入电炉内退火，退火方法：将锻件装炉预热到630℃，保温3h；然后以45℃/h的速度升温到800℃；自降到520℃点开炉门5公分，480℃门开10公分，400℃炉门开一半，300℃以下门升直，280℃以下全拉出，到55℃出炉。
对比例7：
对比例7与实施例1的区别在于，步骤(3)中炉料全熔后，按1.05kg/t钢水的用量在渣料上加入Al粉预脱氧。其余均与实施例1中相同。
对上述实施例和对比例中得到的锻件进行性能测试，结果如表1所示：
表1：锻件性能测试结果。
从表1中可以看出，实施例1-3中使用本发明中的方法熔炼并锻造出的合金钢锻件内部无白点且具有高韧性、高强度及高硬度，与对比例1中没有进行锻造工艺的合金钢相比，在硬度相近的情况下拉伸强度、屈服强度及冲击韧性有了明显提高。
对比例2中熔炼时没有进行真空脱气工艺，且没有使用本发明中的锻造及退火工艺方法，最终得到的锻件中有白点出现，且锻件的力学性能与实施例1相比大幅下降，证明采用本发明中的熔炼、锻造及退火方法，可以有效改善锻件的白点情况及力学性能。
对比例3-5中改变加热时的升温速度、终锻温度或退火时的温度，使其落在本发明的范围外，锻件的力学性能也有明显下降。证明本发明中选用的加热条件、终锻温度和退火工艺不是常规选择。
对比例6中熔炼时没有使用本发明中的顺序加入合金材料，最终锻件的韧性、强度及硬度均有显著降低。对比例7中预脱氧阶段没有使用本发明中的缓释脱氧剂，而是使用Al粉进行预脱氧，锻件的韧性和硬度也稍有降低。此外，实施例1中电弧炉熔炼终渣中的FeO及MnO质量分数为2.21％，而对比例7中终渣中的FeO及MnO质量分数为3.42％，证明使用Al粉的预脱氧效果不如使用本发明中的缓释脱氧剂的脱氧效果，且对比例7中的脱硫效果也低于实施例1，起泡时间也较长，因此使用本发明中的缓释脱氧剂可以提高熔炼性能。

Claims (10)

1.一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法，其特征是，包括如下步骤：
（1）将低硫磷废钢作为炉料放入电弧炉内熔化，并加入Mo；
（2）炉料熔化80-90%后，加入渣料覆盖炉料；
（3）炉料全熔为钢水后在渣料上加入缓释脱氧剂预脱氧；
（4）扒渣，新渣形成后向钢水中加入Cr、W和Mn，并加入沉淀脱氧剂进行沉淀脱氧；
（5）向渣料表面分批加入扩散脱氧剂，同时利用电弧炉底吹惰性气体搅拌，1500-1600℃下精炼45-60min，精炼结束前5-10min向钢水中加入V；
（6）向钢水中补加Si和Co，继续熔炼10-15min；
（7）加入终脱氧剂脱氧后进入真空脱气炉，真空吹氩气脱气处理25-35min后出钢浇注，脱模后得到钢锭；
（8）将钢锭砂磨后送入加热炉中，三火次出成品锻件；
（9）将成品锻件装入电炉内退火，退火方法：将锻件装炉预热到600-650℃，保温2-4h；然后以40-50℃/h的速度升温到750-850℃；自降到510-530℃点开炉门5公分，470-490℃门开10公分，390-410℃炉门开一半，290-310℃以下门升直，280℃以下全拉出，到50-60℃出炉。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法，其特征是，步骤（7）中真空脱气处理时吹氩气的流量为20-40L/min。
3.根据权利要求1所述的一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法，其特征是，步骤（8）中三火次的加热工艺为：600-700℃下保温2-3h，以50-60℃/h的速度升温至800-900℃后保温3-4h，再以150-200℃/h的速度升温至1150-1200℃保温4-5h。
4.根据权利要求1或3所述的一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法，其特征是，步骤（8）中出成品锻件时的始锻温度为1120-1140℃，终锻温度880-950℃。
5.根据权利要求1所述的一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法，其特征是，熔炼得到的高韧性合金钢中，各组分的质量分数为：C 0.68-0.76%，Si 0.90-1.20%，Mn 0.35-0.45%，Cr 7.50-8.50%，V 0.30-0.50%，Mo 2.00-2.50%，W 0-0.50%，Co 0.75-1.25%，P≤0.025%，S≤0.020%，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法，其特征是，步骤（2）中的渣料中包括质量分数为65-75%的石灰及25-35%的萤石，渣料的添加量为每吨钢水16-20kg。
7.根据权利要求1所述的一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法，其特征是，步骤（3）中的缓释脱氧剂，由聚乙烯塑料粒、Al、轻烧镁粉及铝矾土热压成球团制成，各组分质量分数为：Al 32-36%、轻烧镁粉9-11%、铝矾土17-20%，余量为聚乙烯塑料粒，所述缓释脱氧剂的添加量为每吨钢水2-4kg。
8.根据权利要求1所述的一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法，其特征是，步骤（4）中的沉淀脱氧剂为铝块、硅铁、锰铁中的一种或几种，添加量为每吨钢水8-12kg。
9.根据权利要求1所述的一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法，其特征是，步骤（5）中的扩散脱氧剂为Si-Ca粉、铅石灰、Al粉中的一种或几种，添加量为每吨钢水2.5-3.5kg。
10.根据权利要求1所述的一种高韧性合金钢锻件的熔炼及锻造方法，其特征是，步骤（7）中的终脱氧剂为Ni-Mg中间合金、Al、Ti中的一种或几种，添加量为每吨钢水0.3-0.5kg。
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