一種超高強(qiáng)度高韌性鋼及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超高強(qiáng)度高韌性鋼及其生產(chǎn)方法。所述方法包括以下步驟：EBT電爐初煉鋼水并控制鋼水終點(diǎn)碳含量≥0.10wt%和磷含量≤0.004wt%，出鋼溫度為1620～1650℃，并在出鋼過程中進(jìn)行預(yù)脫氧、合金化以及增碳處理；LF精煉；連鑄得到連鑄坯；電渣重熔連鑄坯得到超高強(qiáng)度高韌性鋼，其化學(xué)成分由0.42～0.48wt%的C、0.15～0.35wt%的Si、0.60～0.90wt%的Mn、0.40～0.70wt%的Ni、0.90～1.20wt%的Cr、0.90～1.10wt%的Mo、0.05～0.15wt%的V、不大于0.015wt%的P、不大于0.015wt%的S、不大于0.00008wt%的H、不大于0.0016wt%的O、不大于0.0050wt%的N以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，并且鋼中的非金屬夾雜物A類、B類、C類和D類均不大于0.5級。本發(fā)明提高了超高強(qiáng)度高韌性鋼的鋼質(zhì)純凈度、降低鋼中氣體含量且能夠?qū)崿F(xiàn)大批量生產(chǎn)。
【專利說明】一種超高強(qiáng)度高韌性鋼及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種用于制造火箭彈頭殼體和宇航殼體的超高強(qiáng)度高韌性鋼及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超高強(qiáng)度鋼主要用于宇航殼體和火箭彈的殼體，要求鋼具有較高的比強(qiáng)度和較強(qiáng)的阻止裂紋擴(kuò)展的能力(即具有高的K1C)，以及良好的工藝性能，便于火箭彈安全儲運(yùn)和旋壓成型。
[0003]為提高鋼的強(qiáng)韌性，目前采取的生產(chǎn)方法是:真空感應(yīng)爐熔煉+真空自耗重熔及真空感應(yīng)爐熔煉+電渣重熔兩種雙聯(lián)工藝冶煉。這兩種工藝生產(chǎn)對鋼材質(zhì)量有益，但大多數(shù)真空感應(yīng)坯表面存在錠模接縫、頂部飛濺皮、渣溝、麻坑等缺陷，特別嚴(yán)重的是少數(shù)真空感應(yīng)坯表面還有大片夾砂和生鐵疤。并且采用以上兩種工藝生產(chǎn)，受真空感應(yīng)爐熔煉裝備能力的影響，鋼的生產(chǎn)能力受限制，同時(shí)生產(chǎn)成本也很高，不能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的之一在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個(gè)或多個(gè)問題。
[0005]本發(fā)明的目的之一在于提供一種能夠提高鋼質(zhì)純凈度、降低鋼中氣體含量且能夠?qū)崿F(xiàn)大批量生產(chǎn)的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法。所述方法以下步驟:電爐初煉鋼水，控制電爐終點(diǎn)鋼水中碳含量≥ 0.10wt%和磷含量≤0.004?〖％，采用偏心爐底出鋼，出鋼溫度為1620~1650°C，并在出鋼過程中進(jìn)行預(yù)脫氧、合金化以及增碳處理；對鋼水進(jìn)行LF精煉；連鑄，得到連鑄坯；電渣重熔連鑄坯得到超高強(qiáng)度高韌性鋼，所述超高強(qiáng)度高韌性鋼的化學(xué)成分由0.42~0.48wt%的C、0.15~0.35wt%的S1、0.60~.0.90wt% 的 Μη、0.40 ~0.70wt% 的 N1、0.90 ~1.20wt% 的 Cr、0.90 ~1.10wt% 的 Μο、0.05 ~.0.15wt%的V、不大于0.015wt%的P、不大于0.015wt%的S、不大于0.00008wt%的H、不大于.0.0016wt%的O、不大于0.0050wt%的N以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，并且所述超高強(qiáng)度高韌性鋼的非金屬夾雜物A類、B類、C類和D類均不大于0.5級。