[發明專利]一種真空碳脫氧細晶粒鋼的冶煉澆注方法

有效

• 申請號: 201310600796.X
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103611892A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 何西扣;劉正東;楊鋼;王立民;包漢生;趙吉慶
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: B22D1/00
• 分類號: B22D1/00;B22D7/00;B22D41/58;C21C7/06;C21C7/10
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于鑄錠冶煉澆注技術領域，特別是涉及一種真空碳脫氧細晶粒鋼的冶煉澆注方法，通過真空碳脫氧工藝生產細晶粒鋼，澆注過程中添加鋁和硅。

背景技術

真空碳脫氧工藝是利用碳與氧反應生成一氧化碳，從而達到脫氧的目的。在大氣環境下，元素的脫氧能力的順序為Al＞Si＞C，但在特定的溫度和高真空狀態下，碳的脫氧能力比鋁/硅更有效。眾所周知，真空碳脫氧工藝有以下優點：（1）降低大型鋼錠中的微觀偏析和宏觀偏析，尤其是A型偏析；（2）降低氧化物類和硅酸鹽類夾雜物含量，提高鋼錠的潔凈度；（3）在脫氣過程中提高脫氫能力，等。最初，真空碳脫氧工藝是用于冶煉3.5NiCrMoV低壓轉子鍛件鋼，為降低轉子鋼中氧化物夾雜的含量和氫的含量。由于真空碳脫氧工藝采用的是碳脫氧，而不是硅/鋁脫氧，因此采用該工藝生產的鍛件標準中一般規定Al＜0.01wt%，Si＜0.1wt%，也就是說真空碳脫氧工藝主要用于生產硅含量＜0.1wt%且對細晶粒沒有特別要求的鋼種。而通常在此類大鍛件煉鋼時不用鋁脫氧的原因主要為Al脫氧難以避免形成鋁酸鹽型夾雜物，在超聲波探傷時會有顯示。因此近年來，真空碳脫氧工藝也應用于其他鍛件鋼的制造，如核電壓力容器用A508-3鍛件鋼、加氫反應器鍛件2.25Cr1Mo鍛件鋼等。目前對于含硅含鋁的鋼，一般通過鋁/硅脫氧進行冶煉澆注，或者是在精煉時利用真空碳脫氧和鋁/硅脫氧結合，這種工藝對于鋁/硅含量較難控制，并且會形成較多的Al₂O₃、SiO₂或鋁硅酸鹽型的夾雜物。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種真空碳脫氧細晶粒鋼的冶煉澆注方法，解決利用真空碳脫氧生產硅含量≤0.4%的本質細晶粒鋼的難題，同時能更加有效地控制鋼中鋁和硅的含量，有效控制鋼錠中的氧化物和鋁/硅酸鹽類夾雜物的等級和含量，顯著減少直至消除A偏析缺陷。

本發明在國家科技重大專項資金的資助下，開展一種澆注工藝技術的開發，即在澆注過程中，高真空狀態下真空碳脫氧工藝完成后，添加鋁或者硅/鋁到鋼液中進行合金化，從而獲得偏析低、夾雜物含量少的本質細晶粒真空碳脫氧鋼。

本發明為解決其技術問題所采用的技術方案為：

首先精選雜質元素含量低的優質原材料在堿性電爐內冶煉無硅鋼水，進行脫磷操作，要求Si≤0.05%，P≤0.005wt%；粗煉鋼水倒入鋼包內精煉，進行脫硫操作和調整合金成分，要求S≤0.003wt%，采用碳粉脫氧劑進行真空碳脫氧，避免采用常規的鋁/硅脫氧；精煉鋼水通過中間包在真空罐中進行澆注，鋼水被處理成小液滴狀進行脫氣和脫氧，同時用壓氬的方式將包裹鋁片或鋁/硅片的膠囊通過一個管道系統周期間斷地注入鋼錠模內的鋼液中，進而在真空狀態下澆注成含鋁及硅含量≤0.4%質量良好的真空碳脫氧鋼錠。澆注的具體步驟為：

第一步：精煉鋼水采用真空澆注，鋼錠模安放在真空室內。真空室蓋子上安放中間包，鋼水先進入中間包，再通過中間包下部的水口進入真空室內的鋼錠模中。鋼水溫度為1500-1650℃，澆注速度為3-8t/min。

第二步：在中間包水口處有個通入氬氣的裝置，氬氣的壓力為0.2-0.4MPa，氬氣與鋼水混合后通過中間包水口進入真空室內，在負壓下爆破破碎成小液滴，進行脫氧、脫氣處理。真空罐的真空度控制為0.1-0.5乇的高真空狀態。

第三步：在澆注過程中，用頂吹氬氣的方式將包裹鋁片或鋁/硅片的膠囊通過一個管道系統注入鋼錠模內的鋼液中，控制吹入氬氣流量在100-300Nl.min^-1以使得膠囊在上浮到鋼液表面前完全溶解。每注入一粒膠囊在2s內真空度最高允許升至3乇。

本發明發明用于生產Si含量≤0.4%的真空碳脫氧細晶粒鋼，鋁和硅的收得率可以達到95%以上，并且可以降低氧化物和鋁硅酸鹽等夾雜物的含量，降低A型偏析。

本發明抑制鋼錠的成分偏析和減少夾雜物和氣體含量，較好控制硅和鋁含量，獲得細晶粒的工作原理：

在煉鋼中，碳是最理想的脫氧劑，因為其脫氧產物為一氧化碳，不會沾污鋼液，而且在氣體逸出的過程中，可以有效地去除鋼中氣體和夾雜物。但在常壓下，碳的脫氧能力并不強，故需要在真空狀態下進行。

真空碳脫氧的反應機理

[C]+[O]＝{CO}