CN113088828B - 一种高Mn高Al钢及其真空熔炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高Mn高Al钢及其真空熔炼工艺，化学成分质量百分比为C 1.4‑1.8％，Mn 25‑35％，Al 13‑15％，O≤0.0010％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。整个熔炼工艺使用同一台真空感应炉，采用两次熔炼的方法。第一次熔炼通过大量氩气保护的方式获得Mn收得率＞97％的铁锰铝合金原料锭。第二次熔炼的全过程均在真空条件下进行，通过高真空除气、C脱氧方式获得O含量低于10ppm、纯净度较高的成品锭。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及到一种高Mn高Al钢及其真空熔炼工艺。
背景技术
真空脱氧尤其是真空条件下碳氧反应脱氧是真空感应熔炼脱氧的一种非常重要的手段，真空条件下碳氧反应脱氧的效率远远大于其他脱氧元素，可以使钢液中氧含量降低到一个非常低的水平。使用真空感应炉生产含Mn钢的过程中，为保证Mn收得率，Mn合金加入前，常须向炉内充入大量的保护氩气，破坏了炉内真空气氛，降低了碳的脱氧效果。Mn含量越高的钢种，Mn合金加入前，需向炉内充入的保护氩气量越多，降低效果越明显。而Mn合金中含有较高的O，由于炉内压力较高，无法被有效排除，对产品O元素的脱除产生不利影响。对于Mn含量要求较低的钢种，这种影响可以忽略不计。对于Mn含量要求较高的钢种，为保证满足低氧含量要求，必须消除这种影响。
专利202010502710X提供了一种铸造高温合金及其熔炼方法，采用两次熔炼的方法。两次熔炼的浇注过程均使用具有挡渣功能的预制中间包，获得纯净度较高的合金材料。所得材料常温、650℃和760℃条件下铸态性能σb≥950MPa，σp0.2≥750Mpa，δ≥6％；980℃、152N/mm2条件下持久性能δ≥6％，时间≥35h。专利2020107156800提供了一种铁镍铜合金及其真空熔炼工艺，通过两次熔炼的方法，其第二次熔炼通过高真空除气、Al和Ti合金联合脱氧、原料全熔后在钢液表面放入浮渣吸附器，同时以底吹的方式向钢液内部充入氩气搅拌等方法精脱氧。最终获得氧含量低于10ppm，碳含量低于15ppm的铁镍铜合金锭。但专利202010502710X和2020107156800的第二次熔炼均采用高真空除气、C脱氧、Al和Ti脱氧结合的方式脱氧。工序复杂，能耗高，另外Al和Ti脱氧产生夹杂，对产品的纯净度产生不利影响。除此之外，专利2020107156800采用夹渣吸附器吸附钢液中夹杂物，浇注时容易堵塞水口，不利于生产安全、生产连续性及产品收得率。
本发明提供了一种高Mn高Al钢及其真空熔炼工艺，整个熔炼工艺使用同一台真空感应炉，采用两次熔炼的方法。第一次熔炼通过大量氩气保护的方式获得Mn收得率大于97％的铁锰铝合金原料锭。第二次熔炼的全过程均在真空条件下进行，通过高真空除气、C脱氧方式获得O含量低于10ppm、纯净度较高的成品锭。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高Mn高Al钢及其真空熔炼工艺，在保证Mn收得率高于97％的条件下，获得氧含量低于10ppm的高Mn高Al钢锭，所得材料具有较高的洁净度。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高Mn高Al钢，化学成分按质量百分比为C1.4-1.8％，Mn 25-35％，Al 13-15％，O≤0.0010％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
本发明还提供了一种高Mn高Al钢的熔炼方法，熔炼过程使用同一台真空感应炉，采用两次熔炼的方法。
进一步，第一次熔炼的成分要求为C 0.6-0.8％，Mn 33-35％，Al 13.5-14.5％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。具体步骤包括：
