一種高強度高塑性twip鋼電渣重熔生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種高強度高塑性TWIP鋼的生產(chǎn)方法，屬于冶金【技術(shù)領域】。TWIP鋼成分為：C：0.03%～0.08%，Si:2.0%～3.0%，Mn:20%～30%，Al:2.5%～3.5%，余量為Fe和少量其它合金元素；采用60～70%CaF2+20～30%Al2O3+5～15%CaO的渣系冶煉TWIP鋼；渣中加入適量金屬錳或電解錳和鋁粉，解決TWIP鋼中易氧化和揮發(fā)元素燒損問題。采用氬氣保護重熔，流量20～40Nm3/h，減少鋁燒損；采用低熔化速率進行精煉，熔化速率控制在700～950kg鋼/小時。在補縮期，電流逐漸下降，補縮時間大于1.5小時。本發(fā)明優(yōu)點是:采用電渣重熔方法冶煉TWIP鋼，不僅可以防止TWIP凝固過程產(chǎn)生裂紋，而且可以改善TWIP鋼的凝固組織和偏析狀況，同時也可顯著提高TWIP鋼潔凈度。
【專利說明】—種高強度高塑性TWIP鋼電渣重熔生產(chǎn)方法【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金【技術(shù)領域】，涉及到一種高強度高塑性TWIP (孿晶誘導塑性)鋼的生產(chǎn)和控制方法，得到具有成分合格，內(nèi)部冶金質(zhì)量優(yōu)良，力學性能優(yōu)異的TWIP鋼。
【背景技術(shù)】
[0002]TffIP鋼是一種孿晶誘導塑性鋼(Twinninginducedplasticity),是一種集高強度、高塑性和高應變硬化性能于一體的理想的汽車用安全、減重、節(jié)能的結(jié)構(gòu)材料。
[0003]單相奧氏體的高錳鋼早在1883年就由R.A.Hadfield申請專利。其后，Grassel研究表明，F(xiàn)e-Mn-Al-Si合金中增加Mn含量和調(diào)整Al、Si含量的值，能夠得到單一奧氏體結(jié)構(gòu)的鋼組織，其抗拉強度和延伸率的乘積在50000Mpa以上，同時具有很高的強度和塑性。這種強化機理不是來自于相變，而是來自形變過程中孿晶的形成，所以命名為孿生誘發(fā)塑性鋼(Twinninginducedplasticity),簡稱 TffIP 鋼。
[0004]TWIP鋼具有較高的Mn、Al、Si含量，這些元素在熔煉過程中，很容易形成非金屬夾雜物，這對于純凈度的提高和合金成分的控制會比較困難。Al、Si和Mn在冶煉過程容易發(fā)生宏觀偏析，材料的均勻性和一致性都很難保證。由于Al含量較高，在澆注過程容易發(fā)生氧化，用連鑄方法生產(chǎn)會堵塞水口，而且容易產(chǎn)生大量的氧化物夾雜。同時，TWIP鋼存在較寬的脆性溫度區(qū)，具有較高的裂紋敏感性，在連鑄生產(chǎn)或者軋制過程中，容易出現(xiàn)熱裂紋。而采用模鑄工藝生產(chǎn)，會出現(xiàn)柱狀晶異常粗大、偏析嚴重及中心疏松嚴重等問題。
[0005]鑒于上述諸多困難，采用連鑄和模鑄工藝技術(shù)難以生產(chǎn)出質(zhì)量合格的TWIP鋼，本發(fā)明成功研發(fā)電渣重熔技術(shù)生產(chǎn)TWIP鋼技術(shù)。但TWIP鋼電渣工藝技術(shù)目前還沒有相關文獻報道，其保護渣組成的確定、易氧化元素及易揮發(fā)元素的燒損控制、以及電渣末期中心疏松的控制是本技術(shù)研發(fā)的關鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明公開一種生產(chǎn)高強度高塑性TWIP鋼的生產(chǎn)方法，采用電渣重熔(ESR)在初煉的基礎上進一步去除鋼中夾雜物，同時改善鋼錠的結(jié)晶組織，從而得到高質(zhì)量的TWIP鋼
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[0007]一種高強度高塑性TWIP鋼電渣重熔生產(chǎn)方法，其特征在于:采用電渣重熔工藝精煉TWIP鋼，具體制作步驟為；
