專利名稱：稀土高錳合金鋼及其冶煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密合金中兩種高錳合金鋼的成分及其冶煉方法。
眾所周知，高錳合金鋼的一個突出特點是熱膨脹系數(shù)大，因此在各種不同的特殊領(lǐng)域得到了應(yīng)用，其中制造熱雙金屬的用量最多。所謂熱雙金屬就是將兩種具有不同膨脹系數(shù)的金屬沿整個接觸面牢固結(jié)合在一起構(gòu)成的復(fù)合材料。在熱雙金屬中，膨脹系數(shù)較大的金屬層叫主動層，膨脹系數(shù)較小的金屬層叫被動層。當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，由于主動層與被動層兩金屬材料各自發(fā)生伸長或縮短的長度不等，熱雙金屬要發(fā)生變形，例如，環(huán)境溫度升高，平直的熱雙金屬將向被動層一側(cè)彎曲，環(huán)境溫度降低時，平直的熱雙金屬又將向主動層一側(cè)彎曲，利用熱雙金屬的這一特征可制出指示、控制、補償溫度用的各種元件，使用于家用電器、電子、核反應(yīng)堆等工業(yè)部門。僅用于制造熱雙金屬的高錳合金鋼的量就相當大，例如咸陽彩色顯像管廠，年需200噸，日本每年用量則超過萬噸。
目前國內(nèi)外高錳合金鋼的公稱成分主要有兩種，即Mn72Ni10Cu18和Mn75Ni15Cu10，其標準成分按GB4461-84的規(guī)定，Mn72Ni10Cu18中各元素所占重量百分比為Ni10～11、Cu17～18、Fe≤0.8、Si≤0.5、C≤0.05、S≤0.03、P≤0.02、Mn余;按YB173-69的規(guī)定，Mn75Ni15Cu10中各元素所占重量百分比為Ni14-16、Cu9-11、Fe≤0.8、C≤0.05、Si≤0.5、S≤0.02、P≤0.03、Mn余。
原來冶煉高錳合金鋼所采用的主要設(shè)備是中頻爐，主要以金屬錳、1＃鎳、金屬銅和同類合金返回料(返回料可占爐料總重量30%)為原料，具體的生產(chǎn)工藝是第一道工序稱之為裝料。
第二道工序稱之為熔料冶煉。即爐料入爐后，加熱升溫，待到爐料熔化、爐渣紅透，溫度達到1200～1250℃后，扒渣。
第三道工序稱之為脫氧除渣。即向扒渣后的鋼水中加入脫氧劑、攪拌、鎮(zhèn)靜2-3分鐘，鋼水中的雜質(zhì)大部上浮，將上浮在鋼液表面的爐渣除凈。
第四道工序稱之為鑄錠。即把脫氧除渣后的鋼水澆注成鋼錠。
原高錳鋼基本能夠滿足使用中對其性能的要求，即較大的熱膨脹系數(shù)。但存在的突出問題是冷熱狀態(tài)下的延展性不好，因此在鋼錠鍛造或軋制過程中成材率低，例如，對其熱鍛時，材料偏硬，成材率僅為42%，熱軋時，需將組合層軋到8.5mm厚，再經(jīng)加熱才可軋到3.5mm厚，冷加工時，總壓下率達到80%時，裂邊已很嚴重，復(fù)合材料配對成品率不到34%。
本發(fā)明的構(gòu)思是在現(xiàn)有兩種主要高錳合金中通過添加一定量的稀土元素，并增加相應(yīng)的冶煉工序，借此達到改善高錳合金延展性，提高該種材料成材率的目的。根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，發(fā)明出了兩種含有稀土元素的高錳合金鋼以及兩種相應(yīng)的冶煉方法。
兩種含有稀土元素的高錳合金鋼的具體成份是
第一種在保持Mn72Ni10Cu18高錳合金鋼除錳而外其他各種合金元素不變的情況下，加入一定量的稀土元素，取名為稀土Mn72Ni10Cu18高錳合金錳，簡稱稀土Mn72Ni10Cu18。其成份為Ni10～11，Cu17～18，F(xiàn)e≤0.8，Si≤0.5，C≤0.05，S≤0.03，P≤0.02，稀土元素0.03～0.04，Mn余。由此看出，在稀土Mn72Ni10Cu18中，Ni、Cu、Fe、Fe、Si、C、S、P七元素的含量與Mn72Ni10Cu18高錳合金鋼基本相同，不同之處在于含有稀土且稀土的含量為0.03～0.04，Mn含量不同。
第二種在保持Mn75Ni15Cu10高溫合金鋼除錳而外其他各種合金元素不變的情況下，加入一定量的稀土元素，取名為稀土Mn75Ni15Cu10高錳合金鋼，簡稱稀土Mn75Ni15Cu10，其成份為Ni14-16，Cu9～11，F(xiàn)e≤0.8，Si≤0.5，C≤0.05，S≤0.02，P≤0.03，稀土元素0.03～0.04，Mn余。由此可見，稀土Mn75Ni15Cu10中Ni、Cu、Fe、Si、C、S、P等元素的含量同Mn75Ni15Cu10高錳合金鋼的含量基本相同，所不同的是含有稀土元素且錳含量不同，稀土元素的含量為0.03～0.04。
