CN114774624A

CN114774624A - 一种特殊钢及其制备方法

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Publication number: CN114774624A
Application number: CN202210499634.0A
Authority: CN
Inventors: 刘宏伟; 李殿中; 曹艳飞; 傅排先; 类承帅; 刘航航; 杜宁宇; 孟庆冰; 康秀红; 李依依
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2022-05-09
Filing date: 2022-05-09
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2042-05-09
Also published as: CN114774624B

Abstract

本发明关于一种特殊钢及其制备方法，其中，所述特殊钢的制备方法包括如下步骤：步骤1)，采用对生铁或铁水依次进行电炉冶炼处理、精炼处理的方式，制备高纯Fe基原材料；其中，高纯Fe基原材料中的铝含量＜0.025wt％、S含量≤0.0020wt％、Ti含量≤0.0010wt％、T.O≤0.0025wt％；步骤2)，根据特殊钢的目标成分，选择合金；采用对高纯Fe基原材料和所选择的合金依次进行第一次真空感应炉熔炼处理、第二次真空感应炉熔炼处理及真空自耗重熔处理的方式，制备特殊钢。特殊钢中的T.O≤6ppm，S＜0.0010wt％，P＜0.005wt％，Ti≤0.0015wt％，夹杂物等级之和A+B+C+D+Ds≤1.0级。本发明用于制备出超低杂质高纯净的特殊钢，以满足航空、航天、核电、模具制造等领域所需关键特殊钢部件的长寿命服役性能要求。

Description

一种特殊钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高纯钢制备技术领域，特别是涉及一种超低杂质高纯净的特殊钢及其制备方法。

背景技术

随着航天、航空、核电、模具制造等领域的快速发展，其装备所需关键特殊钢部件性能要求越来越高，对特殊钢的纯净度指标提出了更高的要求。例如，广泛运用于航空、航天的轴承钢(如M50、9Cr18Mo等)，为满足高速、高温、大载荷苛刻工况条件以及高疲劳寿命服役性能要求，通常使用真空感应+真空自耗熔炼方式制备成高品质棒材。

由于夹杂物及杂质元素晶界偏聚都会影响材料的力学性能，国外进口轴承钢及轴承一直采用严格的企业标准制度来降低夹杂物及杂质元素含量。近年来，国内通过装备升级及关键技术的提升，使得航空轴承钢纯净度及杂质元素的控制水平有了长足的进步，但由于双真空熔炼，对原材料纯度及精炼过程要求极高。同样，在高端模具钢领域，国外已经采用真空重熔的方法制备高端模具钢，而国内在这一方面与国外还处在较大差距，高端模具钢中的H13、S136模具钢长期被国外垄断。而在核电领域，对于高性能508-3等核电领域用钢，同样，需要高纯铸坯作为锻件的原材料。

因此，亟需开发一种超低杂质高纯净特殊钢的稳定制备方法，使其纯净度达到国际一流水平，满足诸如航空、航天、模具制造等特殊领域高寿命等的性能需求，打破国外垄断。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种特殊钢及其制备方法，主要目的在于能制备出超低杂质高纯净的特殊钢。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种特殊钢的制备方法，其包括如下步骤：

步骤1)，采用对生铁或铁水依次进行电炉冶炼处理、精炼处理的方式，制备高纯Fe基原材料；其中，所述高纯Fe基原材料中的铝含量＜0.025wt％、S含量≤0.0020wt％、Ti含量≤0.0010wt％、T.O≤0.0025wt％；

步骤2)，根据所述特殊钢的目标成分，选择合金；采用对所述高纯Fe基原材料和所选择的合金依次进行第一次真空感应炉熔炼处理、第二次真空感应炉熔炼处理及真空自耗重熔处理的方式，制备特殊钢。

优选的，所述高纯Fe基原材料为Fe基棒材。

优选的，所述特殊钢中的T.O≤6ppm，S＜0.0010wt％，P＜0.005wt％，Ti≤0.0015wt％，夹杂物等级之和A+B+C+D+Ds≤1.0级。

优选的，在所述步骤1)的电炉冶炼处理中：

所述生铁或铁水中的五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi≤100ppm，配碳量≥2.5wt％；和/或

