CN115652179B - 一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合金钢技术领域，公开了一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法；经配料‑真空熔炼‑钢液脱氧、脱硫及合金化‑真空电弧重熔‑锻造‑热处理的手段，对钢中的气体元素(O、H和N)和有害元素(S)进行处理，生成相应的氧化物夹渣、碳氧化物气体和硫化物夹渣，同时，通过中间包过滤合金液的形式降低钢中气体元素和有害元素含量，以及夹杂物含量；通过锻造的手段对中间坯进行锻造使其产生大变形，使中间坯内的树枝状晶破坏并再生，同时锻造过程中能够使中间坯内的夹杂物破碎，再加上高温扩散和相互溶解的作用，使夹杂物均匀分布于中间坯内；最终通过热处理提升低合金超高强度钢的塑性和韧性。
Description
技术领域
本发明属于合金钢技术领域，涉及一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法。
背景技术
低合金超高强度钢(D406A)是以调质钢为基础发展起来的，可用作飞机起落架，飞机机身大梁，火箭发动机外壳，火箭壳体，高压容器等。其碳的质量分数在0.27％-0.45％范围内，合金元素总质量约为5％,经过淬火和回火，可获得回火马氏体或下贝氏体和马氏体的混合组织，以达到提高强度的目的。
目前的工业生产实践中采用带有中间包的真空感应熔炼系统对原料进行熔炼并利用碳氧反应脱氧以提高钢的纯净度；但此方法只能减少氧化物夹杂增量，而中间包仅能去除熔炼过程中已经形成的夹杂物，并不能降低溶解于合金液中的O、N、H及S有害元素浓度；而且在高强度钢的范围内，随着钢的强度升高，其缺口强度反而下降，缺口敏感性增大，使得疲劳强度值分散甚至有所降低；钢对各种表面缺陷如刻痕、焊缝及表面加工造成的缺陷，显得十分敏感。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法，在不改变低合金超高强度钢的化学成分的前提下，使用钢液脱氧剂和脱硫剂去除钢液中的气体元素和有害元素，并通过中间包过滤的形式提高合金液的纯净度；并通过真空重熔炉熔炼、锻造及热处理提升低合金超高强度钢的塑性和韧性。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法，包括以下操作：
1)配料：
以质量百分比计，按照低合金超高强度钢的化学成分进行配料，低合金超高强度钢的化学成分为：C：0.27％-0.32％，Si：1.4％-1.7％，Mn：0.7％-1.0％，Cr：1.0％-1.3％，Mo：0.4％-0.55％，Ni：0.25％，V：0.08％-0.15％，S≦0.01％，余量为Fe；
C、Si和Mn为合金化原料；其余为熔炼原料；
称取熔炼原料质量的0.03％的炉内脱氧碳块作为炉内脱氧剂；分别称取熔炼原料质量的0.02％的钢液脱氧碳块、0.025％-0.075％的脱氧铝锭和0.04％-0.12％的脱氧镁锭作为钢液脱氧剂；称取熔炼原料质量的0.03-0.06％的硅化钙合金作为脱硫剂；
2)真空熔炼：
将熔炼原料和炉内脱氧碳块装入中频感应炉坩埚中，先预抽真空到13Pa，再以100-150kw送电预热熔炼原料和炉内脱氧碳块至熔炼原料发红，期间，炉内脱氧碳块消耗中频感应炉内的游离氧；将中频感应炉内抽真空至1.3Pa，加大中频感应炉功率至450-550kw，将熔炼原料熔化为钢液，并使中频感应炉升温至1570-1590℃；
3)钢液脱氧、脱硫及合金化：
将钢液脱氧剂中的钢液脱氧碳块加入钢液中，对钢液进行精炼，精炼时长为30-50min；
