CN114196868A - 一种减少氧化钆夹杂的含Gd双相不锈钢冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少氧化钆夹杂的含Gd双相不锈钢冶炼方法，属于真空熔炼领域。首先选用低氧原材料的办法控制原材料带入的氧含量。第二限制脱氧剂Al的使用量，控制Al含量小于0.05％，避免B类氧化铝夹杂。第三采用真空感应熔炼时在1500℃‑1550℃区间进行精炼碳脱氧。当控制钢液中的氧含量小于0.0010％，加入真空封装的金属Gd，避免Gd加入后与合金中的氧反应，达到降低含Gd双相不锈钢中氧化钆夹杂的目的。本工艺可减少真空感应冶炼时含Gd双相不锈钢氧化钆夹杂物，获得高质量纯净化的合金。
Description
技术领域
本发明涉及真空熔炼技术领域，具体涉及一种减少氧化钆夹杂的含Gd双相不锈钢冶炼方法。
背景技术
含Gd合金具备良好的中子屏蔽能力，还具有良好的力学性能、抗辐照性能、耐腐蚀性能、优异的加工性能，可实现功能/结构一体化设计，正逐渐成为近年来中子屏蔽材料研究的热点。
含钆(Gd)合金通常包括含Gd镍基合金、含Gd奥氏体不锈钢、含Gd双相不锈钢。而且，Gd含量越高，材料的中子屏蔽性能越好。然而美国研发的含Gd镍基合金Gd含量基本控制在≤2wt.％，韩国轧制的2205双相不锈钢板材Gd含量控制在≤1wt.％。这主要是因为在含Gd合金中，Gd含量超过0.5wt.％时材料的热加工性能急剧降低：由于Gd在合金基体中固溶度极低，而且活性极高，在冶炼过程中极容易与钢液中的氧结合形成颗粒状氧化钆(Gd2O3)，颗粒状氧化钆往往聚集成团簇，而含Gd合金在热变形时，聚集的氧化钆团簇首先发生开裂，导致合金的热加工性能降低。因此，如何避免形成氧化钆团簇、冶炼纯净化合金是含Gd合金大规模应用首先解决的问题。
发明内容
针对现有制备含Gd双相不锈钢在冶炼过程中出现氧化钆夹杂物超标、且难于控制的问题，本发明的目的是提供一种减少氧化钆夹杂的含Gd双相不锈钢冶炼方法，通过控制氧化钆的形成，获得具有良好热加工性能、可实现功能/结构一体化的含Gd双相不锈钢材料。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种减少氧化钆夹杂的含Gd双相不锈钢冶炼方法，该方法使用真空感应炉进行熔炼制备含Gd双相不锈钢，在熔炼过程减少氧化钆夹杂的形成；具体包括如下步骤：
(1)根据所述含Gd双相不锈钢化学成分选择低氧原材料，通过选用低氧原材料的办法控制初始钢液中的氧含量，控制原材料中带入总氧含量小于0.0050wt.％；
(2)真空感应炉抽真空，送电，待原材料化清，在1500-1600℃条件下熔炼20分钟；
(3)炉内通入高纯Ar气，压力40000Pa；加入Si和Mn，化清后精炼，真空感应熔炼时精炼温度选择1500-1550℃，保温15-35分钟；通过精炼碳脱氧，氧含量控制目标小于0.0010wt.％，以利于减少氧化物夹杂含量；
(4)加入金属Gd，1500-1550℃保温20-40s，保证金属Gd完全溶解，出炉。
步骤(1)中，按重量百分比计，所述含Gd双相不锈钢化学成分如下：C：0.02-0.06％；Cr：23.00-26.00％；Ni：4.00-8.00％；Si≤1.00％；稀土Gd：2.00-3.00％；Mn：1.00-2.00％；Mo：1.00-2.00％；Al＜0.05％；O＜0.002％；N＜0.02％；S＜0.002％；P＜0.010％；Fe余量。
步骤(1)中，所采用的原材料包括低O纯铁、高纯Cr、提纯Mn和纯金属Gd，控制纯金属Gd原料的氧化程度，采用真空包装或真空保存，避免纯金属Gd被氧化并形成氧化钆夹杂，以保证原材料O含量＜0.0050wt.％。
步骤(1)中使用低氧含量原材料，避免D类氧化物夹杂。
步骤(3)精炼过程中可使用脱氧剂Al，脱氧剂Al的使用量小于钢液总量的0.05wt.％，避免B类氧化铝夹杂。
该方法制备的含Gd双相不锈钢中消除了团簇状分布的氧化钆夹杂。
本发明的优点和有益效果如下：
1、本发明针对含Gd双相不锈钢在冶炼过程中容易出现氧化钆导致热加工性能差的问题，通过合理的真空冶炼方法设计，调整原材料的种类、脱氧Al的加入、合理设计冶炼工艺参数，从而控制氧化钆的形成，获得具有良好热加工性能、可实现功能/结构一体化的含Gd双相不锈钢中子屏蔽材料。
