專利名稱：超純高強(qiáng)高韌鋼的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煉鋼技術(shù)領(lǐng)域。主要適用于超純高強(qiáng)高韌的制造。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些物體(如發(fā)射的火箭、衛(wèi)星等)處于超高速下運行，一旦發(fā)生碰撞，物體則被推毀。而一些科學(xué)試驗等，要求高速運行的物體在發(fā)生碰撞時，不破碎，不變形。這就要求制作這類物體的材料，不僅具有高的強(qiáng)度，而且還要具有良好的韌性。通常是采用高強(qiáng)高韌鋼。
在現(xiàn)有技術(shù)中，高強(qiáng)高韌鋼一般采用下列三種方法冶煉(美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM A605-72)(1)、真空感應(yīng)爐＋電渣重熔；(2)、電弧爐＋真空電弧重熔；(3)、非真空感應(yīng)爐＋真空電弧重熔。
冶煉后，鋼錠在高溫下進(jìn)行均質(zhì)化處理，隨著進(jìn)行鍛、軋加工成材。
冶煉時，采用一般工業(yè)純鐵為原料，以Al、Mn、Ti、Si和RE為脫氧元素。因此，對這些脫氧元素的控制范圍較寬，再加上一般工業(yè)純鐵的夾質(zhì)含量高，特別是P、S含量都較高，C含量也較寬，使最終冶煉時C含量不易控制，難于保證最終產(chǎn)品既能獲得足夠高的強(qiáng)度，又有良好的韌性。滿足不了使用要求。
本發(fā)明的目的在于提供一種能確保高強(qiáng)度和高韌性良好匹配的超純高強(qiáng)高韌鋼的制造方法。
針對上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案真空感應(yīng)爐提煉中碳純鐵—真空感應(yīng)爐合金化冶煉—真空電弧自耗爐重熔—均質(zhì)化處理—鍛造加工?，F(xiàn)分述如下(1)、真空感應(yīng)爐提煉中碳純鐵選用S≤0.003％、P≤0.003％、Si≤0.10％、Al≤0.05％、Ti≤0.05％的工業(yè)純鐵為原料，并配入0.25～0.55％C和0.01～0.08％的Ni-Mg合金提煉中碳純鐵；碳以碳電極形式加入，Ni-Mg合金需在爐料全部熔化后加入，出鋼溫度控制在1560～1580℃。
(2)、真空感應(yīng)爐中進(jìn)行合金化冶煉以中碳純鐵為原料，并配入0.15～0.45％C和0.005～0.06％Ni-Mg合金以及按成分設(shè)計需加入的合金元素進(jìn)行合金化冶煉。
出鋼溫度控制在1560～1580℃；出鋼后，鋼液澆鑄成自耗重熔電極；(3)、真空電弧自耗爐中進(jìn)行重熔以真空感應(yīng)爐鋼水澆鑄的自耗重熔電極為原料進(jìn)行重熔，其重熔參數(shù)為電流為5000～10000A，重熔速度為100～350Kg/h；(4)、鋼錠均質(zhì)化處理真空自耗重熔后的鋼錠在熱加工前需進(jìn)行均質(zhì)化處理，處理參數(shù)溫度為1120～1260℃，時間為8～18小時。
(5)、采用鍛造方式進(jìn)行熱加工成材鍛造加熱溫度為1140～1200℃，保溫時間為1～5小時，鍛造比大于9。
由以上可知，本發(fā)明采用了S、P、Si、Mn、Al、Ti含量都比較低的工業(yè)純鐵作為原料，為獲取高純潔度鋼提供了物資基礎(chǔ)，而高純潔度是獲得高韌性的基本條件。
由于本發(fā)明對Al、Si、Mn、Ti等通常的脫氧元素都嚴(yán)格控制在微量范圍，因而這些元素起不到脫氧作用，故采用碳和鎂進(jìn)行脫氧。所以對本發(fā)明來說，碳不僅要控制鋼中固溶碳，而且還要用碳脫氧，即具有燒碳-保碳雙重作用。提煉中碳純鐵時加入的碳，其主要作用一是用于脫氧，二是保證純鐵中仍保留一定的碳量；合金化時加入的碳和Ni-Mg合金，一方面是使鋼中仍留有足夠的固溶碳，以便保證較高的強(qiáng)度，另一方面是一部分碳用于繼續(xù)脫氧，進(jìn)一步提高鋼的純潔度。加入Ni-Mg，也是為了更好地脫氧。
均質(zhì)化處理主要是為了使鋼中的成分，特別是合金元素，通過高溫擴(kuò)散，使之更為均勻。
采用本發(fā)明所述的方法所生產(chǎn)的超純高強(qiáng)高韌鋼可獲得高的純結(jié)度，既可達(dá)到較高的強(qiáng)度，又有良好的韌性。
純潔度可達(dá)到如下指標(biāo)Mn≤0.05％.Si≤0.10％、S≤0.003％、P≤0.003％、Al≤0.015％、Ti≤0.015％、N≤PPm O≤10PPm。
如20CNi9Co9MO1Cr2Nb高強(qiáng)高韌鋼可達(dá)到如下力學(xué)性能
