本發(fā)明屬于鑄造領域，特別涉及一種nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼的真空熔煉方法。

背景技術：

隨著資源、能源和環(huán)境問題日益嚴峻，提高汽車的燃油經濟性、節(jié)能減排逐漸成為汽車行業(yè)發(fā)展的焦點性問題。近些年來，世界各國汽車及鋼鐵企業(yè)投入了大量資金，紛紛研制開發(fā)汽車用新型高強度鋼或超高強度鋼板，其中包括馬氏體鋼、cp鋼、dp鋼、trip鋼等，通過降低鋼板厚度來降低汽車重量。此外，自2009年以來，國內外也在大力開發(fā)中錳鋼為代表的第三代汽車用鋼，其強塑積可達30gpa·%。這些鋼具有優(yōu)良的綜合力學性能，具有一定的減重潛力。

鋼中鈮、釩、鈦的微合金化技術起源于20世紀60年代,因加入微量鈮、釩、鈦后可以顯著改善鋼的性能,并具有巨大的經濟優(yōu)勢,目前在世界范圍內得到了廣泛的應用。經過冶金工作者40多年的生產研究,微合金化技術在合金設計原理、生產工藝、具體應用領域等方面,得到了巨大的發(fā)展和完善,大大推動了鋼鐵工業(yè)的技術進步,可以說,微合金化技術是20世紀鋼鐵工業(yè)領域最突出的物理冶金成就之一。目前在冷軋和熱軋薄板、if鋼、棒、線材、鋼筋以及中厚板生產中均成功運用了微合金化技術,與控軋工藝相結合,使鋼材的綜合性能得到了顯著改善,無論是強度、韌性、韌脆轉變溫度,還是鋼的工藝成型性、焊接性能、耐腐蝕性能以及抗致裂性等都有顯著的改善,鋼的屈服強度達到了1000mpa以上,fatt達到了-100℃,產品廣泛應用于油氣管線、車輛、建筑結構、采油平臺、壓力容器、船舶殼體等眾多領域。

目前nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼熔煉工藝主要還是一些傳統(tǒng)冶煉工藝，其制備步驟如下：根據鋼中個元素的比例，按照質量百分比，計算好各成分的重量，由于考慮到錳、鈦等易揮發(fā)性元素以及鋁等易燒損元素，所以需把目標成分中元素含量適當提高，準備好純鐵、電解錳、鋁塊、鈮鐵、釩鐵、純鈦以及石墨碳；將準備好的純鐵、電解錳、鋁塊、鈮鐵、釩鐵、純鈦以及石墨碳一起放入坩堝中，隨后給電流，加熱，讓其緩慢升溫到1650℃，大概一個半小時之后，等鋼水液面平穩(wěn)開始進行澆注；

采用現(xiàn)有技術中的熔煉工藝得到的高錳高鋁鋼，其錳、鋁以及微合金元素的含量難以控制，且分布不均勻，強度，硬度偏低，塑性、韌性下降，最終影響材料的綜合力學性能，即強塑積減小，從而不符合鑄件對奧氏體高錳高鋁鋼的要求，阻礙鑄造流程，影響鑄造效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼的真空熔煉方法，以克服現(xiàn)有技術中的其鋁含量易燒損而不好控制問題，也克服了錳、鈦元素容易揮發(fā)的問題，從而能夠精確控制熔煉過程中加入的錳、鋁、鈦的含量，保證熔煉出來的nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼中錳、鋁、鈦的含量符合要求，又能夠使得熔煉出來的鋼水中的合金元素分布均勻，保證了鋼水的質量，進而保證了鑄件的質量，提高了鑄造效率。

為實現(xiàn)上述目的采用如下技術方案：

（1）根據高錳高鋁奧氏體鋼中各元素的比例，將純鐵、鈮鐵、釩鐵、石墨碳放入坩堝中，將坩堝放入真空爐中，然后將真空爐里面的壓強抽到20pa以下，打開電源，以10~30kw的功率給爐子緩慢加熱，10~30min后將功率增大到50kw，此時，真空爐迅速升溫至1600~1700℃，1~2小時之后，坩堝里面的爐料全部熔化成鋼水，然后將功率降到10~30kw；

（2）0.5~1h之后，關閉電源，往真空爐里充入氬氣，直到真空爐中的壓強為0.08~0.12mpa時，停止充入氬氣，然后打開電源開關，以30kw的功率給電，將加料室里面的電解錳和石墨碳加入鋼水中，5~15min之后，再往里面加入鋁塊，最后加入純鈦，0.5~1h之后，鋼水液面平穩(wěn)時，去空，進行澆注；

所述高錳高鋁鋼的化學成分質量百分比為：c：0.8％~1.0％、mn：28％~30％、al：8.0％~10％、nb：0.02~0.10%、v：0.02~0.10%、ti：0.02~0.10%、p<0.003％、s<0.003％，余量為fe及不可避免雜質。