钢液进入精炼后，在5min时加入脱氧用铝锭，在精炼结束前15min时加入合金化原料，C以碳块的形式加入，Si以结晶硅的形式加入，Mn以金属锰的形式加入；精炼结束前10min加入硅化钙合金，精炼结束前5min加入脱氧用镁锭；精炼结束后得到合金液；
调整钢液温度到出炉温度1590-1610℃；坩埚内合金液液面平静后，倾倒坩埚将合金液注入中间包内，合金液由中间包过滤后浇注至合金锭模内，开炉并冷却12h后脱模得到中间坯Ⅰ；
4)真空电弧重熔：
去除中间坯Ⅰ的氧化皮，并使用真空电弧重熔炉对中间坯Ⅰ进行熔炼，熔炼完成后沙冷12h得到中间坯Ⅱ；
5)锻造：
锻造前使用电炉将中间坯Ⅱ在840-860℃下加热并保温180min，后将电炉升温至1140-1160℃保温150min；
出炉后，按照锻造比大于5，即中间坯Ⅱ锻造前与锻造后的横截面积之比大于5，使用拱式自由锻电液锤对中间坯Ⅱ进行锻造，锻造温度低于870℃时，立即回炉重新加热至1140-1160℃，保温时间可缩短为100min；锻造完成后得到型材；
6)热处理：
对型材进行热处理，制成高纯净低合金超高强度钢。
进一步地，所述步骤2)中，将熔炼原料和炉内脱氧碳块装入中频感应炉坩埚中时，先将Fe、Ni装入坩埚内，其次装入Cr、Mo、V，最后装入炉内脱氧碳块。
进一步地，所述步骤3)中，钢液脱氧碳块均分两次加入合金液内，且两次间隔时长为5～8min；
若第一次加入钢液脱氧碳块后，真空感应炉内真空度小于12Pa，则取消第二次加入钢液脱氧碳块；若真空感应炉内真空度高于或等于12Pa，则在5～8min后继续加入钢液脱氧碳块。
进一步地，所述步骤3)中，倾倒坩埚将合金液浇注至合金锭模内后，立即向合金锭模帽口处添加发热剂，且发热剂盖满合金锭模的帽口。
进一步地，所述步骤4)中，通过磨床磨削加工去除中间坯Ⅰ的氧化皮，并将其作为真空电弧重熔炉的电极，将真空电弧重熔熔炼的真空度为调整为1*10-1Pa，结晶器的冷却水温调至45℃；
熔炼时，中间坯Ⅰ在真空电弧重熔炉的直流电弧的高温作用下迅速熔化形成合金液，合金液在真空下以熔滴形式通过4700℃的电弧区域，并在结晶器内自下而上地逐层凝固成锭，熔炼完成后沙冷12h得到中间坯Ⅱ。
进一步地，所述步骤6)中，热处理包括正火处理、等温淬火处理和回火处理；热处理的具体步骤如下：
a)正火处理：将型材置于箱式电阻炉内，在900-920℃下加热80min，出炉空冷；
b)等温淬火处理：将型材置于置于箱式电阻炉内，在910-930℃下加热80min，出炉后在150℃的淬火油中等温淬火60min，然后取出空冷；
c)回火处理：将型材置于箱式电阻炉内，在310℃下加热240min后出炉空冷。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1、本发明提供了一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法，在熔化熔炼原料前，将熔炼原料加热至发红，通过炉内脱氧碳块消耗中频感应炉内的游离氧，降低制成的高纯净低合金超高强度钢内的气体元素(O)的含量；在钢液精炼过程中的不同时段加入钢液脱氧剂和脱硫剂，使钢液中的气体元素(O)与钢液脱氧碳块、脱氧铝锭、脱氧镁锭发生反应，生成相应的氧化物夹渣或气体碳氧化物，在浇注过程中，氧化物夹渣由浇注中间包过滤，气体碳氧化物逸出钢液，以实现最大限度的降低制成的高纯净低合金超高强度钢内的气体元素(O)的含量；钢液中的有害元素(S)硅化钙合金发生化学反应生成稳定的CaS夹渣，在浇注过程中，CaS夹渣由浇注中间包过滤，实现最大限度的降低制成的高纯净低合金超高强度钢内的有害元素(S)的含量；相较于常规工艺生产的低合金超高强度钢(D406A)，硫含量降低了66.2％；氧含量降低了69.5％；而且通过钢液脱氧剂和脱硫剂能够消耗钢液中氧和硫并生成相应的沉淀或气体，降低氧和硫化学反应平衡态浓度；同时，还使用真空电弧重熔炉对中间坯Ⅰ进行熔炼，降低中间坯Ⅰ中的气体元素(O、H和N)和低熔点有害金属杂质的含量，提高重熔金属的纯净度。
