專利名稱：一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金鋼的冶金加工領(lǐng)域，屬于ー種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法。
背景技術(shù)：
隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，輕量化已成現(xiàn)代汽車的發(fā)展趨勢，由此對汽車用鋼的強韌性水平有了更高的要求。此外，為了提高汽車的被動安全性能，要求汽車用鋼有盡可能高的吸能本領(lǐng)，即具有高強塑積。為實現(xiàn)這一目的，近年來世界主要汽車 鋼生產(chǎn)企業(yè)及研究部門開展了集中攻關(guān)研究，開發(fā)出一系列兼有高強度和高塑性的汽車車身用鋼，如雙相(DP)鋼、相變誘發(fā)塑性(TRIP)鋼以及孿晶誘導(dǎo)塑性(TWIP)鋼，其中以TWIP鋼綜合性能最佳。該合金主要化學(xué)成分為C0. 02-0. 03%，Mn:25-30%，A13%，Si3%，其余為Fe。其主要性能特點為斷后伸長率一般80%，抗拉強度一般580MPa，強塑積達45000MPa%以上，是高強韌性TRIP鋼的2倍。此外，TffIP鋼還具有很高的吸能本領(lǐng)，室溫下吸能本領(lǐng)可達O. 5J/mm3，是傳統(tǒng)深沖鋼的2倍以上。除了在汽車領(lǐng)域有重要的應(yīng)用以外，TffIP鋼在橋梁、建筑、低溫容器等其它有高強韌性要求的結(jié)構(gòu)中也有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)于TWIP鋼高塑性產(chǎn)生的機制目前已有較一致的認識，有關(guān)合金成分、組織與性能特點等方面也有ー些研究報道。但是，有關(guān)TWIP鋼熔煉、鍛造和軋制等重要熱加工エ藝的研究尚未見有報道，這些過程不僅是決定材料化學(xué)成分、晶體組織與力學(xué)性能的關(guān)鍵過程，還是實際材料和產(chǎn)品生產(chǎn)必不可少的エ藝過程。對這些過程中材料成分和組織演化規(guī)律及其機制進行研究，獲得優(yōu)化的エ藝參數(shù)，從而為實際生產(chǎn)提供設(shè)計依據(jù)，是TWIP鋼走向應(yīng)用亟待解決的問題。對于熔煉過程而言，由于TWIP鋼含有高比例的Μη、Α1和Si，這些元素在熔煉過程中彼此之間以及與熔煉環(huán)境(氣氛和爐襯)之間將產(chǎn)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，有很強的非金屬夾雜物形成傾向，同時熔煉過程中Mn還極易揮發(fā)，使熔體純凈度提高及合金成分精確控制非常困難。此外，Al和Si因與Fe有較大的密度差，在凝固過程中很容易發(fā)生宏觀偏祈，導(dǎo)致材料組織和性能均勻性、一致性較差。為防止或減少上述缺陷的產(chǎn)生和殘留，須嚴格控制熔煉氣氛、熔煉溫度、精煉及靜置時間、澆注溫度及速度等參數(shù)。高強塑積合金鋼是ー種含有高濃度易揮發(fā)和易偏析合金元素的鐵基材料，熔煉過程中合金成分、非金屬夾雜物數(shù)量及分布精確控制非常困難。由于熔煉過程關(guān)乎TWIP鋼組織和性能的基本エ藝過程，優(yōu)化并掌握其エ藝技木，對于實現(xiàn)該材料及產(chǎn)品的高性能及可靠應(yīng)用來說無疑是極其重要的。由于該材料成分的特殊性，熔煉加工エ藝要求高、難度大，目前尚無成熟的技術(shù)可以借鑒。近年來，我們結(jié)合國家重大科研任務(wù)的要求，對TWIP鋼相關(guān)熔煉エ藝進行了探索和優(yōu)化，獲得了可靠的エ業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了ー種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法，通過對布料、真空度、惰性氣氛、熔化、精煉、除渣與澆注等過程的控制，使合金元素在材料中得到均勻固溶，材料內(nèi)部冶金質(zhì)量(化學(xué)成分及冶金缺陷)達到設(shè)計要求。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下ー種高強塑積合金鋼的真空感應(yīng)熔煉方法，包括以下操作步驟I、選擇原材料及布料原材料均為エ業(yè)純料，分別為純鐵、純錳、純鋁、純硅，布料時，先將電解錳片置于坩堝底部，然后將純鐵棒料豎直置于電解錳片之上，結(jié)晶硅和純鋁置于料倉；2、抽真空、預(yù)熱

關(guān)閉真空室，抽真空至IOPa以下時，以80_100kW的功率送電加熱，繼續(xù)抽氣，使真空度應(yīng)保持在IOPa以下，該過程持續(xù)20-30 min ；3、充気與溶化抽氣結(jié)束后，向真空室內(nèi)充入氬氣使之壓カ達到-O. 04-0. 005MPa,同時將電源功率加大至300-340kW，使?fàn)t料快速熔化，熔化時間40-50min ；4、精煉爐料熔清后，將電源功率減小至80_100kW，靜置10_15min進行精煉；5、合金料添加精煉結(jié)束后，將電源功率增至200_240kW，加入料倉內(nèi)的合金材料，熔煉8_10min ；6、靜置合金料全部熔清后，將電源功率降至60_80kW，靜置15_20min ；7、調(diào)溫與澆注將電源功率升至100_120kW，使鋼水溫度升高至結(jié)膜破裂，然后開始澆注，澆注時間控制在5_7min之內(nèi)；8、鋼錠精整將帶有錐度的圓柱形鋼錠進行切割和表面車削加工。切割面分別位于冒ロ根部以下40mm處以及鋼錠底部向上20mm處，表面車削加工量為15mm;9、取樣化驗用鉆床分別從鋼錠兩個切割面上鉆取鉆屑，混合后進行化學(xué)成分分析。