本發(fā)明步驟（1）中所述坩堝為鎂砂（mgo）坩堝，電解錳的純度≥99.99%，鋁塊的純度≥99.7%，鈮鐵的純度≥51.55%，釩鐵的純度≥66.8%。

本發(fā)明的有益效果：

（1）能夠精確控制熔煉過程中加入的錳、鋁、鈦的含量，保證熔煉出來的nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼中錳、鋁、鈦的含量以及微量元素符合要求。

（2）能夠使得熔煉出來的鋼水中的合金元素分布均勻，保證了鋼水的質量，進而保證了鑄件的質量，提高了鑄造效率。

（3）具有優(yōu)良的綜合力學性能（高強度、高塑性），本發(fā)明熱加工處理后具有強度與塑性的良好結合，具有很好的碰撞吸收性能。

（4）本發(fā)明所述的高鋁高塑性鋼符合第三代先進高強鋼的要求，是目前汽車行業(yè)所需求的新型材料，制備的材料除了可以用于汽車制造業(yè)，還可以廣泛應用于石油管道、鐵路交通、工程機械、航空母艦等行業(yè)。

附圖說明

圖1為實施例1中得到的高錳高鋁鋼鑄錠中fe、mn、al、c元素的面掃描圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于所述內容。

實施例1

本發(fā)明實施例所述高錳高鋁鋼的真空熔煉方法，具體步驟如下：

（1）根據高錳高鋁奧氏體鋼中各元素的比例，按照質量百分比：c：0.9％、mn：29％、al：9％、nb：0.04%、v：0.09%、ti：0.06%、p<0.003％、s<0.003％，余量為fe及不可避免雜質，計算好各成分的重量，根據各合金元素與鐵元素的密度差異，最終計算得到21公斤的坩堝只能熔煉18公斤的合金鋼，最終計算得，鍋碳：9g(脫氧劑)、斗碳:156.5g、電解錳：5255g、鋁塊：1620g、鈮鐵：13.5g、釩鐵：28g、純鈦：11g、純鐵：10905g。

（2）將所述秤好的純鐵、鈮鐵、釩鐵、石墨碳（脫氧劑）一起放入坩堝中，電解錳、鋁塊、純鈦、石墨碳（成分碳）放在加料室里面，等待熔煉。

（3）抽真空，將真空爐里面的壓強抽到20pa以下（相對真空），打開電源，以30kw的功率給爐子緩慢加熱，10分鐘之后，將功率增大到50kw，此時，真空爐迅速升溫，1小時之后，坩堝里面爐料全部熔化成鋼水，此時，將功率降到30kw。

（4）半小時之后，當鋼水液面比較平穩(wěn)時，關掉電源，往里面充入氬氣，直到真空表的指針指到0.08mpa時，停止充入氬氣，此時，打開電源開關，以30kw的功率給電，將加料室里面的電解錳和成分碳加入鋼水中，5分鐘之后，再往里面加入鋁塊，最后加入純鈦。

（5）半小時之后，等鋼水液面再次平穩(wěn)時，去空，最后進行澆注，得到高錳高鋁鋼。

在本發(fā)明實施例1提供的新型熔煉工藝中，坩堝為鎂砂（mgo）坩堝，電解錳的純度為99.99%，鋁塊的純度為99.7%，鈮鐵的純度為51.55%，釩鐵的純度為66.8%。

在本發(fā)明實施例1提供的新型熔煉工藝中，爐子為真空感應熔煉爐，其熔煉溫度為1650℃，最終得到的高錳高鋁鋼使用化學分析方法測得的化學成分如表1所示。

該真空熔煉方法克服了現(xiàn)有技術中的其鋁含量易燒損而不好控制問題，也克服了錳、鈦元素容易揮發(fā)的問題，從而能夠精確控制熔煉過程中加入的錳、鋁、鈦的含量，保證熔煉出來的nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼中錳、鋁、鈦的含量符合要求，又能夠使得熔煉出來的鋼水中的合金元素分布均勻，保證了鋼水的質量，進而保證了鑄件的質量，提高了鑄造效率。

實施例2

本發(fā)明實施例所述高錳高鋁鋼的真空熔煉方法，具體步驟如下：

（1）根據高錳高鋁奧氏體鋼中各元素的比例，按照質量百分比：c：0.85％、mn：29.5％、al：9.5％、nb：0.06%、v：0.08%、ti：0.04%、p<0.003％、s<0.003％，余量為fe及不可避免雜質，計算好各成分的重量，根據各合金元素與鐵元素的密度差異，最終計算得到21公斤的坩堝只能熔煉18公斤的合金鋼，最終計算得，鍋碳：9g(脫氧劑)、斗碳:147.8g、電解錳：5315g、鋁塊：1710g、鈮鐵：20.5g、釩鐵：25g、純鈦：16.5g、純鐵：10754g。