2、本发明提供了一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法，中间坯Ⅱ在锻造比大于5，即中间坯Ⅱ锻造前与锻造后的横截面积之比大于5，锻造完成后，中间坯Ⅱ产生大的变形；锻造击碎中间坯Ⅱ内部的枝晶和再借助再结晶作用，消除微观偏析，同时在宏观偏析区域内聚集的夹杂物，如碳化物、氧化物、硫化物，在大变形中被破碎，再加上高温扩散和相互溶解的作用，使之较均匀地分散在中间坯Ⅱ内，因而改善了中间坯Ⅱ的宏观偏析，进一步改善了高纯净低合金超高强度钢的组织结构；在基于降低了低合金超高强度钢的气体元素、夹杂物含量及改善其组织结构的前提下，通过热处理提高钢的塑性和韧性。
3、本发明提供了一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法，在脱氧过程中，钢液脱氧碳块均分两次使用，可以在第一次添加完成后依据真空感应炉内压强变化确认是否二次添加钢液脱氧碳块，避免制成的钢材中碳含量过高；炉内脱氧碳块与炉装料一同加入坩埚内预热，有助于消耗真空感应炉内游离的氧。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明公开了一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法，包括以下操作：
1)配料：
以质量百分比计，按照低合金超高强度钢的化学成分进行配料，低合金超高强度钢的化学成分为：C：0.27％-0.32％，Si：1.4％-1.7％，Mn：0.7％-1.0％，Cr：1.0％-1.3％，Mo：0.4％-0.55％，Ni：0.25％，V：0.08％-0.15％，S≦0.01％，余量为Fe；
C、Si和Mn为合金化原料；其余为熔炼原料；
称取熔炼原料质量的0.03％的炉内脱氧碳块作为炉内脱氧剂；分别称取熔炼原料质量的0.02％的钢液脱氧碳块、0.025％-0.075％的脱氧铝锭和0.04％-0.12％的脱氧镁锭作为钢液脱氧剂；称取熔炼原料质量的0.03-0.06％的硅化钙合金作为脱硫剂；
2)真空熔炼：
将熔炼原料和炉内脱氧碳块装入中频感应炉坩埚中，先预抽真空到13Pa，再以100-150kw送电预热熔炼原料和炉内脱氧碳块至熔炼原料发红，期间，炉内脱氧碳块消耗中频感应炉内的游离氧；将中频感应炉内抽真空至1.3Pa，加大中频感应炉功率至450-550kw，将熔炼原料熔化为钢液，并使中频感应炉升温至1570-1590℃；
将熔炼原料和炉内脱氧碳块装入中频感应炉坩埚中时，先将Fe、Ni装入坩埚内，其次装入Cr、Mo、V，最后装入炉内脱氧碳块。
3)钢液脱氧、脱硫及合金化：
将钢液脱氧剂中的钢液脱氧碳块加入钢液中，对钢液进行精炼，精炼时长为30-50min；
钢液脱氧碳块均分两次加入合金液内，且两次间隔时长为5～8min；若第一次加入钢液脱氧碳块后，真空感应炉内真空度小于12Pa，则取消第二次加入钢液脱氧碳块；若真空感应炉内真空度高于或等于12Pa，则在5～8min后继续加入钢液脱氧碳块。
钢液进入精炼后，在5min时加入脱氧用铝锭，在精炼结束前15min时加入合金化原料，C以碳块的形式加入，Si以结晶硅的形式加入，Mn以金属锰的形式加入；精炼结束前10min加入硅化钙合金，精炼结束前5min加入脱氧用镁锭；精炼结束后得到合金液；
调整钢液温度到出炉温度1590-1610℃；坩埚内合金液液面平静后，倾倒坩埚将合金液注入中间包内，合金液由中间包过滤后浇注至合金锭模内，开炉并冷却12h后脱模得到中间坯Ⅰ；