通过在20min内形成氧化渣的方式实现电炉脱磷、脱钛操作；优选的，所述氧化渣中的FeO为18-22wt％；和/或

在电炉冶炼的出钢钢水中：Ti含量≤0.0005wt％、P含量≤0.0020wt％、C含量≥0.05wt％；优选的，C含量为0.1-0.05wt％；优选的，在出钢过程中，添加2-5wt％，优选4wt％的合成渣，然后扒渣，钢水中P含量≤0.0010wt％；进一步优选的，在所述合成渣中：CaO的含量＞60wt％、CaF的含量＞15wt％、Al₂O₃的含量＜10wt％、SiO₂的含量＜10wt％、FeO的含量＜10wt％。

优选的，在所述步骤1)的精炼处理的过程中：

采用高碱度高铝渣系及进行强扩散脱氧；优选的，所述高碱度高铝渣系中：Al₂O₃的含量≥25wt％，SiO₂的含量＜15wt％，碱度R＝CaO/SiO₂≥5；优选的，利用铝粒、铝粉、SiC进行强扩散脱氧；

和/或

在精炼过程中的铝含量＜0.025wt％，且最终钢水中的S≤0.0020wt％、Ti≤0.0010wt％、T.O≤0.0025wt％时，进行浇注。

优选的，在所述步骤2)中：对所述高纯Fe基原材料、所选择的合金进行熔炼后，钢水中的Ti增加的含量不能超过0.0005wt％。

优选的，在所述步骤2)的第一次真空感应炉熔炼处理中：

采用氧化钙坩埚，且除了脱氧元素和易真空挥发元素之外，将所选择的合金中的其他成分按照元素成分含量范围的下限加入到坩埚底部；和/或

精炼时间≥1h；和/或

在第一次真空感应炉熔炼过程中，钢水中的铝含量控制在0.02-0.03wt％；优选的，向钢水中添加稀土，以进行强脱氧脱硫处理；和/或

第一次真空感应炉熔炼后，获得S＜0.0010wt％、T.O≤10ppm的钢水，然后，浇注成铸锭。

优选的，在所述步骤2)的第二次真空感应炉熔炼处理中：

将所述第一次真空感应炉熔炼处理后浇注成的铸锭进行扒皮，得到的表面无黑皮的铸锭作为第二次真空感应炉熔炼处理的原材料；和/或

精炼时间≥2h；和/或

对钢水的搅拌时间大于精炼时间的四分之一；和/或

精炼后，向钢水中添加Si、Mn及稀土元素进行深脱氧处理；所述深脱氧处理时间≥20min，待钢水中的T.O≤8ppm时进行浇注，制备电极坯。

优选的，在所述步骤2)中：

对所述第二次真空感应炉熔炼处理后得到的电极坯进行真空自耗重熔处理；其中，

在所述真空自耗重熔处理的过程中：通过起弧、调控熔化功率，熔池经平稳阶段，最后在自耗熔化末端进行补缩操作；为保证自耗锭内部质量，将自耗锭退火处理后，将自耗锭补缩端按照150-250mm切除掉，起弧端按照100-150mm切除掉；

优选的，在对所述电极坯进行真空自耗重熔处理之前，需对电极坯进行表面处理以使其表面无污染；

优选的，在平稳阶段，控制熔池的深度和宽度的比值为0.5-0.7，其中，熔池的深度指的是熔池的中心深度，熔池的宽度指的是自耗锭的直径。

优选的，所述特殊钢为轴承钢、模具钢、核电用钢中的任一种；

优选的，若所述特殊钢为M50轴承钢时，在所述步骤2)中：选择的合金包括Cr、Mo、V、Mn、Si元素；

若所述特殊钢为S136模具钢时，在所述步骤2)中：选择的合金包括Cr、Mo、V、Ni、Mn、Si元素；

若所述特殊钢为508-3核电用钢时，在所述步骤2)中：选择的合金包括Cr、Mo、V、Ni、Mn、Si元素。

另一方面，本发明实施例提供一种特殊钢，其中，所述特殊钢中的T.O≤6ppm，S＜0.0010wt％，P＜0.005wt％，Ti≤0.0015wt％，夹杂物等级之和A+B+C+D+Ds≤1.0级；优选的，所述特殊钢是由上述任一项所述的特殊钢的制备方法制成；优选的，所述特殊钢为轴承钢、模具钢、核电用钢中的任一种。

