CN112458303A - 一种低碳超低钛高强钢超纯冶炼工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低碳超低钛高强钢超纯冶炼工艺，通过控制电渣金属熔池氧含量、控制母电极氧含量，向电极中加入一定量活泼性强于钛的铝元素，在电渣重熔过程的后半段加入一定量二氧化钛粉末等措施，确保电渣重熔后钛含量达到技术标准规定且均匀分布。本发明的实施效果：本超纯冶炼工艺电渣重熔中烧“铝”保“钛”，电渣锭头尾钛含量偏差在±0.02％，钢锭整体钛含量分布均匀，确保了钢的强韧性匹配。本发明对超低含量活泼合金元素成分控制窄的合金结构钢成分控制具有较大的工程化应用价值。

Description

一种低碳超低钛高强钢超纯冶炼工艺
技术领域
本发明属于合金钢特种冶炼工艺，具体涉及一种低碳超低钛高强钢超纯冶炼工艺，真空感应冶炼后，再通过电渣重熔冶炼。
背景技术
低碳超低钛高强钢为航空工业用合金结构钢，为碳：0.12％～0.18％、锰：0.7％～1.0％、硅：0.17％～0.37％、铬：1.40％～1.90％、钼不大于0.15％、镍：1.40％～1.80％、硫不大于0.005％、磷不大于0.010％、钛：0.06％～0.12％、[氧]不大于20×10-6、[氮]不大于30×10-6、[氢]不大于1×10-6、其余为铁；超低含量钛元素即改善了夹杂物结构及分布以提高钢韧性，又细化晶粒，有益钢的强韧性；经简单的淬回火处理，强韧性能够达到最佳匹配：抗拉强度(Rm)不小于1200MPa、冲击吸收能量(KU2)不小于150J、断后伸长率(A)不小于12％、断面收缩率(Z)不小于55％，现已广泛应用在航空领域关键承力部件、各类高端紧固件。采用真空感应炉制备电渣重熔母电极，具有精准控制成分、电极纯度高([氧]不大于10×10-6、[氮]不大于15×10-6、[氢]不大于1×10-6、硫小于0.001％、磷小于0.006％)，合金收得率高于95％等特点，从而保证超纯电极的内部组织均匀。电渣重熔具有降低非金属夹杂物含量和改善非金属夹杂物形态分布、进一步去除硫含量、改善钢锭各向异性等特点，使钢锭进一步提纯。然而对于超低含量钛、成分范围窄的合金结构钢，在电渣重熔过程中对钛元素均匀分布控制存在极大的难度，特别是钢锭头尾元素钛化学成分差异较大；再有铁、锰、铬等变价氧化物通过高/低价氧化物之间相互转化将氧转入金属中，使活泼合金元素氧化，尤其导致超低含量成分控制窄的活泼元素钛烧损严重。
发明内容
本发明公开一种低碳超低钛高强钢超纯冶炼工艺，通过控制电渣金属熔池氧含量、控制母电极氧含量，向电极中加入一定量活泼性强于钛的合金元素，在电渣重熔过程的后半段加入一定量合金粉末等措施，确保电渣重熔后钛含量达到技术标准规定且均匀分布。
本发明的工艺路线：采用真空感应炉冶炼+保护气氛电渣炉电渣重熔冶炼工艺，在真空感应炉合理配料时，加入适量的活泼性强于钛的铝；在电渣重熔过程中烧“铝”保“钛”，并且合理配入钛含量。
具体技术措施：真空感应炉配料中碳、锰、硅、铬、镍元素按成分控制区间的中上限配入，铝配入量按0.08％～0.10％，钛配入量按0.15％～0.18％，控制电极[氧]不大于10×10-6、[氮]不大于15×10-6；电渣重熔时，电渣炉内提前半小时大流量充氩气，氩气流量按10L/min～35L/min加入，Φ330锭型采用提纯渣系Al2O3:CaF2＝30:70，加入渣量34kg，熔速按照4kg/min～5kg/min控制，根据电极钛的成分在电渣重熔后半段每分钟加入一定量二氧化钛粉末。