倾倒坩埚将合金液浇注至合金锭模内后，立即向合金锭模帽口处添加发热剂，且发热剂盖满合金锭模的帽口。
4)真空电弧重熔：
去除中间坯Ⅰ的氧化皮，并使用真空电弧重熔炉对中间坯Ⅰ进行熔炼，熔炼完成后沙冷12h得到中间坯Ⅱ；
通过磨床磨削加工去除中间坯Ⅰ的氧化皮，并将其作为真空电弧重熔炉的电极，将真空电弧重熔熔炼的真空度为调整为1*10-1Pa，结晶器的冷却水温调至45℃；
熔炼时，中间坯Ⅰ在真空电弧重熔炉的直流电弧的高温作用下迅速熔化形成合金液，合金液在真空下以熔滴形式通过4700℃的电弧区域，并在结晶器内自下而上地逐层凝固成锭，熔炼完成后沙冷12h得到中间坯Ⅱ。
5)锻造：
锻造前使用电炉将中间坯Ⅱ在840-860℃下加热并保温180min，后将电炉升温至1140-1160℃保温150min；
出炉后，按照锻造比大于5，即中间坯Ⅱ锻造前与锻造后的横截面积之比大于5，使用拱式自由锻电液锤C66Y-70(2T)对中间坯Ⅱ进行锻造，锻造温度低于870℃时，立即回炉重新加热至1140-1160℃，保温时间可缩短为100min；锻造完成后得到型材；
6)热处理：
对型材进行热处理，制成高纯净低合金超高强度钢。
热处理包括正火处理、等温淬火处理和回火处理；热处理的具体步骤如下：
a)正火处理：将型材置于箱式电阻炉内，在900-920℃下加热80min，出炉空冷；
b)等温淬火处理：将型材置于置于箱式电阻炉内，在910-930℃下加热80min，出炉后在150℃的淬火油中等温淬火60min，然后取出空冷；
c)回火处理：将型材置于箱式电阻炉内，在310℃下加热240min后出炉空冷。
下面给出具体的实施例。
实施例1
一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法，包括以下操作：
1)配料：
以质量百分比计，按照低合金超高强度钢的化学成分进行配料，低合金超高强度钢的化学成分为：C：0.27％-0.32％，Si：1.4％-1.7％，Mn：0.7％-1.0％，Cr：1.0％-1.3％，Mo：0.4％-0.55％，Ni：0.25％，V：0.08％-0.15％，S≦0.01％，余量为Fe；
具体的按照如下的配方制备高纯净低合金超高强度钢：
C：0.31％，Si：1.55％，Mn：0.95％，Cr：1.25％，Mo：0.48％，Ni：0.25％，V：0.12％，余量为Fe；
C、Si和Mn为合金化原料；其余为熔炼原料；
称取熔炼原料质量的0.03％的炉内脱氧碳块作为炉内脱氧剂；分别称取熔炼原料质量的0.02％的钢液脱氧碳块、0.075％的脱氧铝锭和0.12％的脱氧镁锭作为钢液脱氧剂；称取熔炼原料质量的0.05％的硅化钙合金作为脱硫剂；
2)真空熔炼：
将熔炼原料和炉内脱氧碳块装入中频感应炉坩埚中，先预抽真空到13Pa，再以100-150kw送电预热熔炼原料和炉内脱氧碳块至熔炼原料发红，期间，炉内脱氧碳块消耗中频感应炉内的游离氧；将中频感应炉内抽真空至1.3Pa，加大中频感应炉功率至450-550kw，将熔炼原料熔化为钢液，并使中频感应炉升温至1580℃；
将熔炼原料和炉内脱氧碳块装入中频感应炉坩埚中时，先将Fe、Ni装入坩埚内，其次装入Cr、Mo、V，最后装入炉内脱氧碳块。
3)钢液脱氧、脱硫及合金化：
将钢液脱氧剂中的钢液脱氧碳块加入钢液中，对钢液进行精炼，精炼时长为40min；
钢液脱氧碳块均分两次加入合金液内，且两次间隔时长为5min；若第一次加入钢液脱氧碳块后，真空感应炉内真空度小于12Pa，则取消第二次加入钢液脱氧碳块；若真空感应炉内真空度高于或等于12Pa，则在5min后继续加入钢液脱氧碳块。