与现有技术相比，本发明的一种特殊钢及其制备方法至少具有下列有益效果：

本发明实施例提供的一种特殊钢的制备方法，是基于特殊钢对低氧、低硫、低磷、低钛及其它低含量杂质元素需要，首先采用电炉+精炼短流程的方式制备出高纯的Fe基原材料(Fe基棒材)，突破现有转炉长流程制备高纯铁方法的局限，无法提供满足高纯特殊钢制备所需高纯铁。在高纯铁基原材料制备的前提下，根据所制备特殊钢，选择高纯合金，创新性通过两次真空感应炉熔炼和一次真空自耗熔炼的方式实现T.O≤6ppm，S＜0.0010％，P＜0.005％，Ti≤0.0015％，夹杂物等级之和A+B+C+D+Ds≤1.0级，五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi≤100ppm的高纯净特殊钢的制备，从而满足航空、航天、核电、模具制造等领域对高品质特殊钢的需求，推动了国内特殊钢制备技术的进步，达到替代进口钢目的。并且，在制备过程中各工艺步骤紧密结合，从各个工艺细节进行严密把控，共同发挥作用，最终达到对高品质特殊钢的各种参数要求。

进一步地，基于短流程Fe基原材料高纯制备，将结合电炉快速形成氧化渣及炉外渣洗方式(即，在出钢过程中，添加2-5wt％，优选4wt％的合成渣，然后扒渣，钢水中P含量≤0.0010wt％)，并合理控制出钢碳含量，达到最佳氧化条件，完成对低磷及低钛的控制，同时不形成过氧化条件，为精炼脱硫、脱氧奠定基础。在精炼过程中，通过特殊脱氧工艺设计，实现低硫及低氧控制，并实现增钛量≤5ppm。另外，目前，国内缺乏用于生产航空、航天等领域特殊钢用的低硫、低磷、低钛及超低五害高纯Fe基技术。而本发明实施例利用氧化脱磷脱钛操作、采用高碱度高铝渣系与强扩散脱氧、脱硫及防回钛操作的精炼工艺，突破了电炉+精炼方法制备超低杂质元素高纯Fe基原材料的技术难题。

进一步地，本发明实施例提供的一种特殊钢的制备方法，通过在真空自耗重熔过程中，控制熔池的深度和宽度的比值在0.5-0.7，为熔池流场控制夹杂物去除提供了有利条件，实现了T.O≤6ppm的低氧特殊钢稳定化制备，解决了多年来氧含量难以稳定化控制在6ppm内的技术难题。

进一步地，本发明实施例提供的一种特殊钢的制备方法，通过高纯Fe基原材料制备，添加高纯合金，结合两次真空感应炉熔炼及一次真空自耗重熔实现了高纯特殊钢的制备流程创新。进一步地，通过对每个流程环节中的精细操作和严格把控，实现了过程工艺创新，完成低杂质元素含量的精准控制；通过流程及工艺紧密结合，形成了超低杂质高纯净特殊钢稳定制备方法，解决了其它杂质元素难稳定控制技术难题。该制备方法能够稳定实现超低杂质高纯净特殊钢的工业化生产。

