CN112159932A - 超高强度稀土4340钢的制造方法 - Google Patents

超高强度稀土4340钢的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高强度稀土4340钢的制造方法，该制造方法包括对钢材原料进行净化、熔炼获得钢锭，对所述钢锭进行强压快锻获得锻件，对所述锻件进行热处理；其中，选用合金元素Cr、Ni、Mo以及原生态废钢作为所述钢材原料，进行EF熔炼、VIM精炼、VAR真空自耗并加入稀土元素La、Ce，冶炼得稀土4340钢，所述稀土4340钢的组分为：0.38%≤C≤0.43%、0.15%≤Si≤0.35%、0.60%≤Mn≤0.80%、0.70%≤Cr≤0.90%、1.65%≤Ni≤2.00%、P≤0.005%、S≤0.002%、0.20%≤Mo≤0.30%、0.1%≤La和Ce≤0.2%，其余为Fe。本发明的优点是：通过在钢材原料内加入稀土元素La、Ce，从而获得超高强度稀土4340钢，并且超高强度稀土4340钢的抗拉强度与屈服强度均满足超高强度钢的使用要求。

Description

超高强度稀土4340钢的制造方法
技术领域
本发明涉及冶金的技术领域，尤其是一种超高强度稀土4340钢的制造方法。
背景技术
美国AISI4340高强度钢抗拉强度980Mpa，屈服强度835Mpa，现需要超高强度钢抗拉强度≥1600Mpa、屈服强度≥1400Mpa。从美国SISI4340标准看，抗拉强度达不到1600Mpa、屈服强度达不到1400Mpa。因此，要对4340钢的抗拉强度与屈服强度进行强化，以达到超高强度钢的标准。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种超高强度稀土4340钢的制造方法，通过在钢材原料内加入稀土元素La、Ce，从而获得超高强度稀土4340钢，并且超高强度稀土4340钢的抗拉强度与屈服强度均满足超高强度钢的使用要求。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种超高强度稀土4340钢的制造方法，所述制造方法包括对钢材原料进行净化、熔炼获得钢锭，对所述钢锭进行强压快锻获得锻件，对所述锻件进行热处理，其特征在于：选用合金元素Cr、Ni、Mo以及原生态废钢作为所述钢材原料，进行EF 熔炼、VIM精炼、VAR真空自耗并加入稀土元素La和Ce，冶炼得稀土4340钢，所述稀土4340钢的组分为：0.38%≤C≤0.43%、0.15%≤Si≤0.35%、0.60%≤Mn≤0.80%、0.70%≤Cr≤0.90%、1.65%≤Ni≤2.00%、P≤0.005%、S≤0.002%、0.20%≤Mo≤0.30%、0.1%≤La和Ce≤0.2%，其余为Fe。
在所述EF熔炼过程中加入复合脱氧剂，所述复合脱氧剂的组分为：6%≤Si≤7%、16%≤Mn≤18%、5%≤Al≤5.5%、4.5%≤Ca≤5.0%，其余为Fe。
所述VIM精炼过程中进行脱气处理，减少气体中非金属元素H、O的含量，使H≤1.6ppm、O≤20ppm。
在所述钢材原料出钢时预先在钢包中加入所述稀土元素La和Ce，并使所述稀土元素La和Ce与所述钢材原料均匀混合，浇注得到所述钢锭。
在获得所述钢锭并对其整修后，对所述钢锭进行加热，所述钢锭采用台阶式加热法，所述钢锭第一阶段加热温度从20℃到560℃，温度加热速率为80℃/h；第二阶段加热温度从560℃-860℃，温度加热速率为100℃/h；第三阶段加热温度从860℃到1150℃，温度加热速率为120℃/h。
所述强压快锻采用FM法，其始锻温度为1150℃，终锻温度≥900℃，锻造比≥3。
所述热处理包括高温淬火和低温回火，所述高温淬火的温度为860℃±10℃并进行油冷，所述低温回火的温度为200℃±10℃并水冷至室温。
本发明的优点是：通过在钢材原料内加入稀土元素La、Ce，从而获得超高强度稀土4340钢，并且超高强度稀土4340钢的抗拉强度与屈服强度均满足超高强度钢的使用要求。
附图说明
图1为本发明的AISI4340钢与稀土4340钢的力学性能表。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例：本实施例中的超高强度稀土4340钢的制造方法步骤具体如下：