钢液进入精炼后，在5min时加入脱氧用铝锭，在精炼结束前15min时加入合金化原料，C以碳块的形式加入，Si以结晶硅的形式加入，Mn以金属锰的形式加入；精炼结束前10min加入硅化钙合金，精炼结束前5min加入脱氧用镁锭；精炼结束后得到合金液；
调整钢液温度到出炉温度1600℃；坩埚内合金液液面平静后，倾倒坩埚将合金液注入中间包内，合金液由中间包过滤后浇注至合金锭模内，开炉并冷却12h后脱模得到中间坯Ⅰ；
倾倒坩埚将合金液浇注至合金锭模内后，立即向合金锭模帽口处添加发热剂，且发热剂盖满合金锭模的帽口。
4)真空电弧重熔：
去除中间坯Ⅰ的氧化皮，并使用真空电弧重熔炉对中间坯Ⅰ进行熔炼，熔炼完成后沙冷12h得到中间坯Ⅱ；
通过磨床磨削加工去除中间坯Ⅰ的氧化皮，并将其作为真空电弧重熔炉的电极，将真空电弧重熔熔炼的真空度为调整为1*10-1Pa，结晶器的冷却水温调至45℃；
熔炼时，中间坯Ⅰ在真空电弧重熔炉的直流电弧的高温作用下迅速熔化形成合金液，合金液在真空下以熔滴形式通过4700℃的电弧区域，并在结晶器内自下而上地逐层凝固成锭，熔炼完成后沙冷12h得到中间坯Ⅱ。
5)锻造：
锻造前使用电炉将中间坯Ⅱ在840-860℃下加热并保温180min，后将电炉升温至1140-1160℃保温150min；
出炉后，按照锻造比为5.2，即中间坯Ⅱ锻造前与锻造后的横截面积之比为5.2，使用拱式自由锻电液锤C66Y-70(2T)对中间坯Ⅱ进行锻造，锻造温度低于870℃时，立即回炉重新加热至1140-1160℃，保温时间可缩短为100min；锻造完成后锻造得到直径为70mm的成品棒材；
6)热处理：
对棒材进行热处理，制成高纯净低合金超高强度钢。
热处理包括正火处理、等温淬火处理和回火处理；热处理的具体步骤如下：
a)正火处理：将型材置于箱式电阻炉内，在900-920℃下加热80min，出炉空冷；
b)等温淬火处理：将型材置于置于箱式电阻炉内，在910-930℃下加热80min，出炉后在150℃的淬火油中等温淬火60min，然后取出空冷；
c)回火处理：将型材置于箱式电阻炉内，在310℃下加热240min后出炉空冷。
实施例2
在实施例1的基础上，将脱氧铝锭用量调整为熔炼原料质量的0.025％，脱氧镁锭的用量调整为熔炼原料质量的0.04％；具体操作步骤与实施例1相同。
通过仪器检测常规工艺生产的低合金超高强度钢(D406A)，以及经过实施例1和实施例2中制成的高纯净低合金超高强度钢的化学元素分布、气体元素含量、夹杂物等级统计和力学性能，并对结果进行统计分析。
通过光电直读光谱仪(ARL4460)检测实施例1和实施例2中制成的高纯净低合金超高强度钢的化学元素成分，并与现有的D406A钢材进行对比，具体如下：
表1：D406A钢材以及依据实施例1和实施例2制成的高纯净低合金超高强度钢的化学元素分布(单位：％)
| 名称 | 碳 | 锰 | 硅 | 磷 | 硫 | 铬 | 镍 | 钼 | 钒 | 铁 |
| D406A | 0.32 | 0.87 | 1.44 | 0.021 | 0.013 | 1.19 | 0.25 | 0.45 | 0.11 | 余量 |
| 实施例1 | 0.27 | 0.98 | 1.51 | 0.0073 | 0.0044 | 1.24 | 0.42 | 0.47 | 0.15 | 余量 |
| 实施例2 | 0.28 | 0.94 | 1.4 | 0.0073 | 0.0038 | 1.23 | 0.4 | 0.5 | 0.13 | 余量 |
结论：由表1可知，实施例1和实施例2制成的高纯净低合金超高强度钢相较于常规工艺生产D406A钢材，磷含量和硫含量均有所降低，实施例1和实施例2制成的高纯净低合金超高强度钢的磷含量相较于D406A钢材中磷含量均降低了65.2％；使用硅化钙合金后，实施例1和实施例2制成的高纯净低合金超高强度钢的硫含量相较于D406A钢材中硫含量分别降低了66.2％和70.8％；能够有效降低钢材的硫含量。