在此，需要强调说明的是：生铁或铁水中含有较高含量的Ti,导致最后冶炼得到的特殊钢中含有Ti；而Ti会和N生产氮化钛，氮化钛会影响特殊钢在使用过程中的疲劳性能等服役性能，从而降低特殊钢的使用寿命。但是，现有技术中，将特殊钢中的Ti含量降低是非常困难的，一般Ti含量不低于0.0018wt％，与进口特殊钢存在一定差距。而本申请首先采用电炉对生铁或铁水进行冶炼，将电炉出钢钢水中的Ti含量控制在≤0.0005wt％，然后再经过精炼将得到的Fe基原材料中，其中通过防增Ti处理，Ti含量控制在≤0.0010wt％，进一步在后续的两次真空感应炉熔炼和真空自耗感应重熔，控制Ti增加的含量不能超过0.0005wt％；上述步骤共同协同实现所冶炼的特殊钢中Ti的含量≤0.0015％，从而提高了特殊钢的耐疲劳性能等服役性能，能延长特殊钢的使用寿命，达到进口双真空特殊钢控Ti水平。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本发明实施例提供一种特殊钢及其制备方法，主要是制备一种超低杂质高纯净的特殊钢；具体的原理是：通过采用电炉+精炼的方法，实现低磷、低硫、低钛高纯Fe基原材料的制备，然后通过两次真空感应炉熔炼+真空自耗熔炼实现T.O≤6ppm，S＜0.0010wt％，P＜0.005wt％，Ti≤0.0015wt％，夹杂物等级之和A+B+C+D+Ds≤1.0级，五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi≤100ppm的高品质特殊钢的制备。本发明实施例的具体方案如下：

步骤1)：制备高纯Fe基原材料(即，高纯Fe基棒材)

采用对生铁或铁水依次进行电炉冶炼处理、精炼处理的方式，制备出高纯Fe基原材料。较佳地，高纯Fe基原材料为Fe基棒材。在此需要说明的是，术语“高纯”指的是：Fe基原材料中的铝含量＜0.025wt％、S含量≤0.0020wt％、Ti含量≤0.0010wt％、T.O≤0.0025wt％、五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi≤100ppm。

该步骤具体为：采用电炉+精炼的方式制备出高纯Fe基棒材，其中，加入电炉中的生铁或铁水中的五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi≤100ppm，配碳量≥2.5wt％，通过20min内快速形成氧化渣(渣中FeO≈20％)方式实现电炉强脱磷及脱钛操作，电炉出钢钢水中Ti含量≤0.0005wt％，P含量≤0.0030wt％，C含量≥0.05wt％(优选，C含量为0.1-0.05wt％)，出钢过程中添加2-5wt％，优选4wt％的合成渣(CaO＞60wt％；CaF＞15wt％；Al₂O₃＜10wt％；SiO₂＜10wt％；FeO＜10wt％)，然后扒渣，钢水中P含量≤0.0010wt％。

在精炼过程中采用高碱度高铝渣系(Al₂O₃含量≥25％，SiO₂＜15％，碱度R＝CaO/SiO₂≥5)及强扩散脱氧(利用铝粒、铝粉、SiC进行强扩散脱氧)；精炼过程中，钢水中铝含量＜0.025wt％，最终钢水在S≤0.0020wt％，Ti≤0.0010wt％，T.O≤0.0025wt％时方可浇注。

步骤2)：根据特殊钢的目标成分，选择合金(在此的合金选用的是高纯合金)；对Fe基原材料和所选择的合金进行第一次真空感应炉熔炼处理、第二次真空感应炉熔炼处理及真空自耗重熔处理，得到特殊钢。

该步骤具体如下：

准备待添加的合金(即高纯合金)，具体根据特殊钢目标成分进行合金的选择。一种实施方式中，优选Cr、Mo、V、Mn等合金，使得熔炼添加后，在高纯Fe基原材料基础上，钢水中的Ti增加的含量不能超过0.0005wt％。