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法的一個(gè)實(shí)施例，所述超高強(qiáng)度高韌性鋼中 C 含量為 0.43 ~0.46wt%、Si 含量為 0.19 ~0.32wt%、Mn 含量為 0.70 ~0.85wt%、Ni含量為0.54~0.68wt%、Cr含量為1.05~L 18wt%、Mo含量為0.95~L 08wt%、V含量為.0.08~0.14wt%、Cu含量不大于0.15wt%、As含量不大于0.015wt%、Sn含量不大于0.008wt%并且Al含量不大于0.04wt%。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法的一個(gè)實(shí)施例，所述超高強(qiáng)度高韌性鋼中的P含量不大于0.010wt%以及S含量不大于0.003wt%。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法的一個(gè)實(shí)施例，在所述LF精煉結(jié)束后，喂入CaSi線或Ca線進(jìn)行夾雜物變形處理并靜吹。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法的一個(gè)實(shí)施例，所述CaSi線的喂入量為0.4~0.6Kg/t鋼。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法的一個(gè)實(shí)施例，所述Ca線的喂入量為 0.10 ~0.15Kg/t 鋼。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法的一個(gè)實(shí)施例，所述連鑄坯是直徑為220~350mm的圓還。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法的一個(gè)實(shí)施例，所述電爐冶煉步驟中采用60~70wt%的廢鋼以及30~40wt%的鐵水或者生鐵作為冶煉原料。
[0014]本發(fā)明的另一方面提供了一種超高強(qiáng)度高韌性鋼。所述超高強(qiáng)度高韌性鋼由如上所述的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法制得。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括:鋼質(zhì)純凈度高、氣體含量低、有害元素P、S含量低，生產(chǎn)流程簡單，可以進(jìn)行批量生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在下文中，將結(jié)合示例性實(shí) 施例詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的超高強(qiáng)度高韌性鋼及其生產(chǎn)方法。
[0017]發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，若采用“電爐熔煉鋼錠+電渣重熔”雙聯(lián)工藝冶煉，雖然解決坯料量小的問題，但是用電爐熔煉澆鑄鋼錠，在鋼錠澆鑄過程中，鋼錠模內(nèi)表面的銹蝕、鋼水經(jīng)過耐火材料湯道，被浸蝕的耐火材料全部進(jìn)入重熔錠坯中，增加了鋼中夾雜物，降低鋼質(zhì)純凈度；由于電爐熔煉澆鑄的鋼錠需要進(jìn)行電渣重熔，在鋼錠澆鑄時(shí)不能加保護(hù)渣，以防止保護(hù)渣卷入鋼水中增加鋼的夾雜物，但高溫鋼水與鑄鐵模直接接觸，容易產(chǎn)生生鐵疤，同時(shí)鋼水裸露在大氣中，容易產(chǎn)生吸氣和二次氧化，因此增加了鋼中氣體含量，影響鋼質(zhì)純凈度；模鑄鋼錠鋼水收得率低，生產(chǎn)成本高。為此，發(fā)明人提出了 “電弧爐初煉鋼水+LF爐外精煉+圓坯連鑄生產(chǎn)電渣重熔坯+電渣重熔”的工藝，以提高電渣重熔前的電渣重熔錠坯的鋼質(zhì)純凈度和降低鋼中氣體含量，鋼水收得率高，生產(chǎn)成本低，并完全解決生產(chǎn)批量小的問題。
[0018]根據(jù)本發(fā)明一方面示例性實(shí)施例的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法，其生產(chǎn)工藝流程為:超高功率電弧爐初煉鋼水一LF精煉一圓坯連鑄一連鑄坯噴砂、表面修磨一電渣重熔—軋管，具體包括以下步驟:
[0019](I)采用廢鋼和生鐵或鐵水作原料，其中，廢鋼占60~70wt%，鐵水或者生鐵占30~40wt%，用超高功率電弧爐+LF爐外精煉冶煉鋼水，利用超高功率電弧爐中高堿度、低溫、高氧化鐵和爐壁集束氧槍吹氧脫碳的劇烈攪拌等特性，有效去除鋼水中的有害元素磷、氫、氮?dú)怏w和非金屬夾雜物?？刂齐娀t鋼水終點(diǎn)碳≥0.10wt%和磷≤ 0.004wt%，并在出鋼過程中進(jìn)行預(yù)脫氧、合金化以及增碳處理。若碳含量低于0.10wt%，則鋼水中氧含量高，在電爐出鋼過程進(jìn)行合金化處理時(shí)加入的合金(例如錳鐵合金)容易被氧化，形成大量的氧化物，增加鋼的夾雜物含量；另外，若電弧爐冶煉終點(diǎn)鋼水碳含量太低，為了保證最終得到的超高強(qiáng)度高韌性鋼中碳含量達(dá)到要求(0.42~0.48wt%),需要在電爐出鋼過程和LF精煉過程中加入大量增碳劑(例如碳粉)進(jìn)行增碳，碳粉中含有的雜質(zhì)在增碳過程中進(jìn)入鋼水中，進(jìn)而增加了鋼水中的夾雜物含量，并且，由于鋼水氧含量高，導(dǎo)致碳粉增碳的收得率波動大，在LF精煉時(shí)會出現(xiàn)反復(fù)增碳，延長LF精煉時(shí)間，增加鋼水吸氣和鋼包耐火材料浸蝕，降低鋼質(zhì)純凈度。而由于需要將磷含量控制在0.004wt%以下，故鋼水中碳含量不會太高，通常低于0.20wt%,因此，在滿足終點(diǎn)鋼水中磷含量達(dá)到要求的條件下，控制鋼水中碳含量不低于0.10wt%以避免鋼水過氧化即可。若磷大于0.004wt%，在LF精煉時(shí)因電爐出鋼鋼水帶出的含磷爐洛的回磷和加入鐵合金增加的磷，會使產(chǎn)品的磷含量達(dá)到0.010wt%以上，增加有害元素含量，影響鋼的韌性。出鋼溫度1620~1650°C，采用偏心爐底出鋼(EBT)，防止電爐氧化渣進(jìn)入LF精煉爐。在LF精煉爐造泡沫渣，快速脫硫、脫氧、去氣、去夾雜，調(diào)整合金成分，LF精煉結(jié)束后對夾雜物進(jìn)行變形處理，并且用氬氣攪拌靜吹10分鐘以上，讓夾雜物充分上浮去除，進(jìn)一步提高鋼質(zhì)純凈度。例如，喂入0.4~0.6Kg/t鋼的CaSi線或者喂入0.10~0.15Kg/t鋼的Ca線進(jìn)行夾雜物變形處理。如果喂入的CaSi線小于0.4Kg/t鋼或者喂入的Ca線少于0.10Kg/t鋼，則不能使夾雜物完全變形；如果喂入的CaSi線大于0.6Kg/t鋼，夾雜物能夠變形，但是增加的Si多，鋼的Si含量高，不利于保證鋼的韌性；而若是喂入的Ca線量大于0.15Kg/t鋼，一是增加成本，二是鋼水容易產(chǎn)生劇烈沸騰導(dǎo)致鋼水大量吸氣和二次氧化，因此，必須控制合適的量。 [0020](2)米用圓還連鑄機(jī)燒鑄Φ 220mm~Φ 350mm規(guī)格圓還作電洛重熔還。但本發(fā)明不限于此，還可以通過連鑄工序得到其他形狀合格規(guī)格的連鑄坯作為電渣重熔坯，但是為了與電渣重熔設(shè)備相匹配，優(yōu)選圓坯。另外，在連鑄過程中，采用大包長水口、長水口氬氣密封、中間包雙層覆蓋劑、結(jié)晶器浸入式水口、結(jié)晶器保護(hù)渣進(jìn)行全保護(hù)澆鑄，解決鋼水吸氣和鋼水二次氧化問題。采用大容量中間包(例如，容量為20噸的中間包)以使得夾雜物充分上浮。
[0021](3)澆鑄成的連鑄坯，經(jīng)過表面噴砂和表面修磨處理后，再電渣重熔成電渣鋼錠。電渣重熔和制管工藝采用常規(guī)工藝。
[0022](4)電渣鋼錠軋制得到的鋼管的化學(xué)成分由0.42~0.48wt%的C、0.15~0.35wt%的 S1、0.60 ~0.90wt% 的 Μη、0.40 ~0.70wt% 的 N1、0.90 ~1.20wt% 的 Cr、0.90 ~1.10wt%的 Mo、0.05 ~0.15wt°/c^^V、不大于 0.015wt% 的 P、不大于 0.015wt% 的 S、不大于 0.00008wt%的H、不大于0.0016wt%的O、不大于0.0050wt%的N以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，并且按GB/T10561-2005鋼中非金屬夾雜物含量的測定標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法檢測結(jié)果為:A類O~0.5級、B類O~0.5級、C類O~0.5級、D類O~0.5級。
[0023]優(yōu)選地，鋼管中C含量為0.43~0.46wt%、Si含量為0.19~0.32wt%、Mn含量為 0.70 ~0.85wt%、Ni 含量為 0.54 ~0.68wt%、Cr 含量為 L 05 ~L 18wt%、Mo 含量為