通过ONH-330型氧氮氢分析仪检测实施例1和实施例2中制成的高纯净低合金超高强度钢中气体元素含量，并与现有的D406A钢材进行对比，具体如下：
表2：D406A钢材以及依据实施例1和实施例2制成的高纯净低合金超高强度钢的气体元素含量
| 名称 | O(ppm) | N(ppm) | H(ppm) |
| D406A | 35 | 12.19 | 1.37 |
| 实施例1 | 9 | 8 | 2.3 |
| 实施例2 | 11.04 | 13.04 | 1.33 |
结论：由表2可知，实施例1和实施例2制成的高纯净低合金超高强度钢中氮和氢的含量相较于D406A钢材变化不大；而实施例1和实施例2制造高纯净低合金超高强度钢过程中使用炉内脱氧碳块、钢液脱氧碳块、脱氧铝锭、脱氧镁锭后，实施例1和实施例2制成的高纯净低合金超高强度钢的氧含量相较于D406A钢材中氧含量分别降低了74.3％和69.5％；能够有效降低钢材的氧含量。
通过倒置式金相显微镜GX71检测实施例1和实施例2中制成的高纯净低合金超高强度钢中夹杂物含量，并对夹杂物的等级进行统计，并与现有的D406A钢材进行对比，具体如下：
表3：D406A钢材以及依据实施例1和实施例2制成的高纯净低合金超高强度钢夹杂物等级统计
结论：由表3可知，实施例1和实施例2制成的高纯净低合金超高强度钢与常规工艺生产D406A相比可知：A类(硫化物类)夹杂物等级相当；B类(氧化铝类)细系夹杂物等级从B1下降为B0；C类(硅酸盐类)夹杂物等级相当；D类(球状氧化物类)细系夹杂物等级从D1.5级下降为D0级，粗系夹杂物从D1e级下降为D0e；DS(单颗粒球状类)夹杂物等级从DS1.5级下降为DS0级；综上所述，实施例1和实施例2制成的高纯净低合金超高强度钢中的夹杂物含量低于常规工艺生产D406A中的夹杂物含量。
通过E45.305材料试验机检测实施例1和实施例2中制成的高纯净低合金超高强度钢的力学性能，并与现有的D406A钢材进行对比，具体如下：
表4：D406A钢材以及依据实施例1和实施例2制成的高纯净低合金超高强度钢经热处理后的力学性能
结论：由表4可知，依据实施例1和实施例2制成的高纯净低合金超高强度钢与常规工艺生产D406A相比较，屈服强度分别提高了14.2％和7.9％，冲击功分别提高了59.7％和49.1％，平面应变断裂韧度分别提高了26.6％和13.6％。
综上，本发明通过增加炉内脱氧碳块、钢液脱氧碳块、脱氧铝锭、脱氧镁锭和硅化钙合金后，降低了低合金超高强度钢中的夹杂物、气体及有害杂质含量，同时通过热处理后能够获得精细的组织结构，使低合金超高强度钢的塑性和韧性得到提高，进而得到高纯净低合金超高强度钢。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法，其特征在于，包括以下操作：
1)配料：
以质量百分比计，按照低合金超高强度钢的化学成分进行配料，低合金超高强度钢的化学成分为：C：0.27％-0.32％，Si：1.4％-1.7％，Mn：0.7％-1.0％，Cr：1.0％-1.3％，Mo：0.4％-0.55％，Ni：0.25％，V：0.08％-0.15％，S≦0.01％，余量为Fe；
C、Si和Mn为合金化原料；其余为熔炼原料；
称取熔炼原料质量的0.03％的炉内脱氧碳块作为炉内脱氧剂；分别称取熔炼原料质量的0.02％的钢液脱氧碳块、0.025％-0.075％的脱氧铝锭和0.04％-0.12％的脱氧镁锭作为钢液脱氧剂；称取熔炼原料质量的0.03-0.06％的硅化钙合金作为脱硫剂；