然后，进行两次真空感应炉熔炼处理过程，其中，第一次真空感应炉熔炼处理是采用氧化钙整体坩埚；添加准备的合金，除Mn及Si等脱氧元素外，其它合金的成分按照含量的下限(以M50钢为例，优选的合金成分范围为C：0.80-0.85wt％；Cr：4.00-4.25wt％；Mo：4.00-4.50wt％；V：0.90-1.10wt％；Mn：0.15-0.35wt％；Si：≤0.25wt％，熔炼前按照C：0.80wt％；Cr：4.00wt％；Mo：4.00wt％；V：0.90wt％；需要说明的是：加料时可以按下限加，熔化后可以调成分)全部放入真空感应炉的坩埚内底部，精炼时间≥1h，铝含量控制在0.02-0.03wt％，添加0.01-0.05wt％的稀土进行强脱氧脱硫，获得S小于0.0010wt％、T.O≤10ppm的钢水，然后浇注成铸锭。

第二次真空感应炉熔炼处理：将第一次真空感应炉熔炼后浇注而成的铸锭扒皮，表面无黑皮后的铸锭作为第二次真空感应炉熔炼的原材料。在第二次真空感应炉熔炼的整个过程中：精炼时间≥2h，精炼中钢水搅拌时间需要≥精炼时间的1/4，精炼后添加Si、Mn及稀土进行深脱氧处理，处理时间≥20min，待钢水中的T.O≤8ppm时方可浇注，制备出电极坯。

在两次真空感应炉熔炼处理结束后，进行真空自耗熔炼处理。对上述制备的电极坯进行机加光面，实现表面无污染，然后进行真空自耗重熔，真空自耗重熔过程中通过调控熔化功率，控制熔池的深度和宽度的比值(其中，深度指的是熔池的中心深度；宽度指的是自耗锭的直径)为0.5-0.7，电极坯退火后，补缩端切除量为150-250mm，起弧端切除量为100-150mm。

经过上述工艺之后，对真空自耗熔炼处理得到的钢锭进行热加工、变形后，得到的变形处理后棒材中：(T.O≤6ppm，S＜0.0010wt％，P＜0.005wt％,Ti≤0.0015wt％，夹杂物等级之和A+B+C+D+Ds≤1.0级，五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi≤100ppm。

本发明实施例上述的制备方法可用于制备包括M50航空轴承钢、模具钢、核电用钢在内的多类别钢种。

下面通过具体实验实施例进一步对本发明说明如下：

实施例1

本实施例制备一种M50NiL特殊钢，主要制备步骤如下：

高纯Fe基原材料的制备：采用电炉+精炼的方式制备出高纯Fe基棒材。其中，加入电炉中的生铁或铁水中的五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi为90ppm，配碳量为2.8wt％；以20min快速形成氧化渣(其中，氧化渣中的FeO为18wt％)的方式实现电炉强脱磷及脱钛操作。电炉出钢钢水中Ti的含量为0.0004wt％，P的含量为0.0020wt％，C的含量为0.05wt％，出钢过程中添加4wt％的合成渣(在合成渣中：CaO＞60wt％，CaF＞15wt％，Al₂O₃＜10wt％，SiO₂＜10wt％，FeO＜10wt％)，然后扒渣，钢水中P含量≤0.0010wt％。在精炼过程中，采用高碱度高铝渣系(其中，在高碱度(碱度R＝CaO/SiO₂≥5)高铝渣系中：Al₂O₃的含量为25％，SiO₂的含量为10％)及利用铝粒、铝粉、SiC进行强扩散脱氧，过程中钢水中的铝含量＜0.025wt％，最终钢水中S的含量为0.0012wt％，Ti的含量为0.0007wt％，T.O为0.0025wt％。

两次真空感应炉熔炼过程：根据M50NiL特殊钢的成分，选用Mo、V、Cr、Ni高纯合金。其中，第一次真空感应炉熔炼处理是采用氧化钙整体坩埚，除Mn及Si等脱氧元素外，M50NiL钢中Mo、V、Cr、Ni合金元素以及C元素按照成分下限全部放入真空熔炼炉底部(即，坩埚的内底部)，精炼时间为2h，铝含量控制在0.025wt％，获得S含量为0.0009wt％、T.O为10ppm的钢水，然后浇注成铸锭。将第一次浇注而成的铸锭进行扒皮，使表面无黑皮后的铸锭作为第二次真空炉感应熔炼处理的原材料，在第二次真空炉感应熔炼处理的整个过程中的精炼时间为3h；在精炼中，需要对钢水的搅拌时间≥精炼时间的1/4，精炼后添加Si、Mn及稀土进行深脱氧，处理时间为25min，钢水中的T.O为7ppm，进行浇注，制备出电极坯。