σb≥1715MPa，σ0.2≥1520MPa，σ0.2/σb≤0.92，K1c≥124MPa.m1/2，δ5≥10％，≥45％。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的主要優(yōu)點在于可獲得高純潔度的超純高強(qiáng)高韌鋼，不僅具有足夠高的強(qiáng)度，而且具有優(yōu)異的韌性。
實施例采用本發(fā)明所述的方法生產(chǎn)了3爐超純高強(qiáng)高韌鋼20CNi9Co9MolCr2Nb。首先以工業(yè)純鐵為原料在真空感應(yīng)爐中提煉中碳純鐵，以廢石墨電極形式配入所需的含碳量，并加入Ni-Mg合金。所用工業(yè)純鐵的化學(xué)成分和加入的碳和Ni-Mg合金含量如表1所示。
接著以中碳純鐵為原料在真空感應(yīng)爐中進(jìn)行合金化冶煉，所需的Cr、Ni、Mo、Co、Nb等合金元素以金屬鉻、金屬鎳、金屬鉬、金屬鈷和金屬鈮等的形式加入，并二次配入碳量，所加入的碳和Ni-Mg合金含量、精煉時間和出鋼溫度如表2所示。出鋼后，鋼液澆鑄成自耗電極。
以自耗電極為原料在真空電弧自耗爐中進(jìn)行重熔。重熔參數(shù)如表3所示。
重熔鋼錠先置于熱處理爐中進(jìn)行均質(zhì)化熱處理，為合金元素擴(kuò)散提供條件，使成分更均勻經(jīng)均質(zhì)化熱處理后，鋼錠在快鍛機(jī)上進(jìn)行鍛造加工。均質(zhì)化熱處理及鍛造工藝參數(shù)如表4所示。
自耗重熔后，對鋼錠取樣，做化學(xué)成分分析。3爐鋼的化學(xué)成分如表5所示。鍛造加工后，對鍛材取樣，做力學(xué)性能檢驗，檢驗結(jié)果如表6所示由表6可看出，所生產(chǎn)的3爐超純高強(qiáng)高韌鋼不僅有足夠高的強(qiáng)度，而且有相當(dāng)優(yōu)異的韌性。
表1實施例提煉中碳純鐵所用工業(yè)純鐵的化學(xué)成分及加入的碳量和Ni-Mg合金量(重量％)
表2實施例合金化冶煉加入的碳量、Ni-Mg合金、精煉時間、出鋼溫度
表3實施例真空電弧自耗爐重熔工藝參數(shù)
表4實施例均質(zhì)化熱處理和鍛造工藝參數(shù)
表6實施例所生產(chǎn)鋼號的力學(xué)性能
表5實施例3爐鋼的最終化學(xué)成分(重量％)
O、N含量為PPm
權(quán)利要求
1.一種超純高強(qiáng)高韌鋼的制造方法，其特征在于(1)、真空感應(yīng)爐提煉中碳純鐵選用S≤0.003％、P≤0.003％、Si≤0.10％、Al≤0.05％、Ti≤0.05％的工業(yè)純鐵為原料，并配入0.25～0.55％C和0.01～0.08％的Ni-Mg合金提煉中碳純鐵；(2)、真空感應(yīng)爐中進(jìn)行合金化冶煉以中碳純鐵為原料，并配入0.15～0.45％C和0.005～0.06％Ni-Mg合金以及按成分設(shè)計需加入的合金元素；出鋼溫度控制在1560～1580℃；出鋼后，鋼液澆鑄成自耗重熔電極；(3)、真空電弧自耗爐中進(jìn)行重熔以真空感應(yīng)爐鋼水澆鑄的自耗重熔電極為原料進(jìn)行重熔，其重熔參數(shù)為電流為5000～10000A，重熔速度為100～350Kg/h；(4)、鋼錠均質(zhì)化處理真空自耗重熔后的鋼錠在熱加工前需進(jìn)行均質(zhì)化處理，處理參數(shù)溫度為1120～1260℃，時間為8～18小時；(5)、采用鍛造方式進(jìn)行熱加工成材鍛造加熱溫度為1140～1200℃，保溫時間為1～5小時。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于Ni-Mg合金待爐料全部熔化后加入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鍛造時鍛造比大于9。
全文摘要
本發(fā)明屬于煉鋼技術(shù)領(lǐng)域。主要涉及超純高強(qiáng)高韌鋼的制造方法。其特征是首先以工業(yè)純鐵為原料，并配入一定的C和Ni-Mg合金，提煉中碳純鐵；以中碳純鐵為原料，繼續(xù)配入適量C和Ni-Mg合金，在真空感應(yīng)爐中冶煉成自耗重熔電極；又以重熔電極為原料，在真空電弧自耗爐中進(jìn)行精煉，并制成鋼錠；鋼錠經(jīng)均質(zhì)化處理后進(jìn)行鍛造熱加工。采用本發(fā)明所制取的超純高強(qiáng)高韌鋼，不僅有足夠高的強(qiáng)度，而且有良好的韌性。
文檔編號C22C33/04GK1141960SQ95117429
公開日1997年2月5日 申請日期1995年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月6日
發(fā)明者王黎云, 張萊平, 羅威豹, 孫維禮, 梅洪生, 高銀露 申請人:長城特殊鋼公司, 冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院