圖I為本發(fā)明爐號V2011-112化學(xué)成分分析結(jié)果。
圖2為本發(fā)明爐號V2011-113化學(xué)成分分析結(jié)果。
圖3為本發(fā)明爐號V2011-114化學(xué)成分分析結(jié)果。
圖4為本發(fā)明爐號V2011-112-114鋼錠軋制線材無損探傷檢測結(jié)果。
圖5為本發(fā)明鋼錠(V2011-112)不同位置取樣的拉伸力學(xué)性能。
具體實施例方式 ー種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法，具體實施舉例如下I、選擇原材料及布料原材料均為エ業(yè)純料，分別為純鐵、純錳、純鋁、純硅，布料時，先將電解錳片置于坩堝底部，然后將純鐵棒料豎直置于電解錳片之上，結(jié)晶硅和純鋁置于料倉；
2、抽真空、預(yù)熱關(guān)閉真空室，抽真空至10Pa，以IOOkW的功率送電加熱，繼續(xù)抽氣，使真空度應(yīng)保持在IOPa以下，該過程持續(xù)18min ；3、充気與溶化抽氣結(jié)束后，向真空室內(nèi)充入氬氣使之壓カ達到-O. 04MPa,同時將電源功率加大至320kW，45min后爐料全部熔化； 4、精煉爐料熔清后，將電源功率減小至IOOkW,靜置15 min進行精煉；5、合金料添加精煉結(jié)束后，將電源功率增至240kW，加入料倉內(nèi)的合金材料，熔煉IOmin ；6、靜置合金料全部熔清后，將電源功率降至60kW，靜置15min ；7、調(diào)溫與澆注將電源功率升至100_120kW，使鋼水溫度升高至結(jié)膜破裂，然后開始澆注，澆注時間 7min ；8、鋼錠精整將重約165kg的圓柱形鋼錠進行切割和表面車削加工。上切割面距冒ロ根部41mm,下切割面距鋼錠底面20mm,表面車削量為15mm ；9、取樣化驗用鉆床分別從鋼錠兩個切割面上鉆取鉆屑，混合后進行化學(xué)成分分析。圖I、圖2、圖3所示為三爐鋼錠(爐號V2011-112-114)主要成分化驗結(jié)果?？梢钥闯?，所煉合金成分一致性很好，證明材料成分控制精度很高，本發(fā)明技術(shù)可靠、成熟。10、無損探傷試驗圖4所示為上述三爐鋼錠軋制成線材后的超聲波探傷檢測結(jié)果。可以看出，含可識別缺陷材料只占總量的1%左右，說明材料內(nèi)部冶金質(zhì)量很高。11.力學(xué)性能試驗圖5所示為鋼錠V2011-112不同位置取樣測試的拉伸力學(xué)性能?？梢钥闯?，其均勻性、一致性是非常好的，其中編號由小到大表示取樣位置從鋼錠頂部至底部的順序。
權(quán)利要求
1. 一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法，其特征在于包括有以下操作步驟 I. I選擇原材料及布料 原材料均為工業(yè)純料，分別為純鐵、純錳、純鋁、純硅；布料時，先將電解錳片置于坩堝底部，然后將純鐵棒料豎直置于電解錳片之上，結(jié)晶硅和純鋁置于料倉； I. 2抽真空、預(yù)熱 關(guān)閉真空室，抽真空至IOPa以下時，以80-100kW的功率送電加熱，繼續(xù)抽氣，使真空度應(yīng)保持在IOPa以下，該過程持續(xù)20-30min ； I. 3充IS與熔化 抽氣結(jié)束后，向真空室內(nèi)充入高純氬氣(99. 999%)使之壓力達到-O. 04-0. 005MPa,同時將電源功率加大至300-340kW，使?fàn)t料快速熔化，熔化時間40-50min ；I. 4精煉 爐料熔清后，將電源功率減小至80-100kW，靜置10-15min進行精煉； I. 5合金料添加 精煉結(jié)束后，將電源功率增至200-240kW，加入料倉內(nèi)的合金材料，熔煉8-10min ； I. 6靜置 合金料全部熔清后，將電源功率降至60-80kW，靜置15-20min ； I. 7調(diào)溫與澆注 將電源功率升至100-120kW，使鋼水溫度升高至結(jié)膜破裂，然后開始澆注，澆注時間控制在5-7min之內(nèi)； I. 8鋼錠精整 將帶有錐度的圓柱形鋼錠進行切割和表面車削加工；切割面分別位于冒口根部以下40mm處以及鋼錠底部向上20mm處，表面車削加工量為15mm ； I.9取樣化驗 用鉆床分別從鋼錠兩個切割面上鉆取鉆屑，混合后進行化學(xué)成分分析。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法。該方法包括以下操作步驟1、選擇原材料及布料；2、抽真空、預(yù)熱；3、充氬與熔化；4、精煉；5、合金料添加；6、靜置；7、調(diào)溫與澆注。通過對上述過程關(guān)鍵工藝參數(shù)的科學(xué)控制，保證最終材料內(nèi)部冶金質(zhì)量(化學(xué)成分及冶金缺陷)達到高標準。
文檔編號C22C33/04GK102851564SQ20121015637
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者韓福生, 王新福, 王幸福 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院