真空自耗熔炼过程：电极坯需要机加光面，表面无污染，然后进行真空自耗重熔。在真空自耗重熔过程中通过调控熔化功率，控制熔池的深度和宽度的比值在0.5-0.7范围内，电极坯退火后，补缩端切除量为200mm，起弧端切除量为120mm。

对真空自耗熔炼处理后的钢锭进行加工、变形处理后，得到的棒材中：T.O为5ppm，S为0.0008wt％，P为0.002wt％，Ti为0.0007wt％，夹杂物等级之和A+B+C+D+Ds为1.0级，五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi≤95ppm。

实施例2

本实施例制备一种M50特殊钢，主要制备步骤如下：

高纯Fe基原材料的制备：采用电炉+精炼的方式制备出高纯Fe基棒材。其中，加入电炉中的生铁或铁水中的五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi为85ppm，配碳量为3.5wt％；采用20min快速形成氧化渣(其中，氧化渣中的FeO为22wt％)的方式实现电炉强脱磷及脱钛操作。电炉出钢钢水中Ti的含量为0.0005wt％，P的含量为0.0020wt％，C的含量为0.07wt％，出钢过程中添加4wt％的合成渣(在合成渣中：CaO＞60wt％，CaF＞15wt％，Al₂O₃＜10wt％，SiO₂＜10wt％，FeO＜10wt％)，然后扒渣，钢水中P含量≤0.0010wt％。在精炼过程中，采用高碱度(碱度R＝CaO/SiO₂≥5)高铝渣系(Al₂O₃的含量为30wt％，SiO₂的含量为8wt％)及利用铝粒、铝粉、SiC进行强扩散脱氧，过程中钢水中的铝含量＜0.025wt％，最终钢水中S的含量为0.0009wt％，Ti的含量为0.0008wt％，T.O为0.0020wt％。

两次真空感应炉熔炼过程：根据M50特殊钢的成分，选用Mo、V、Cr高纯合金。其中，第一次真空感应炉熔炼处理是采用氧化钙整体坩埚，除Mn及Si等脱氧元素外，M50钢中Mo、V、Cr合金元素及C元素按照成分下限全部放入真空熔炼炉底部(即，坩埚的内底部)，精炼时间为1.5h，铝含量控制在0.025wt％，并添加0.0010wt％的稀土，获得S含量为0.0006wt％、T.O为8ppm的钢水，然后浇注成铸锭。将第一次浇注而成的铸坯进行扒皮，使表面无黑皮后的铸锭作为第二次真空炉感应熔炼处理的原材料，在第二次真空炉感应熔炼处理的整个过程中的精炼时间为2h；在精炼中，需要对钢水的搅拌时间≥精炼时间的1/4，精炼后添加Si、Mn及稀土进行深脱氧，处理时间为30min，钢水中的T.O为7ppm，进行浇注，制备出电极坯。

对真空自耗熔炼处理后的钢锭进行加工、变形处理后，得到的棒材中：T.O为4ppm，S为0.0005wt％，P为0.003wt％，Ti为0.0012wt％，夹杂物等级之和A+B+C+D+Ds为1.0级，五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi≤92ppm。

实施例3

本实施例制备一种S136模具钢，主要制备步骤如下：

高纯Fe基原材料的制备：采用电炉+精炼的方式制备出高纯Fe基棒材。其中，加入电炉中的生铁或铁水中的五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi为95ppm，配碳量为4wt％；采用20min快速形成氧化渣(其中，氧化渣中的FeO为20wt％)的方式实现电炉强脱磷及脱钛操作。电炉出钢钢水中Ti的含量为0.0004wt％，P的含量为0.0020wt％，C的含量为0.06wt％，出钢过程中添加4wt％的合成渣(在合成渣中：CaO＞60wt％，CaF＞15wt％，Al₂O₃＜10wt％，SiO₂＜10wt％，FeO＜10wt％)，然后扒渣，钢水中P含量≤0.0010wt％。在精炼过程中，采用高碱度(碱度R＝CaO/SiO₂≥5)高铝渣系(Al₂O₃的含量为26wt％，SiO₂的含量为9wt％)及利用铝粒、铝粉、SiC进行强扩散脱氧，过程中钢水中的铝含量＜0.025wt％，最终钢水中S的含量为0.0008wt％，Ti的含量为0.0006wt％，T.O为0.0023wt％。