本发明主要解决控制钛含量及其均匀分布问题。首先控制母电极氧含量小于10×10-6，其次在不影响钢性能的基础上向电极中加入一定量铝元素，起到烧“铝”保“钛”的作用，再次采用氩气保护降低电渣金属熔池周围氧含量防止氧化烧损，最后在电渣重熔过程的后半段每分钟加入一定量二氧化钛等措施，确保钢锭超低含量钛元素均匀分布。
本发明的实施效果：本超纯冶炼工艺电渣重熔中烧“铝”保“钛”，电渣锭头尾钛含量偏差在±0.02％，钢锭整体钛含量分布均匀，确保了钢的强韧性匹配。本发明对超低含量活泼合金元素成分控制窄的合金结构钢成分控制具有较大的工程化应用价值。
附图说明
图1是Ti-1钢的电极及钢锭不同位置钛含量变化图；
图2是Ti-2钢的电极及钢锭不同位置钛含量变化图；
图3是Ti-3钢的电极及钢锭不同位置钛含量变化图。
具体实施方式
实施例1、实施例2、实施例3中真空感应炉配料共同按碳按0.17％、锰按0.9％、硅按0.3％、铬按1.7％、镍按1.6％、铝按0.1％配入，钛配入量按0.17％。
实施例1
Ti-1钢经真空感应+电渣重熔Φ330钢锭具体步骤：电极钛为0.17％、[氧]为10×10-6、[氮]为17×10-6；电渣重熔时，电渣炉内提前半小时大流量充氩气，氩气流量按35L/min加入，采用提纯渣系Al2O3:CaF2＝30:70加入，渣量34kg，钢锭熔速按照4.5kg/min进行控制，电渣重熔后半段按2g/min加入二氧化钛粉末。
重熔后Ti-1钢化学成分(％)：碳为0.165/0.167、锰为0.84/0.86、硅为0.36/0.35、硫为0.001、磷为0.004、镍为1.60、铬为1.74、铝为0.04/0.05、钛为0.06/0.09、[氧]为16×10-6、[氮]为24×10-6、[氢]为1×10-6；分别对Φ330钢锭头、尾及中部均分5点取样检验钛含量，钛含量(％)分别为：0.06/0.06/0.07/0.06/0.09，钛含量如图1所示。
轧制后Φ50成品性能：抗拉强度(Rm)为1326MPa、屈服强度(Rp0.2)为1150MPa、断后伸长率(A)为14.5％、断面收缩率(Z)为64％、冲击吸收能量(KU2)为171.3J。
实施例2
Ti-2钢经真空感应+电渣重熔Φ330钢锭具体步骤：电极钛为0.20％、[氧]为8×10-6、[氮]为15×10-6；电渣重熔时，电渣炉内提前半小时大流量充氩气，氩气流量按30L/min加入，采用提纯渣系Al2O3:CaF2＝30:70加入，渣量34kg，钢锭熔速按照5.0kg/min进行控制，电渣重熔后半段按2g/min加入二氧化钛粉末。
重熔后Ti-2钢化学成分(％)：碳为0.173/0.168、锰为0.87/0.88、硅为0.32/0.29、硫为0.001、磷为0.005、镍为1.63、铬为1.72、铝为0.04/0.03、钛为0.08/0.07、[氧]为14×10-6、[氮]为26×10-6、[氢]为1×10-6；分别对Φ330钢锭头、尾及中部均分5点取样检验钛含量，钛含量(％)分别为：0.07/0.07/0.07/0.07/0.08，钛含量如图2所示。
轧制后Φ50成品性能：抗拉强度(Rm)为1311MPa、屈服强度(Rp0.2)为1140MPa、断后伸长率(A)为14％、断面收缩率(Z)为65％、冲击吸收能量(KU2)为175.2J。
实施例3
Ti-3钢经真空感应+电渣重熔Φ330钢锭具体步骤：电极钛为0.16％、[氧]为10×10-6、[氮]为15×10-6；电渣重熔时，电渣炉内提前半小时大流量充氩气，氩气流量按35L/min加入，采用提纯渣系Al2O3:CaF2＝30:70加入，渣量34kg，钢锭熔速按照4.5kg/min进行控制，电渣重熔后半段按2g/min加入二氧化钛粉末。