2、本发明首先通过减少原材料合金中的总氧含量，来减少氧化物夹杂。同时限制铝的使用量也可以避免大块氧化铝生成。采用碳脱氧是减少氧化物最好的办法，脱氧产物不会残留在钢中。在碳脱氧期间需要精准控制精炼温度，避免氧化物坩埚剧烈分解导致的钢液增氧问题，故需采用合理的反应温度，通过对熔炼工艺参数的改进，选择1500℃-1550℃进行碳脱氧反应，最终熔炼的含Gd双相不锈钢中氧化钆夹杂物等级较低，消除了团簇状分布的氧化钆夹杂，有效改善了后续变形产品组织和性能。
3、本发明可大幅减少或消除含Gd双相不锈钢在冶炼工程中产生的氧化钆夹杂，可以明显控制氧化钆夹杂团簇的形成，从而提高材料的高温热加工性能、抗腐蚀性能及力学性能等。而且此技术还可以应用在含Gd高温合金、含Gd奥氏体不锈钢的冶炼工艺中，具有一定的普适性。
附图说明：
图1为实施例1制备的铸造钢锭组织。
图2为实施例2制备的铸造钢锭组织。
图3为对比例1制备的铸造钢锭组织。
图4为对比例2制备的铸造钢锭组织。
具体实施方式：
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。应理解，这些实施案例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
以下实施例和对比例所采用的该不锈钢成分成分如下：
C：0.02-0.06wt.％；Cr：23.00-26.00wt.％；Ni：4.00-8.00wt.％；Si：≤1.00wt.％；稀土Gd：2.00-3.00wt.％；Mn：1.00-2.00wt.％；Mo：1.00-2.00wt.％；Al＜0.05wt.％；O＜0.002wt.％；N＜0.02wt.％；S＜0.002wt.％；P＜0.010wt.％；Fe余量。
所采用的原材料选用如下：选用低O纯铁、高纯Cr、提纯Mn等，控制金属Gd的氧化程度，采用真空包装或真空保存，避免金属Gd被氧化并形成氧化Gd夹杂，以保证原材料O含量＜0.0050％。使用低氧含量原材料和纯铝脱氧剂(Al总量＜0.05％)，避免D类氧化物和B类氧化铝夹杂。
实施例1
1)将金属原材料：Fe、Cr、Mo、Ni、C放入坩埚。
2)抽真空，送电。
3)待金属原料化清，在1550℃条件下，保温20分钟。
4)通入高纯Ar气，压力40000Pa。
5)加入Si和Mn，化清后精炼，真空感应熔炼时精炼温度选择1500℃，保温25分钟，此时钢液中氧含量为9ppm。
6)加入金属Gd，保温30s，保证金属Gd完全溶解，出炉。
对制备出的铸造钢锭切除冒口后取样进行组织观察，如图1所示，组织中没有团簇状氧化Gd夹杂。
实施例2
1)将金属原材料：Fe、Cr、Mo、Ni、C放入坩埚。
2)抽真空，送电。
3)待金属原料化清，在1550℃条件下，保温20分钟。
4)通入高纯Ar气，压力40000Pa。
5)加入Si和Mn，化清后精炼，真空感应熔炼时精炼温度选择1550℃，保温30分钟；此时钢液中氧含量为7ppm。
6)加入金属Gd，保温30s，保证金属Gd完全溶解，出炉。
7)对制备出的铸造钢锭切除冒口后取样进行组织观察，如图2所示，组织中没有团簇状氧化Gd夹杂。
对比例1
1)将金属原材料：Fe、Cr、Mo、Ni、C放入坩埚。
2)抽真空，送电。
3)待金属原料化清，在1550℃条件下，保温20分钟。
4)通入高纯Ar气，压力40000Pa。
5)加入Si和Mn，化清后精炼，真空感应熔炼时精炼温度选择1600℃，保温30分钟，此时钢液中氧含量为19ppm。
6)加入金属Gd，保温30s，保证金属Gd完全溶解，出炉。
对制备出的铸造钢锭切除冒口后取样进行组织观察，如图3所示，组织中产生了少量的团簇状氧化Gd夹杂。
对比例2
1)将金属原材料：Fe、Cr、Mo、Ni、C放入坩埚。
2)抽真空，送电。
3)待金属原料化清，在1550℃条件下，保温20分钟。
4)通入高纯Ar气，压力40000Pa。
5)加入Si和Mn，化清后精炼，真空感应熔炼时精炼温度选择1650℃，保温30分钟，此时钢液中氧含量为33ppm。
6)加入金属Gd，保温30s，保证金属Gd完全溶解，出炉。