0.95 ~1.08wt%、V 含量為 0.08 ~0.14wt%、Cu 含量≤ 0.15wt%、As 含量≤ 0.015wt%、Sn 含量< 0.008wt% 并且 Al 含量≤ 0.04wt%。
[0024]進(jìn)一步地，鋼管中的有害元素P含量不大于0.010wt%以及S含量不大于
0.003wt%o
[0025]根據(jù)本發(fā)明另一方面示例性實(shí)施例的超高強(qiáng)度高韌性鋼，所述超高強(qiáng)度高韌性鋼由如上所述的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法制得。
[0026]為了更好地理解本發(fā)明的上述示例性實(shí)施例，下面結(jié)合具體示例對其進(jìn)行進(jìn)一步說明。[0027]示例I
[0028]向70噸50MVA超高功率EBT電弧爐中加入70wt%的廢鋼和30wt%的鐵水，控制電爐鋼水終點(diǎn)碳含量為0.12wt%和磷含量為0.003wt%,出鋼溫度為1620°C。然后進(jìn)行LF精煉，LF精煉結(jié)束后喂入0.4Kg/t鋼的CaSi線進(jìn)行夾雜物變形處理，并且用氬氣攪拌靜吹15分鐘。采用圓坯連鑄機(jī)澆鑄Φ 220mm圓坯，并對連鑄坯進(jìn)行表面噴砂和表面修磨處理后，再電渣重熔成電渣鋼錠。將電渣鋼錠軋制為鋼管。
[0029]經(jīng)檢測，鋼管的主要化學(xué)成分為0.43wt%的C、0.30wt%的S1、0.85wt%的Mn、0.68wt% 的 N1、1.05wt% 的 Cr、1.08wt% 的 Mo,0.08wt% 的 V,0.13% 的 Cu,0.015wt% 的 As、0.006wt% 的 Sn,0.04wt% 的 Α1、0.006wt% 的 Ρ、0.001wt% 的 S、0.00008wt% 的 Η、0.0015wt%的0、0.0030wt%的N以及余量的Fe，并且按GB/T10561-2005鋼中非金屬夾雜物含量的測定標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法檢測結(jié)果如表1所示。
[0030]示例 2
[0031]向70噸50MVA超高功率EBT電弧爐中加入60wt%的廢鋼和40wt%的鐵水，控制電爐鋼水終點(diǎn)碳含量為0.15wt%和磷含量為0.004wt%,出鋼溫度為1650°C。然后進(jìn)行LF精煉，LF精煉結(jié)束后喂入0.5Kg/t鋼的CaSi線進(jìn)行夾雜物變形處理，并且用氬氣攪拌靜吹12分鐘。采用圓坯連鑄機(jī)澆鑄Φ 280mm圓坯，并對連鑄坯進(jìn)行表面噴砂和表面修磨處理后，再電渣重熔成電渣鋼錠。將電渣鋼錠軋制為鋼管。[0032]經(jīng)檢測，鋼管的主要化學(xué)成分為0.46wt%的C、0.19wt%的S1、0.70wt%的Mn、0.54wt% 的 N1、1.18wt% 的 Cr,0.95wt% 的 Mo,0.14wt% 的 V,0.10% 的 Cu,0.010wt% 的 As、0.005wt% 的 Sn、0.03wt% 的 Al、0.008wt% 的 P、0.003wt% 的 S、0.000065wt% 的 H、0.0012wt%的0、0.0040wt%的N以及余量的Fe，并且按GB/T10561-2005鋼中非金屬夾雜物含量的測定標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法檢測結(jié)果如表1所示。
[0033]示例 3
[0034]向70噸50MVA超高功率EBT電弧爐中加入65wt%的廢鋼和35wt%的鐵水，控制電爐鋼水終點(diǎn)碳含量為0.10wt%和磷含量為0.002wt%,出鋼溫度為1630°C。然后進(jìn)行LF精煉，LF精煉結(jié)束后喂入0.6Kg/t鋼的CaSi線進(jìn)行夾雜物變形處理，并且用氬氣攪拌靜吹10分鐘。米用圓還連鑄機(jī)燒鑄Φ 350mm圓還,并對連鑄還進(jìn)行表面噴砂和表面修磨處理后,再電渣重熔成電渣鋼錠。將電渣鋼錠軋制為鋼管。