重熔后Ti-1钢化学成分(％)：碳为0.162/0.155、锰为0.84/0.89、硅为0.36/0.29、硫为0.001、磷为0.004、镍为1.62、铬为1.67、铝为0.05/0.03、钛为0.09/0.09、[氧]为18×10-6、[氮]为22×10-6、[氢]为1×10-6；分别对Φ330钢锭头、尾及中部均分5点取样检验钛含量，钛含量(％)分别为：0.09/0.10/0.10/0.10/0.09，钛含量如图1所示。
轧制后Φ45成品性能：抗拉强度(Rm)为1256MPa、屈服强度(Rp0.2)为1016MPa、断后伸长率(A)为14％、断面收缩率(Z)为64％、冲击吸收能量(KU2)为178.2J。

Claims (4)

1.一种低碳超低钛高强钢超纯冶炼工艺，其特征在于，低碳超低钛高强钢化学成分为碳：0.12％～0.18％、锰：0.7％～1.0％、硅：0.17％～0.37％、铬：1.40％～1.90％、钼不大于0.15％、镍：1.40％～1.80％、硫不大于0.005％、磷不大于0.010％、钛：0.06％～0.12％、[氧]不大于20×10-6、[氮]不大于30×10-6、[氢]不大于1×10-6、其余为铁；采用真空感应炉冶炼+保护气氛电渣炉电渣重熔冶炼工艺，真空感应炉配料中碳、锰、硅、铬、镍元素按成分控制区间的中上限配入，铝配入量按0.08％～0.10％，钛配入量按0.15％～0.18％，控制电极[氧]不大于10×10-6、[氮]不大于15×10-6；电渣重熔时，电渣炉内提前半小时大流量充氩气，氩气流量按10L/min～35L/min加入，Φ330锭型采用提纯渣系Al2O3:CaF2＝30:70，加入渣量34kg，熔速按照4kg/min～5kg/min控制，根据电极钛的成分在电渣重熔后半段每分钟加入一定量二氧化钛粉末。
2.根据权利要求1述所述一种低碳超低钛高强钢超纯冶炼工艺，其特征在于，真空感应炉配料碳按0.17％、锰按0.9％、硅按0.3％、铬按1.7％、镍按1.6％、铝按0.1％配入，钛配入量按0.17％；电极钛为0.17％、[氧]为10×10-6、[氮]为17×10-6；电渣重熔时，电渣炉内提前半小时大流量充氩气，氩气流量按35L/min加入，采用提纯渣系Al2O3:CaF2＝30:70加入，渣量34kg，钢锭熔速按照4.5kg/min进行控制，电渣重熔后半段按2g/min加入二氧化钛粉末。
3.根据权利要求1述所述一种低碳超低钛高强钢超纯冶炼工艺，其特征在于，真空感应炉配料碳按0.17％、锰按0.9％、硅按0.3％、铬按1.7％、镍按1.6％、铝按0.1％配入，钛配入量按0.17％；电极钛为0.20％、[氧]为8×10-6、[氮]为15×10-6；电渣重熔时，电渣炉内提前半小时大流量充氩气，氩气流量按30L/min加入，采用提纯渣系Al2O3:CaF2＝30:70加入，渣量34kg，钢锭熔速按照5.0kg/min进行控制，电渣重熔后半段按2g/min加入二氧化钛粉末。
4.根据权利要求1述所述一种低碳超低钛高强钢超纯冶炼工艺，其特征在于，真空感应炉配料碳按0.17％、锰按0.9％、硅按0.3％、铬按1.7％、镍按1.6％、铝按0.1％配入，钛配入量按0.17％；电极钛为0.16％、[氧]为10×10-6、[氮]为15×10-6；电渣重熔时，电渣炉内提前半小时大流量充氩气，氩气流量按35L/min加入，采用提纯渣系Al2O3:CaF2＝30:70加入，渣量34kg，钢锭熔速按照4.5kg/min进行控制，电渣重熔后半段按2g/min加入二氧化钛粉末。
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