[0008]1、化學成分質(zhì)量百分比是:C:0.03% ~0.08%, S1: 2.0% ~3.0%, Mn: 20% ~30%，
Al: 2.5%~3.5%，余量為Fe和少量其它合金元素；
[0009]2、采用60~70%CaF2+20~30%Α1203+5~15%Ca0的渣系冶煉TWIP鋼；同時，渣中加入適量金屬錳或電解錳和鋁粉，解決TWIP鋼中易氧化和揮發(fā)元素燒損問題；鋁粉的加入量為TWIP鋼質(zhì)量的0.05~0.10%,電解錳的加入量為TWIP鋼質(zhì)量的0.01~0.05% ；
[0010]3、采用氬氣保護重熔，流量20~40NmVh，減少鋁燒損。
[0011]錳是易揮發(fā)元素，在1600°C以上揮發(fā)較為嚴重。電渣精煉過程中，熔池中最高溫度可達1700°C~2000°C，加之TWIP鋼中錳含量在25.0%左右，因此損失較為嚴重，損失量達到 0.10 ~1.5%。
[0012]鋁是易氧化元素，在電渣過程中容易與大氣中的氧及渣中SiO2等氧化物反應，損失較大。TWIP鋼中鋁含量達到3.0%左右，在電渣過程中損失達0.30%~0.80%左右，鋼中鋁很容易把渣中微量的SiO2還原，引起TWIP鋼硅含量升高，電渣過程中硅含量可增加
0.10% ~0.30% 左右。
[0013]因此，本發(fā)明電渣重熔用電極錠冶煉時，鋁和錳含量按TWIP目標成分的上限控制，硅含量按TWIP鋼目標成分的下限控制；采用氬氣保護重熔，流量20~40Nm3/h，減少鋁燒損；電渣精煉渣料調(diào)配時添加鋁粉和金屬錳，補充TWIP鋼電渣過程中鋁和錳的損失；電渣精煉時采用低電流、低熔速冶煉制度，控制熔池溫度，抑制錳的揮發(fā)損失。
[0014]本發(fā)明采用低熔化速率進行精煉，熔化速率控制在700~950kg鋼/小時，促進夾雜物的上浮，同時改善凝固組織和偏析狀況。
[0015]冶煉前渣料要進行預熔處理，采用熱態(tài)引燃，用石墨電極化渣。
[0016]汽車用TWIP鋼對潔凈度要求較高，同時電渣重熔后的材料加工對TWIP鋼的組織、偏析、疏松也均有較高要求。因此，為了保證TWIP鋼電渣重熔后電渣錠的純凈度、組織、偏析和疏松均得到良好控制，本方法控制電渣重熔過程中TWIP鋼的熔化速率，盡量采用低熔化速率熔煉。整個過程平均熔化率控制在700-950kg/h范圍，目標熔化率確定為800kg/h0
[0017]為了實現(xiàn)低熔化速率熔煉，電渣重熔過程中將采用較低電壓和電流強度進行精煉，這將降低熔池溫度，有利于控制錳的揮發(fā)和損失。
[0018]補縮工藝
[0019]補縮環(huán)節(jié)是電渣重熔過程不可缺少的重要環(huán)節(jié)，特別對于熱導率較低的高錳鋼，容易因為糊狀凝固方式而形成疏松和縮孔，所以控制好補縮工藝顯得尤為關鍵。通過幾個小段逐步降低二次電壓和冶煉電流，逐漸減少自耗電極的熔化速度，使金屬熔池由深變淺，使凝固收縮造成的縮孔能夠及時得到液態(tài)鋼水的補縮，這樣就不會產(chǎn)生較嚴重的縮孔和疏松缺陷。
[0020]本方法強調(diào)盡早進行補縮操作，增大補縮時間，補縮時間大于1.5小時。
[0021]在補縮階段采用多級降電流電壓制度，即分3至5個階段調(diào)節(jié)電流強度由大變小，分段補縮。在補縮期，電流逐漸下降，下降速度為3A/s ;每降低3000A左右，保持3至15分鐘，使電流保持穩(wěn)定，保證TWIP鋼低熱導率特性下熔池逐漸變淺，得到無疏松縮孔缺陷的電渣錠。
[0022]保溫與緩冷
[0023]脫模緩冷
[0024]TWIP鋼為裂紋敏感鋼，容易產(chǎn)生裂紋。在工業(yè)生產(chǎn)中，TWIP鋼鑄錠尺寸較大，電渣完成后如果冷卻過快，會造成電渣錠內(nèi)部應力較大，引起表面和內(nèi)部缺陷。為了防止TWIP電渣錠冷卻速度過快而引起表面和內(nèi)部缺陷，本發(fā)明在TWIP鋼電渣重熔、補縮結(jié)束后，采用緩冷罩對電渣錠繼續(xù)緩冷，控制電渣錠的冷卻速度，防止電渣錠急冷引起裂紋，緩冷時間大于24小時。