(1)化料：随炉加入经过烘干处理的全部C粒和工业纯铁，合炉抽空炉内压力达≤30Pa后通电熔化随炉料；
(2)第一次精炼：随炉料全熔后，迅速提高钢液温度至1630-1650℃，并保温15-20min；
(3)Al合金化：第一次精炼结束后，停电降温至钢液面结膜，分四批次加入全部Al粒，每批次加入量为总加入量的25％；待每批次加入的Al粒全熔后再加入下一批次；
(4)第二次精炼：Al粒全熔后，提高钢液温度至1590-1610℃并保温2-3min；
(5)Mn合金化：第二次精炼结束后，停电降温至钢液温度为1550-1570℃，充氩使炉内压力达1atm，全部金属Mn分八批次加入，每批次加入量为总加入量的12.5％，待每批次加入的金属Mn全熔后再加入下一批次；
(6)浇注：取样分析成分，待成分满足要求后，调整钢液温度为1540-1560℃，带电浇注成直径50mm的原料锭；
第二次熔炼的钢液化学成分要求按质量百分比计：C 1.4-1.8％，Mn 25-35％，Al13-15％，O≤0.0010％，余量为Fe及不可避免的杂质元素；整个熔炼过程均在真空条件下进行；具体步骤包括：
(1)化料：随炉加入第一次熔炼获得的原料锭及C粒，合炉抽空使炉内压力达30Pa以内后通电熔化随炉料；
(2)精炼：随炉料全熔后迅速提高钢液温度至1560-1580℃并保温10-15min；
(3)浇注：精炼结束后，待钢液成分满足要求后，调整钢液温度为1540-1560℃，带电浇注成成品锭。
根据本发明的一种高Mn高Al钢的熔炼方法，优选的，第一次熔炼化料过程中C粒的总加入量为7-7.5kg/t；Al合金化过程中Al粒的总加入量为140-145kg/t；Mn合金化过程中加入的金属Mn的总量为：340-350kg/t。
根据本发明的一种高Mn高Al钢的熔炼方法，优选的，第二次熔炼化料过程中C粒的加入量为8-10kg/t，随炉料熔化速率为1.5-2kg/min。
根据本发明的一种高Mn高Al钢的熔炼方法，优选的，所述在第一次熔炼和第二次熔炼的浇注过程中，均采用同时具有挡渣和过滤功能的预制中间包过滤浮渣。
进一步的，根据本发明的一种高Mn高Al钢的熔炼方法，制得的成品锭在GB/T10561标准下的各类夹杂物均≤1.0级。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
本发明利用同一台真空感应炉，采用两次熔炼的方法。第一次熔炼包括两次精炼过程，结合碳脱氧及适宜的Al粒加入方式，充分脱除工业纯铁和Al粒中的氧。Mn加入前1atm的氩气保护，结合合适的Mn加入方式，保证Mn元素的收得率达97％以上。第二次熔炼以第一次熔炼所得原料锭为原材料，采用高真空除气、C脱氧方式使钢液中O含量低于10ppm。综合两次熔炼过程，获得氧含量均极低、洁净度较高的高Mn高Al钢产品，同时Mn元素的收得率达97％以上。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
以使用150kg真空感应炉生产1个方锥型高Mn高Al钢锭为例。熔炼目标成品高Mn高Al钢化学成分为C1.4-1.8％，Mn 25-35％，Al 13-15％，O≤0.0010％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。所述高Mn高Al钢的熔炼方法，熔炼过程使用同一台真空感应炉，采用两次熔炼的方法，其中：
第一次熔炼的成分要求为C 0.6-0.8％，Mn 33-35％，Al 13.5-14.5％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。具体步骤包括：
(1)化料：经过烘干处理的全部C粒，加入量为7kg/t、工业纯铁，随炉加入，合炉抽空使炉内压力达30Pa以内后通电熔化随炉料。
(2)第一次精炼：随炉料全熔后迅速提高钢液温度至1650℃并保温20min。