2)真空熔炼：
将熔炼原料和炉内脱氧碳块装入中频感应炉坩埚中，先预抽真空到13Pa，再以100-150kW送电预热熔炼原料和炉内脱氧碳块至熔炼原料发红，期间，炉内脱氧碳块消耗中频感应炉内的游离氧；将中频感应炉内抽真空至1.3Pa，加大中频感应炉功率至450-550kW，将熔炼原料熔化为钢液，并使中频感应炉升温至1570-1590℃；
3)钢液脱氧、脱硫及合金化：
将钢液脱氧剂中的钢液脱氧碳块加入钢液中，对钢液进行精炼，精炼时长为30-50min；
钢液进入精炼后，在5min时加入脱氧用铝锭，在精炼结束前15min时加入合金化原料，C以碳块的形式加入，Si以结晶硅的形式加入，Mn以金属锰的形式加入；精炼结束前10min加入硅化钙合金，精炼结束前5min加入脱氧用镁锭；精炼结束后得到合金液；
调整钢液温度到出炉温度1590-1610℃；坩埚内合金液液面平静后，倾倒坩埚将合金液注入中间包内，合金液由中间包过滤后浇注至合金锭模内，开炉并冷却12h后脱模得到中间坯Ⅰ；
4)真空电弧重熔：
去除中间坯Ⅰ的氧化皮，并使用真空电弧重熔炉对中间坯Ⅰ进行熔炼，熔炼时，中间坯Ⅰ在真空电弧重熔炉的直流电弧的高温作用下迅速熔化形成合金液，合金液在真空下以熔滴形式通过4700℃的电弧区域，并在结晶器内自下而上地逐层凝固成锭，熔炼完成后沙冷12h得到中间坯Ⅱ；
5)锻造：
锻造前使用电炉将中间坯Ⅱ在840-860℃下加热并保温180min，后将电炉升温至1140-1160℃保温150min；
出炉后，按照锻造比大于5，即中间坯Ⅱ锻造前与锻造后的横截面积之比大于5，使用拱式自由锻电液锤对中间坯Ⅱ进行锻造，锻造温度低于870℃时，立即回炉重新加热至1140-1160℃，保温时间缩短为100min；锻造完成后得到型材；
6)热处理：
对型材进行热处理，制成高纯净低合金超高强度钢；
热处理包括正火处理、等温淬火处理和回火处理；热处理的具体步骤如下：
a)正火处理：将型材置于箱式电阻炉内，在900-920℃下加热80min，出炉空冷；
b)等温淬火处理：将型材置于置于箱式电阻炉内，在910-930℃下加热80min，出炉后在150℃的淬火油中等温淬火60min，然后取出空冷；
c)回火处理：将型材置于箱式电阻炉内，在310℃下加热240min后出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，将熔炼原料和炉内脱氧碳块装入中频感应炉坩埚中时，先将Fe、Ni装入坩埚内，其次装入Cr、Mo、V，最后装入炉内脱氧碳块。
3.根据权利要求1所述的一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，钢液脱氧碳块均分两次加入合金液内，且两次间隔时长为5～8min；
若第一次加入钢液脱氧碳块后，真空感应炉内真空度小于12Pa，则取消第二次加入钢液脱氧碳块；若真空感应炉内真空度高于或等于12Pa，则在5～8min后继续加入钢液脱氧碳块。
4.根据权利要求1所述的一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，倾倒坩埚将合金液浇注至合金锭模内后，立即向合金锭模帽口处添加发热剂，且发热剂盖满合金锭模的帽口。
5.根据权利要求1所述的一种高纯净低合金超高强度钢的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，通过磨床磨削加工去除中间坯Ⅰ的氧化皮，并将其作为真空电弧重熔炉的电极，将真空电弧重熔熔炼的真空度调整为10-1Pa，结晶器的冷却水温调至45℃。
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