对制备出的铸造钢锭切除冒口后取样进行组织观察，如图4所示，组织中产生了大量的团簇状氧化Gd夹杂。
Claims (6)
1.一种减少氧化钆夹杂的含Gd双相不锈钢冶炼方法，其特征在于：该方法使用真空感应炉进行熔炼制备含Gd双相不锈钢，在熔炼过程减少氧化钆夹杂的形成；具体包括如下步骤：
(1)根据所述含Gd双相不锈钢化学成分选择低氧原材料，通过选用低氧原材料的办法控制初始钢液中的氧含量，控制原材料中带入总氧含量小于0.0050wt.％；
(2)真空感应炉抽真空，送电，待原材料化清，在1500-1600℃条件下熔炼20分钟；
(3)炉内通入高纯Ar气，压力40000Pa；加入Si和Mn，化清后精炼，真空感应熔炼时精炼温度选择1500-1550℃，保温15-35分钟；通过精炼碳脱氧，氧含量控制目标小于0.0010wt.％，以利于减少氧化物夹杂含量；
(4)加入金属Gd，1500-1550℃保温20-40s，保证金属Gd完全溶解，出炉。
2.根据权利要求1所述的减少氧化钆夹杂的含Gd双相不锈钢冶炼方法，其特征在于：步骤(1)中，按重量百分比计，所述含Gd双相不锈钢化学成分如下：
C：0.02-0.06％；Cr：23.00-26.00％；Ni：4.00-8.00％；Si≤1.00％；稀土Gd：2.00-3.00％；Mn：1.00-2.00％；Mo：1.00-2.00％；Al＜0.05％；O＜0.002％；N＜0.02％；S＜0.002％；P＜0.010％；Fe余量。
3.根据权利要求1所述的减少氧化钆夹杂的含Gd双相不锈钢冶炼方法，其特征在于：步骤(1)中，所采用的原材料包括低O纯铁、高纯Cr、提纯Mn和纯金属Gd，控制纯金属Gd原料的氧化程度，采用真空包装或真空保存，避免纯金属Gd被氧化并形成氧化钆夹杂，以保证原材料O含量＜0.0050wt.％。
4.根据权利要求1所述的减少氧化钆夹杂的含Gd双相不锈钢冶炼方法，其特征在于：步骤(1)中使用低氧含量原材料，避免形成D类氧化物夹杂。
5.根据权利要求1所述的减少氧化钆夹杂的含Gd双相不锈钢冶炼方法，其特征在于：步骤(3)精炼过程中可使用脱氧剂Al，脱氧剂Al的使用量小于钢液总量的0.05wt.％，避免B类氧化铝夹杂。
6.根据权利要求1所述的减少氧化钆夹杂的含Gd双相不锈钢冶炼方法，其特征在于：该方法制备的含Gd双相不锈钢中消除了团簇状分布的氧化钆夹杂。
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| CN103924030A (zh) * | 2014-04-09 | 2014-07-16 | 中国科学院金属研究所 | 一种超低氧纯净钢的冶炼方法 |
| CN109967732A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-07-05 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种耐高温中子辐射屏蔽材料及其制备方法 |
| CN113667806A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-11-19 | 中国科学院金属研究所 | 一种解决含Gd双相不锈钢热加工裂纹的多级热处理方法 |
-
2021
- 2021-12-08 CN CN202111489535.6A patent/CN114196868A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4783245A (en) * | 1986-03-25 | 1988-11-08 | Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. | Process and apparatus for producing alloy containing terbium and/or gadolinium |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王德永, 冶金工业出版社 * |
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