[0025]冶煉中渣量根據(jù)目標電渣錠的尺寸，即結(jié)晶器平均直徑確定，計算公式為:[0026]Gs= 3i/4.D2 (rXl(T6)H，H=fsD±20mm
[0027]其中:GS_渣量，kg ;fs-渣深系數(shù)，其大小由結(jié)晶器直徑?jīng)Q定，具體取值見表
[0028]I ；D-結(jié)晶器平均直徑，mm ;r_渣密度，g/cm3 ;H_渣池高度，mm ；
[0029]表1渣深系數(shù)fs與結(jié)晶器直徑的關系
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種高強度高塑性TWIP鋼電渣重熔生產(chǎn)方法，其特征在于:采用電渣重熔工藝精煉TWIP鋼，具體制作步驟為； (1)化學成分質(zhì)量百分比是:C:0.03%~0.08%, S1: 2.0%~3.0%, Mn: 20%~30%，Al: 2.5%~3.5%，余量為Fe和少量其它合金元素； (2)采用60~70%CaF2+20~30%Α1203+5~15%CaO的渣系冶煉TWIP鋼；同時，渣中加入適量金屬錳或電解錳和鋁粉，解決TWIP鋼中易氧化和揮發(fā)元素燒損問題；鋁粉的加入量為TffIP鋼質(zhì)量的0.05~0.10%,電解錳的加入量為TffIP鋼質(zhì)量的0.01~0.05% ； (3)采用氬氣保護重熔，流量20~40Nm3/h，減少鋁燒損； (4)采用低熔化速率進行精煉，熔化速率控制在700~950kg鋼/小時，促進夾雜物的上浮，同時改善凝固組織和偏析狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高強度高塑性TWIP鋼電渣重熔生產(chǎn)方法，其特征在于:在冶煉過程中，平均熔化率控制750-950kg/h，根據(jù)該熔化速率決定供電制度，電流強度的計算公式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高強度高塑性TWIP鋼電渣重熔生產(chǎn)方法，其特征在于:補縮時間大于1.5小時，在補縮期，電流逐漸下降，下降速度為3A/S ;每降低3000A，保持3至15分鐘，使電流保持穩(wěn)定，保證TWIP鋼低熱 導率特性下熔池逐漸變淺，得到無疏松縮孔缺陷的電渣錠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高強度高塑性TWIP鋼電渣重熔生產(chǎn)方法，其特征在于:電渣重熔后，采用緩冷罩進行緩冷，防止冷卻速度過快引起表面和內(nèi)部缺陷，緩冷時間大于24小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高強度高塑性TWIP鋼電渣重熔生產(chǎn)方法，其特征在于:對于重量為14t的TWIP鋼電渣錠，電極錠尺寸為Φ 580/620X3800/3900mm ;制備步驟為: I)電渣重熔用精煉渣的準備 采用組成為65%CaF2+25%Al203+10%Ca0的渣系冶煉TWIP鋼；渣量確定為480kg ；用Φ 400mm石墨電極化渣，二次電壓由65~75V，電流1000~3000A起弧引燃，9000~10000A精煉20分鐘，10000~12000A精煉20分鐘，化渣總時間50分鐘；為了防止鋼中易氧化元素燒損問題，在渣中加入脫氧劑，一共在渣中加入2kg電解錳和IOkg鋁；2)電渣重熔 結(jié)晶器的尺寸選用970/1040X 2500mm ； 整個冶煉過程熔化率控制按表3進行； 表3電渣重熔過程熔化率控制
【文檔編號】C22B9/18GK103526038SQ201310499144
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】劉建華, 莊昌凌, 江海濤, 郭軍儒 申請人:北京科技大學