[0035]經(jīng)檢測，鋼管的主要化學(xué)成分為0.45wt%的C、0.25wt%的S1、0.80wt%的Mn、0.60wt% 的 N1、1.10wt% 的 Cr、1.0wt% 的 Mo,0.10wt% 的 V,0.07wt% 的 Cu,0.012wt% 的 As、0.008wt% 的 Sn,0.02wt% 的 Al,0.010wt% 的 Ρ、0.002wt% 的 S、0.00006wt% 的 Η、0.0016wt%的0、0.0050wt%的N以及余量的Fe，并且按GB/T10561-2005鋼中非金屬夾雜物含量的測定標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法檢測結(jié)果如表1所示。
[0036]表1示例I至3的鋼管的非金屬夾雜物評級結(jié)果
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述方法以下步驟: 電弧爐初煉鋼水，控制電弧爐終點(diǎn)鋼水碳含量> 0.10被％和磷含量< 0.004wt%，并采用偏心爐底出鋼，出鋼溫度為1620~1650°C，并在出鋼過程中進(jìn)行預(yù)脫氧、合金化以及增碳處理； 對鋼水進(jìn)行LF精煉； 連鑄，得到連鑄坯； 電渣重熔連鑄坯得到超高強(qiáng)度高韌性鋼，所述超高強(qiáng)度高韌性鋼的化學(xué)成分由0.42 ~0.48wt% 的 C、0.15 ~0.35wt% 的 S1、0.60 ~0.90wt% 的 Μη、0.40 ~0.70wt% 的 N1、0.90 ~1.20wt% 的 Cr、0.90 ~1.10wt% 的 Μο、0.05 ~0.15wt% 的 V、不大于 0.015wt% 的 P、不大于0.015wt%的S、不大于0.00008wt%的H、不大于0.0016wt%的O、不大于0.0050wt%的N以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)組成，并且所述超高強(qiáng)度高韌性鋼的非金屬夾雜物A類、B類、C類和D類均不大于0.5級。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述超高強(qiáng)度高韌性鋼中C含量為0.43~0.46wt%、Si含量為0.19~0.32wt%、Mn含量為0.70~0.85wt%、Ni 含量為 0.54 ~0.68wt%、Cr 含量為 1.05 ~1.18wt%、Mo 含量為 0.95 ~1.08wt%、V含量為0.08~0.14wt%、Cu含量不大于0.15wt%、As含量不大于0.015wt%、Sn含量不大于0.008wt%并且Al含量不大于0.04wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述超高強(qiáng)度高韌性鋼中的P含量不大于0.010wt%以及S含量不大于0.003wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，在所述LF精煉結(jié)束后，喂入CaSi線或Ca線進(jìn)行夾雜物變形處理并靜吹。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述CaSi線的喂入量為0.4~0.6Kg/t鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述Ca線的喂入量為0.10~0.15Kg/t鋼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述連鑄坯是直徑為220~350mm的圓還。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述電爐冶煉步驟中采用60~70wt%的廢鋼以及30~40wt%的鐵水或者生鐵作為冶煉原料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述電弧爐為超高功率電弧爐。
10.一種超高強(qiáng)度高韌性鋼，其特征在于，所述超高強(qiáng)度高韌性鋼由權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的超高強(qiáng)度高韌性鋼的生產(chǎn)方法制得。
【文檔編號】C22C38/46GK103741050SQ201310752371
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】黃國玖, 胡茂會, 蘇雄杰, 劉志軍 申請人:攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司