(3)Al合金化：第一次精炼结束后，停电至钢液面结膜，分四批次加入全部Al粒，每批次加入量为总加入量的25％，总加入量为145kg/t。待前一批次全熔后再加入后一批次。
(4)第二次精炼：Al全熔后，提高钢液温度至1600℃并保温2min。
(5)Mn合金化：第二次精炼结束后，停电至钢液温度为1550℃，充氩使炉内压力达1atm，分八批次加入全部金属Mn，每批次加入量为总加入量的12.5％，总加入量为345kg/t。待前一批次全熔后再加入后一批次。
(6)浇注：取样分析成分，待成分满足要求后，调整钢液温度为1540℃，带电浇注成直径50mm的原料锭。在浇注过程中，采用同时具有挡渣和过滤功能的预制中间包，过滤浮渣。
脱模后，取钢锭样测成分见下表1：
表1第一次熔炼后钢锭化学成分及含量
| 元素 | C | Mn | Al | O | Fe |
| 成分/wt.％ | 0.68 | 34.2 | 14.2 | 0.011 | 余量 |
第二次熔炼的成分要求为最终成分要求，整个熔炼过程均在真空条件下进行。具体步骤包括：
(1)化料：第一次熔炼获得的原料锭及C粒(加入量为9kg/t)随炉加入，合炉抽空使炉内压力达30Pa以内后通电熔化随炉料。随炉料熔化速率为2kg/min。
(2)精炼：随炉料全熔后迅速提高钢液温度至1560℃并保温15min。
(3)浇注：精炼结束后，取样分析钢液成分，待钢液成分满足要求后，调整钢液温度为1540℃，带电浇注成成品锭。在浇注过程中，采用同时具有挡渣和过滤功能的预制中间包，过滤浮渣。
脱模后，取钢锭样测成分见下表2：
表2钢锭化学成分及含量
| 元素 | C | Mn | Al | O | Fe |
| 成分/wt.％ | 1.55 | 33.5 | 14.0 | 0.0008 | 余量 |
实施例2
以使用150kg真空感应炉生产1个方锥型高Mn高Al钢锭为例。熔炼目标成品高Mn高Al钢化学成分为C1.4-1.8％，Mn 25-35％，Al 13-15％，O≤0.0010％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。所述高Mn高Al钢的熔炼方法，熔炼过程使用同一台真空感应炉，采用两次熔炼的方法，其中：
第一次熔炼的成分要求为C 0.6-0.8％，Mn 33-35％，Al 13.5-14.5％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。具体步骤包括：
(1)化料：经过烘干处理的全部C粒，加入量为7.5kg/t、工业纯铁，随炉加入，合炉抽空使炉内压力达30Pa以内后通电熔化随炉料。
(2)第一次精炼：随炉料全熔后迅速提高钢液温度至1630℃并保温15min。
(3)Al合金化：第一次精炼结束后，停电至钢液面结膜，分四批次加入全部Al粒，每批次加入量为总加入量的25％，总加入量为140kg/t。待前一批次全熔后再加入后一批次。
(4)第二次精炼：Al全熔后，提高钢液温度至1610℃并保温3min。
(5)Mn合金化：第二次精炼结束后，停电至钢液温度为1560℃，充氩使炉内压力达1atm，分八批次加入全部金属Mn，每批次加入量为总加入量的12.5％，总加入量为340kg/t。待前一批次全熔后再加入后一批次。
(6)浇注：取样分析成分，待成分满足要求后，调整钢液温度为1550℃，带电浇注成直径50mm的原料锭。在浇注过程中，采用同时具有挡渣和过滤功能的预制中间包，过滤浮渣。
脱模后，取钢锭样测成分见下表3：
表3第一次熔炼后钢锭化学成分及含量
| 元素 | C | Mn | Al | O | Fe |
| 成分/wt.％ | 0.72 | 33.8 | 13.9 | 0.013 | 余量 |
第二次熔炼的成分要求为最终成分要求，整个熔炼过程均在真空条件下进行。具体步骤包括：
(1)化料：第一次熔炼获得的原料锭及C粒，加入量为9kg/t随炉加入，合炉抽空使炉内压力达30Pa以内后通电熔化随炉料。随炉料熔化速率为1.5kg/min。
(2)精炼：随炉料全熔后迅速提高钢液温度至1570℃并保温10min。