（2）將所述秤好的純鐵、鈮鐵、釩鐵、石墨碳（脫氧劑）一起放入坩堝中，電解錳、鋁塊、純鈦、石墨碳（成分碳）放在加料室里面，等待熔煉。

（3）抽真空，將真空爐里面的壓強抽到20pa以下（相對真空），打開電源，以20kw的功率給爐子緩慢加熱，20分鐘之后，將功率增大到50kw，此時，真空爐迅速升溫，1.5小時之后，坩堝里面爐料全部熔化成鋼水，此時，將功率降到20kw；

（4）半小時之后，當鋼水液面比較平穩(wěn)時，關掉電源，往里面充入氬氣，直到真空表的指針指到0.1mpa時，停止充入氬氣，此時，打開電源開關，以20kw的功率給電，將加料室里面的電解錳和成分碳加入鋼水中，10分鐘之后，再往里面加入鋁塊，最后加入純鈦。

（5）40分鐘之后，等鋼水液面再次平穩(wěn)時，去空，最后進行澆注，得到高錳高鋁鋼。

在本發(fā)明實施例1提供的新型熔煉工藝中，坩堝為鎂砂（mgo）坩堝，電解錳的純度為99.99%，鋁塊的純度為99.7%，鈮鐵的純度為51.55%，釩鐵的純度為66.8%。

在本發(fā)明實施例2提供的新型熔煉工藝中，爐子為真空感應熔煉爐，其熔煉溫度為1620℃，最終得到的高錳高鋁鋼使用化學分析方法測得的化學成分如表1所示。

實施例3

本發(fā)明實施例所述高錳高鋁鋼的真空熔煉方法，具體步驟如下：

（1）根據高錳高鋁奧氏體鋼中各元素的比例，按照質量百分比：c：0.82％、mn：28.5％、al：8.5％、nb：0.05%、v：0.05%、ti：0.02%、p<0.003％、s<0.003％，余量為fe及不可避免雜質，計算好各成分的重量，根據各合金元素與鐵元素的密度差異，最終計算得到21公斤的坩堝只能熔煉18公斤的合金鋼，最終計算得，鍋碳：9g(脫氧劑)、斗碳:142.5g、電解錳：5165g、鋁塊：1530g、鈮鐵：16.5g、釩鐵：15.5g、純鈦：4g、純鐵：11115g。

（2）將所述秤好的純鐵、鈮鐵、釩鐵、石墨碳（脫氧劑）一起放入坩堝中，電解錳、鋁塊、純鈦、石墨碳（成分碳）放在加料室里面，等待熔煉。

（3）抽真空，將真空爐里面的壓強抽到20pa以下（相對真空），打開電源，以10kw的功率給爐子緩慢加熱，30分鐘之后，將功率增大到50kw，此時，真空爐迅速升溫，2小時之后，坩堝里面爐料全部熔化成鋼水，此時，將功率降到20kw。

（4）20分鐘之后，當鋼水液面比較平穩(wěn)時，關掉電源，往里面充入氬氣，直到真空表的指針指到0.12mpa時，停止充入氬氣，此時，打開電源開關，以10kw的功率給電，將加料室里面的電解錳和成分碳加入鋼水中，15分鐘之后，再往里面加入鋁塊，最后加入純鈦。

（5）20分鐘之后，等鋼水液面再次平穩(wěn)時，去空，最后進行澆注，得到高錳高鋁鋼。

在本發(fā)明實施例3提供的新型熔煉工藝中，坩堝為鎂砂（mgo）坩堝，電解錳的純度為99.99%，鋁塊的純度為99.7%，鈮鐵的純度為51.55%，釩鐵的純度為66.8%。

在本發(fā)明實施例3提供的新型熔煉工藝中，爐子為真空感應熔煉爐，其熔煉溫度為1680℃，最終得到的高錳高鋁鋼使用化學分析方法測得的化學成分如表1所示。

表1為具體實施例的化學成分(wt.%)

表1體實施例1~3的最終化學成分數據，由表1我們可以看到mn、al、c以及nb、v、ti微合金元素都在我們所要求的含量范圍之內，即能夠精確控制熔煉過程中加入的錳、鋁、鈦的含量，從而保證熔煉出來的nb、v、ti微合金化高錳高鋁鋼中錳、鋁、鈦的含量符合要求，最終對其組織進行了面掃描分析，如圖1所示，由圖可以發(fā)現(xiàn)鑄件中的主要合金元素鐵、錳、鋁、碳分布很均勻，從而保證了鑄件的質量，提高了鑄造效率。

表2為本發(fā)明實施例的力學性能

表2實施例1~3的力學性能數據，由表2可以看出，每個實施例的抗拉強度都在1000mpa以上（保證了高強度），斷后延伸率都在45%以上（保證了高塑性），最終強塑積達到48.6gpa·%，遠超過第三代汽車用鋼的強塑積（30gpa·%），即具備了強度與塑性的良好結合，具有優(yōu)良的綜合力學性能。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種改變，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引申出的顯而易見的變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。