两次真空感应炉熔炼过程：根据S136模具钢的成分，选用Cr高纯合金。其中，第一次真空感应炉熔炼处理是采用氧化钙整体坩埚，除Mn及Si等脱氧元素外，合金中的其他元素按照含量下限全部放入真空熔炼炉底部(即，坩埚的内底部)，精炼时间为2h，铝含量控制在0.023wt％，并添加0.0020wt％稀土，获得S含量为0.0006wt％、T.O为7ppm的钢水，然后浇注成铸锭。将第一次浇注而成的铸锭进行扒皮，使表面无黑皮后的铸锭作为第二次真空炉感应熔炼处理的原材料，在第二次真空炉感应熔炼处理的整个过程中的精炼时间为4h；在精炼中，需要对钢水的搅拌时间≥精炼时间的1/4，精炼后添加Si、Mn及稀土进行深脱氧，处理时间为30min，钢水中的T.O为6ppm，进行浇注，制备出电极坯。

对真空自耗熔炼处理后的钢锭进行加工、变形处理后，得到的棒材中：T.O为4ppm，S为0.0005wt％，P为0.004wt％，Ti为0.0010wt％，夹杂物等级之和A+B+C+D+Ds为1.0级，五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi≤98ppm。

实施例4

本实施例制备一种核电领域508-3特殊钢，主要制备步骤如下：

纯Fe基原材料的制备：采用电炉+精炼方式制备出高纯Fe基棒材。其中，加入电炉中的生铁或铁水中的五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi为91ppm，配碳量为3.8wt％；采用20min快速形成氧化渣(其中，氧化渣中的FeO为20wt％)的方式实现电炉强脱磷及脱钛操作。电炉出钢钢水中Ti的含量为0.0005wt％，P的含量为0.0020wt％，C的含量为0.06wt％，出钢过程中添加4wt％的合成渣(在合成渣中：CaO＞60wt％，CaF＞15wt％，Al₂O₃＜10wt％，SiO₂＜10wt％，FeO＜10wt％)，然后扒渣，钢水中P含量≤0.0010wt％。在精炼过程中，采用高碱度高铝渣系(Al₂O₃的含量为22wt％，SiO₂的含量为13wt％)及强扩散脱氧，过程中钢水中的铝含量＜0.025wt％，最终钢水中S的含量为0.0009wt％，Ti的含量为0.0009wt％，T.O为0.0025wt％。

两次真空感应炉熔炼过程：根据核电领域508-3特殊钢的成分，选用Mo、Ni高纯合金。其中，第一次真空感应炉熔炼处理是采用氧化钙整体坩埚，除Mn及Si等脱氧元素外，合金中的其他元素按照含量下限全部放入真空熔炼炉底部(即，坩埚的内底部)，精炼时间为2h，铝含量控制在0.02wt％，并添加0.0015wt％稀土，获得S含量为0.0006wt％、T.O为8ppm的钢水，然后浇注成铸锭。将第一次浇注而成的铸锭进行扒皮，使表面无黑皮后的铸锭作为第二次真空炉感应熔炼处理的原材料，在第二次真空炉感应熔炼处理的整个过程中的精炼时间为4h；在精炼中，需要对钢水的搅拌时间≥精炼时间的1/4，精炼后添加Si、Mn及稀土进行深脱氧，处理时间为30min，钢水中的T.O为6ppm，进行浇注，制备出电极坯。