1、选用高纯洁净的钢材原料，其中包括：微碳铬铁、0＃镍板、金属钼丝和原生态废钢（无铁锈、无泥砂、无灰尘、无油腻、无污染，从钢厂直接棒料头子、钢板边角料块料） ，并对上述钢材原料进行净化处理，烘干进炉子；
2、对炉膛和钢包进行净化处理，洗炉，先炼2-3炉AISI4340钢，将炉膛和钢包壁上残余元素（如W、Ti、Al、Pb、Sn等有害元素）带走，炉膛、钢包壁上残余钢液与本实施例的稀土4340钢一致；
3、进行EF熔炼，在EF熔炼过程中加入复合脱氧剂（复合脱氧剂的组分为：6%≤Si≤7%、16%≤Mn≤18%、5%≤Al≤5.5%、4.5%≤Ca≤5.0%，其余为Fe），使复合脱氧剂与钢水中氧化物、硫化物经化合反应形成钢渣，浮在钢水上面，经过氧化期、还原期、出钢前三次扒渣，净化钢水，减少非金属夹杂物，提高钢水纯净度，进一步提高钢的强韧度，提高强度和韧性；
4、进行VIM真空感应炉精炼，同时进行脱气处理，减少气体中非金属元素H、O的含量，使﹝H﹞≤1.6ppm、﹝O﹞≤20ppm，提高钢致密度，改善钢性能；
5、进行VAR 真空自耗（或气体保护电渣），进一步减少非金属夹杂物，并达到均质，改善钢质量和性能；
6、出钢时在钢包中先加入均匀混合的稀土（包括元素La、Ce），并在钢包底部安装吹氩，使稀土元素La、Ce均匀混合，接着倒入钢水，搅拌3-5分钟，使稀土元素La、Ce与钢水均匀混合，浇注获得钢锭，其中，在钢水中加入稀土元素La、Ce，可以提高本实施例稀土4340钢的强韧性；具体地，本实施例中，该稀土采用国家标准GB/T4153-2008、产品牌号为194020C的混合稀土，其组分为：La≥30%，Ce≥60%,Pr为4-8%，Sn＜0.1%，其余为杂质；
7、钢锭经整修后进炉加热，加热方式采用台阶式加热法，钢锭第一阶段加热温度从20℃到560℃，温度加热速率为80℃/h；第二阶段加热温度从560℃-860℃，温度加热速率为100℃/h；第三阶段加热温度从860℃到1150℃，温度加热速率为120℃/h，并且每阶段都应进行保温，保温时间根据锻件直径来计算，要求钢锭中心温度与表面温度一致，本实施例中，钢锭各阶段的保温时间均为1.5-3.5小时；具体地，台阶式加热法可以使钢锭内部与外表面温度保持一致，相比于直线快速加温，不容易使钢锭产生裂纹；
8、 采用FM法对钢锭进行强压快锻，其始锻温度为1150℃，终锻温度≥900℃，钢锭锻透，其锻造比≥3，最后获得锻件；
9、对锻件进行热处理，其热处理采用高温淬火、低温回火的方式，其中，高温淬火的温度为860℃±10℃并进行油冷，低温回火的温度为200℃±10℃并水冷至室温；获得本实施例中的稀土4340钢，组分为：0.38%≤C≤0.43%、0.15%≤Si≤0.35%、0.60%≤Mn≤0.80%、0.70%≤Cr≤0.90%、1.65%≤Ni≤2.00%、P≤0.005%、S≤0.002%、0.20%≤Mo≤0.30%、0.1%≤La和Ce≤0.2%，其余为Fe。
10、对本实施例的稀土4340钢进行性能检测。
本实施例通过在稀土4340钢中加入稀土元素La、Ce，可有效地加强稀土4340钢的屈服强度和抗拉强度。此外，本实施例的稀土4340钢中非金属元素P、S的含量均低于AISI4340钢中的非金属元素P、S的含量，而低含量的非金属元素P、S可在一定程度上保证钢的强度，即可进一步地提高钢的屈服强度和抗拉强度。
本实施例的稀土4340钢主要是为了提升钢的强度，即钢的屈服强度和抗拉强度。如图1所示，通过测试对AISI4340钢和稀土4340钢的力学性能进行对比，其中，AISI4340钢的屈服强度≥835Mpa，抗拉强度≥980 Mpa，延伸率≥12%，断面收缩率为45%，而本实施例的稀土4340钢的屈服强度为分别为1980Mpa，抗拉强度为1860 Mpa，延伸率≥10.5%，断面收缩率为15%，稀土4340钢的屈服强度和抗拉强度远大于AISI4340钢，并且可达到超高强度钢的标准（屈服强度≥1400Mpa、抗拉强度≥1600Mpa）。由此可见，本实施例的稀土4340钢较AISI4340钢，屈服强度和抗拉强度大幅度提高。
虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

