[發明專利]高純凈度無鈷馬氏體時效鋼的制造方法

有效

• 申請號: 201210034084.1
• 申請日: 2012-02-15
• 公開（公告）號: CN103255336A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 郭軍霞;張景海;田玉新;楊慶;俞忠明
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/00
• 分類號: C22C38/00;C22C38/04;C22C38/02;C22C33/04;C22B9/20
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所 31228
• 代理人: 楊丹莉

技術領域

本發明涉及一種金屬冶煉方法，尤其涉及一種馬氏體時效鋼的制造方法。

背景技術

18Ni馬氏體時效鋼以超低碳的Fe-Ni馬氏體為基體組織，通過時效處理析出金屬間化合物相進行強化，具有很高的強度和優異的綜合性能，廣泛應用于對強度、韌性有較高要求的領域，例如火箭殼體用薄壁筒體、離心機分離器、汽車用連續變速裝置、模具等。18Ni系列馬氏體時效鋼分為含鈷和無鈷兩大類。前者以Ni-Co-Mo-Ti為基本成分，由于含有貴重元素Co，其價格高昂，例如C250、C300、C350等產品；后者則以Ni-Mo-Ti(-W)等為基本成分，由于其不含Co，因此成本較低，如T250、T300。

為了保證高強度下的高塑性與高韌性，馬氏體時效鋼對純凈度要求非常高，C、Mn、Si、P、S、O、N這些元素均屬于有害雜質，對塑性、韌性影響極大，因此必須盡可能降低。C與Ti會生成非金屬夾雜TiC，會降低鋼的韌性；Mn、Si元素會損傷馬氏體時效鋼的韌性和范性；S、P元素則對熱加工極為有害，其會增加馬氏體時效鋼的各向異性；O、N元素則在鋼中形成氧化物、氮化物或碳氮化物等非金屬夾雜，嚴重影響鋼的韌性與疲勞性能。Ti是無鈷馬氏體時效鋼中的主要強化元素之一，Ti與C、N之間有較強的親和力，導致鋼中極易形成如TiN、TiCN等夾雜物。在使用過程中，裂紋容易從粗大的TiN、TiCN夾雜部位萌生，進而擴展，影響到無鈷馬氏體時效鋼的品質。因此，采用適當的冶煉工藝，提高材料純凈度，降低鋼中O、N含量，進而減少夾雜物數量及尺寸，對提高無鈷馬氏體時效鋼的塑性以及韌性尤為重要。

目前公開的中國專利大多數側重在無鈷馬氏體時效鋼的成分設計與熱處理工藝方面，關于高純凈度的制造方法涉及較少。

公開號為CN101100728，公開日為2008年1月9日，名稱為“節鎳型無鈷馬氏體時效超高強度鋼”的中國專利文獻公開了一種少鎳無鈷型馬氏體時效鋼，其屈服強度為1745～1800MPa，抗拉強度為1830～1880MPa。但是，該無鈷馬氏體時效鋼的純凈度較低，其[O]≤30ppm、[N]≤30ppm。

文獻號為JP2001214212，公開日為2001年8月7日，名稱為“METHOD?FOR?PRODUCING?Ti-CONTAINING?STEEL?IN?WHICH?TiN?INCLUSIONS?ARE?REFINED”的日本專利中，為了減少非金屬夾雜物，使用不含TiN、TiCN等氮化物夾雜的高純含Ti原材料來生產無鈷馬氏體時效鋼，以減少鋼中氮化物、碳氮化物的含量。但是不含氮化物雜質的高純含Ti原材料價格昂貴，成本太高。

文獻號為EP1826282，公開日為2007年8月29日，名稱為“METHOD?OF?PRODUCING?A?MARAGING?STEEL”的歐洲專利中，使用Ni-Mg合金添加一定含量的Mg到含鈷馬氏體時效鋼中，以降低氧、氮的含量，從而獲得[O]≤10ppm，[N]≤15ppm的高純凈度材料。但是Mg在1600℃下的蒸汽壓很高，極易揮發。即使以Ni-Mg合金的形式加入，也很容易揮發。若采用一定壓力減輕Mg的揮發，則Mg的收得率不穩定，不易控制鋼中Mg含量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高純凈度無鈷馬氏體時效鋼的制造方法，該制造方法應當能夠制備[O]≤15ppm且[N]≤10ppm的高純凈度無鈷馬氏體時效鋼，以滿足制造高韌性的薄壁筒體、彈性零件等的要求。

根據相關研究，馬氏體時效鋼的塑性、韌性與其純凈度密切相關，C、O、N、S、P等雜質元素含量越低，其純凈度越高，馬氏體時效鋼的塑性、韌性也就越好。大量研究證明，真空感應熔煉與真空電弧重熔的雙重冶煉工藝能夠有效地降低C、O、N、S、P等雜質元素含量，是生產純凈度較高的無鈷馬氏體時效鋼的有效方法。

根據上述發明目的及相關研究，本發明提供了一種高純凈度無鈷馬氏體時效鋼的制造方法，其制造的高純凈度無鈷馬氏體時效鋼的純凈度達到：C≤0.010％、Si≤0.10％、Mn≤0.10％、P≤0.008％、S≤0.005％、[O]≤15ppm、[N]≤10ppm；制造這種高純凈度無鈷馬氏體時效鋼的方法依次包括下列步驟：真空感應熔煉→澆注電極→電極空冷→真空電弧重熔→鋼錠空冷。

真空感應熔煉的核心是碳氧反應，碳氧反應的產物是CO氣體，易于溢出鋼水之外且不會形成夾雜物。鋼水中的氫、氮將擴散到CO氣泡內并隨氣泡上浮最后排出鋼液。鋼水和夾雜物不潤濕，夾雜物會吸附于氣泡表面而被去除。碳氧反應的熱力學表達式如下：