稀土Mn72Ni10Cu18和稀土Mn75Ni15Cu10中所含的稀土，是指含鈰重量百分數(shù)在40%以上且含鑭重量百分數(shù)在20%以上的稀土元素混合物。
冶煉稀土Mn72Ni10Cu18和稀土Mn75Ni15Cu10兩種高錳合金鋼的方法有兩種，現(xiàn)分別敘述如下
第一種冶煉方法同已有的冶煉高錳合金鋼的工藝大體相同，即要經(jīng)過裝料、熔料冶煉、脫氧除渣等工序，不同的是在鋼水經(jīng)過脫氧除渣工序后，暫不鑄錠，而是向鋼液中加入混合稀土，充分攪拌，鎮(zhèn)靜2-3分鐘，再次扒渣，然后檔渣出鋼，這里向鋼液中加入的混合稀土，指的是目前市場出售含鈰和鑭較多的國產(chǎn)廉價稀土混合物，稀土中含鈰在40%以上，含鑭20%以上?；旌舷⊥良尤氲谋壤秊楹辖鹂傃b料量的0.3%(重量百分數(shù))。
第二種冶煉方法仍然同已有的冶煉高錳合金鋼的工藝大體相同，具體工藝是在前述的第一種冶煉方法完成鑄錠之后，增加電渣重熔工序，即將方法1中鑄錠鑄成的圓柱棒(或?qū)㈣T錠鍛成圓柱棒)進行電渣重熔;電渣成分按重量配比為螢石500克，氟化鈉300克，氧化鈣50克，硼砂50克，氧化稀土50克。電渣置于電渣爐中，供電;待電渣全溶后繼續(xù)加熱8～10分鐘;以錠成或鍛成的圓柱形稀土Mn72Ni10Cu18或稀土Mn75Ni15Cu10高錳合金鋼錠為電極條;進行電渣重熔操作，電極條距水箱銅板15～20mm，起弧5分鐘后，水箱流出水的水溫應(yīng)保持在80～90℃。用電機“停轉(zhuǎn)-啟動，反復(fù)數(shù)次”的辦法，達到防止縮孔的目的，即控制電極電流的電動機要停啟3-5次。
采用本發(fā)明所提供的成分和冶煉方法制得的熱雙金屬含稀土高錳鋼鋼，具有明顯的優(yōu)點①其成材率，由過去不到42%，提高到62%，工廠反映合金料“軟”，容易鍛造;②可直接熱軋到3.5∝毫米，中間省略了一道工序，即不必經(jīng)8.5毫米再加熱，節(jié)省了能源和工時;③含稀土高錳鋼的冷加工壓下率當大于90%時，板帶邊部也不裂，光滑，因此配對成品率可從原來的34%提高到42%。
權(quán)利要求
1.一種以Mn為基，控重量百分數(shù)含Ni10～11、Cu17～18、Fe≤0.8、Si≤0.5、C≤0.05、S≤0.03、P≤0.02的高錳合金鋼，其特征在于高錳合金鋼中還含有稀土0.03～0.04。
2.一種以Mn為基，按重量百分數(shù)含Ni14～16、Cu9～11、Fe≤0.8、Si≤0.5、C≤0.05、S≤0.02、P≤0.03的高錳合金鋼，其特征在于高錳合金鋼中還含有稀土0.03～0.04。
3.一種以中頻爐為主要設(shè)備、以金屬錳、1＃鎳、金屬銅和同類合金返回料為主要原料，實施包括裝料、熔料冶煉、脫氧除渣、鑄錠等工序在內(nèi)冶煉高錳合金鋼的方法，其特征在于，向脫氧除渣后的鋼液中加入混合稀土，攪拌，鎮(zhèn)靜2-3分鐘，扒渣，然后檔渣出鋼。
4.一種以中頻爐為主要設(shè)備、以金屬錳、1＃鎳、金屬銅和同類合金返回料為主要原料，實施有包括裝料、熔料冶煉、脫氧除渣、鑄錠等工序在內(nèi)冶煉高錳合金鋼的方法，其特征在于
(1)向脫氧除渣后的鋼液中加入混合稀土，攪拌，鎮(zhèn)靜2-3分鐘，扒渣，然后檔渣出鋼;(2)按重量配比螢石500g，氟化鈉300g，氧化鈣50g，硼砂50g，氧化稀土50g配制電渣，并置于電渣爐中，供電待電渣全熔后8-10分鐘將液渣注入結(jié)晶器內(nèi)，以鑄成或鍛成的圓柱形稀土Mn72Ni10Cu18或稀土Mn75Ni15Cu10高錳合金鋼錠為電極條，電極條距水箱銅板15～20mm，起弧5分鐘后，水箱流出水的水溫應(yīng)保持在80～90℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所說的冶煉高錳合金鋼的方法，其特征在于，方法中所說的向脫氧除渣后的鋼液中加入的混合稀土，其量按重量百分數(shù)是合金總裝料量的0.5%。
全文摘要
本發(fā)明涉及精密合金中兩種高錳合金鋼的成分及其冶煉方法。其特征是在Mn72Ni10Cu18和Mn75Ni15Cu10兩種合金鋼中加入稀土元素；冶煉時增加加入稀土及電渣重熔工序。所得到的兩種含稀土高錳合金鋼的延展性有了明顯提高。
文檔編號C22C1/02GK1042191SQ88105148
公開日1990年5月16日 申請日期1988年10月22日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月22日
發(fā)明者劉慶國 申請人:東北工學(xué)院