Claims (7)

1.一种超高强度稀土4340钢的制造方法，所述制造方法包括对钢材原料进行净化、熔炼获得钢锭，对所述钢锭进行强压快锻获得锻件，对所述锻件进行热处理，其特征在于：选用合金元素Cr、Ni、Mo以及原生态废钢作为所述钢材原料，进行EF 熔炼、VIM精炼、VAR真空自耗并加入稀土元素La和Ce，冶炼得稀土4340钢，所述稀土4340钢的组分为：0.38%≤C≤0.43%、0.15%≤Si≤0.35%、0.60%≤Mn≤0.80%、0.70%≤Cr≤0.90%、1.65%≤Ni≤2.00%、P≤0.005%、S≤0.002%、0.20%≤Mo≤0.30%、0.1%≤La和Ce≤0.2%，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种超高强度稀土4340钢的制造方法，其特征在于：在所述EF熔炼过程中加入复合脱氧剂，所述复合脱氧剂的组分为：6%≤Si≤7%、16%≤Mn≤18%、5%≤Al≤5.5%、4.5%≤Ca≤5.0%，其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种超高强度稀土4340钢的制造方法，其特征在于：所述VIM精炼过程中进行脱气处理，减少气体中非金属元素H、O的含量，使H≤1.6ppm、O≤20ppm。
4.根据权利要求1所述的一种超高强度稀土4340钢的制造方法，其特征在于：在所述钢材原料出钢时预先在钢包中加入所述稀土元素La和Ce，并使所述稀土元素La和Ce与所述钢材原料均匀混合，浇注得到所述钢锭。
5.根据权利要求1或4所述的一种超高强度稀土4340钢的制造方法，其特征在于：在获得所述钢锭并对其整修后，对所述钢锭进行加热，所述钢锭采用台阶式加热法，所述钢锭第一阶段加热温度从20℃到560℃，温度加热速率为80℃/h；第二阶段加热温度从560℃-860℃，温度加热速率为100℃/h；第三阶段加热温度从860℃到1150℃，温度加热速率为120℃/h。
6.根据权利要求1所述的一种超高强度稀土4340钢的制造方法，其特征在于：所述强压快锻采用FM法，其始锻温度为1150℃，终锻温度≥900℃，锻造比≥3。
7.根据权利要求1所述的一种超高强度稀土4340钢的制造方法，其特征在于：所述热处理包括高温淬火和低温回火，所述高温淬火的温度为860℃±10℃并进行油冷，所述低温回火的温度为200℃±10℃并水冷至室温。
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