对真空自耗熔炼处理后的钢锭进行加工、变形处理后，得到的棒材中：T.O为5ppm，S为0.0006wt％，P为0.003wt％，Ti为0.0012wt％，夹杂物等级之和A+B+C+D+Ds为1.0级，五害元素Pb+Sn+As+Sb+Bi≤95ppm。

对比例

采用市场普遍用的工业纯铁及高纯合金作为原材料，利用真空感应炉+真空自耗熔炼设备制备电极坯，经锻造形成M50、M50NiL、S136、508-3特殊钢棒材，其成分如表1所示：

表1(wt％)

钢种	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	V	P	S	Ti
											M50NiL	0.13	0.2	0.25	4.15	3.45	4.15	1.23	0.005	0.00<sup>23</sup>	0.0018
M50	0.84	0.23	0.18	4.10	-	4.18	0.97	0.006	0.00<sup>2</sup>5	0.00<sup>22</sup>
											S136	0.40	0.36	0.87	13.4	-	-	0.29	0.01<sup>2</sup>	0.005	0.00<sup>3</sup>0
508-3	0.18	0.25	1.45	-	0.65	0.49	-	0.005	0.00<sup>2</sup>1	0.0016

对M50、M50NiL、S136、508-特殊钢棒材夹杂物进行检测，由于工业纯铁及合金中硫、氧含量高，使得M50、M50NiL、S136、508-3特殊钢棒材中的夹杂物等级之和A+B+C+D+Ds≥1.5级，此外，这些特殊钢棒材中的P≥0.005％，Ti＞15ppm。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。尤其是，只要不存在冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此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中。

Claims

1.一种特殊钢的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

步骤2)，根据所述特殊钢的目标成分，选择合金；采用对所述Fe基原材料和所选择的合金依次进行第一次真空感应炉熔炼处理、第二次真空感应炉熔炼处理及真空自耗重熔处理的方式，制备特殊钢。

2.根据权利要求1所述的特殊钢的制备方法，其特征在于，

所述高纯Fe基原材料为Fe基棒材；和/或

所述特殊钢中的T.O≤6ppm，S＜0.0010wt％，P＜0.005wt％，Ti≤0.0015wt％，夹杂物等级之和A+B+C+D+Ds≤1.0级。

3.根据权利要求1或2所述的特殊钢的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)的电炉冶炼处理中：

通过在20min内形成氧化渣的方式实现电炉快速脱磷、脱钛操作；优选的，所述氧化渣中的FeO为18-22wt％；和/或

4.根据权利要求1-3任一所述的特殊钢的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)的精炼处理的过程中：

和/或

5.根据权利要求1-4任一项所述的特殊钢的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中：对所述高纯Fe基原材料、所选择的合金进行熔炼后，钢水中的Ti增加的含量不能超过0.0005wt％。

6.根据权利要求1-5任一项所述的特殊钢的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)的第一次真空感应炉熔炼处理中：

精炼时间≥1h；和/或

7.根据权利要求1-6任一项所述的特殊钢的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)的第二次真空感应炉熔炼处理中：

精炼时间≥2h；和/或

对钢水的搅拌时间大于精炼时间的四分之一；和/或

8.根据权利要求1-7任一项所述的特殊钢的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中：

在所述真空自耗重熔处理的过程中：通过起弧、调控熔化功率，熔池经平稳阶段，最后在自耗熔化末端进行补缩操作；将自耗锭退火处理后，将自耗锭补缩端按照150-250mm切除掉，起弧端按照100-150mm切除掉；

9.根据权利要求1-8任一项所述的特殊钢的制备方法，其特征在于，所述特殊钢为轴承钢、模具钢、核电用钢中的任一种；

10.一种特殊钢，其特征在于，所述特殊钢中的T.O≤6ppm，S＜0.0010wt％，P＜0.005wt％，Ti≤0.0015wt％，夹杂物等级之和A+B+C+D+Ds≤1.0级；

优选的，所述特殊钢是由权利要求1-9任一项所述的特殊钢的制备方法制成；

优选的，所述特殊钢为轴承钢、模具钢、核电用钢中的任一种。