(3)浇注：精炼结束后，取样分析钢液成分，待钢液成分满足要求后，调整钢液温度为1550℃，带电浇注成成品锭。在浇注过程中，采用同时具有挡渣和过滤功能的预制中间包，过滤浮渣。
脱模后，取钢锭样测成分见下表4：
表4钢锭化学成分及含量
| 元素 | C | Mn | Al | O | Fe |
| 成分/wt.％ | 1.59 | 33.1 | 13.5 | 0.0009 | 余量 |
综上所述，本发明利用同一台真空感应炉，采用两次熔炼的方法，第一次熔炼包括两次精炼过程，结合碳脱氧及适宜的Al粒加入方式，充分脱除工业纯铁和Al粒中的氧。Mn加入前1atm的氩气保护，结合合适的Mn加入方式，保证Mn元素的收得率达97％以上。第二次熔炼以第一次熔炼所得圆棒为原材料，采用高真空除气、C脱氧方式使钢液中O含量低于10ppm。综合两次熔炼过程，获得氧含量均极低、洁净度较高的高Mn高Al钢产品，同时Mn元素的收得率达97％以上。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (5)
1.一种高Mn高Al钢的熔炼方法，其特征在于，所述高Mn高Al钢的化学成分质量百分比为C 1.4-1.8%，Mn 25-35%，Al 13-15%，O≤0.0010%，余量为Fe及不可避免的杂质元素， 熔炼过程使用同一台真空感应炉，采用两次熔炼的方法；
第一次熔炼的钢液化学成分百分比为：C 0.6-0.8%，Mn 33-35%，Al 13.5-14.5%，余量为Fe及不可避免的杂质元素；具体步骤包括：
（1）化料：随炉加入经过烘干处理的全部C粒和工业纯铁，合炉抽空炉内压力达≤30Pa后通电熔化随炉料；
（2）第一次精炼：随炉料全熔后，迅速提高钢液温度至1630-1650℃，并保温15-20min；
（3）Al合金化：第一次精炼结束后，停电降温至钢液面结膜，分四批次加入全部Al粒，每批次加入量为总加入量的25%；待每批次加入的Al粒全熔后再加入下一批次；
（4）第二次精炼：Al粒全熔后，提高钢液温度至1590-1610℃并保温2-3min；
（5）Mn合金化：第二次精炼结束后，停电降温至钢液温度为1550-1570℃，充氩使炉内压力达1atm，全部金属Mn分八批次加入，每批次加入量为总加入量的12.5%，待每批次加入的金属Mn全熔后再加入下一批次；
（6）浇注：取样分析成分，待成分满足要求后，调整钢液温度为1540-1560℃，带电浇注成直径50mm的原料锭；
第二次熔炼的钢液化学成分要求按质量百分比计：C 1.4-1.8%，Mn 25-35%，Al 13-15%，O≤0.0010%，余量为Fe及不可避免的杂质元素；整个熔炼过程均在真空条件下进行；具体步骤包括：
（1）化料：随炉加入第一次熔炼获得的原料锭及C粒，合炉抽空使炉内压力达30Pa以内后通电熔化随炉料；
（2）精炼：随炉料全熔后迅速提高钢液温度至1560-1580℃并保温10-15min；
（3）浇注：精炼结束后，待钢液成分满足要求后，调整钢液温度为1540-1560℃，带电浇注成成品锭。
2.根据权利要求1所述的一种高Mn高Al钢的熔炼方法，其特征在于，所述第一次熔炼化料过程中C粒的总加入量为7-7.5kg/t；Al合金化过程中Al粒的总加入量为140-145kg/t；Mn合金化过程中加入的金属Mn的总量为340-350kg/t。
3.根据权利要求1所述的一种高Mn高Al钢的熔炼方法，其特征在于，所述第二次熔炼化料过程中C粒的加入量为8-10kg/t，随炉料熔化速率为1.5-2kg/min。
4.根据权利要求1所述的一种高Mn高Al钢的熔炼方法，其特征在于，所述在第一次熔炼和第二次熔炼的浇注过程中，均采用同时具有挡渣和过滤功能的预制中间包过滤浮渣。
5.根据权利要求1所述的一种高Mn高Al钢的熔炼方法，其特征在于，制得的成品锭在GB/T10561标准下的各类夹杂物均≤1.0级。
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