[發明專利]低氧、氫含量高錳鋼的生產方法

有效

• 申請號: 201811628794.0
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109750210B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 趙四勇;廖釗;康建;田輝;周正
• 申請（專利權）人: 廣西長城機械股份有限公司
• 主分類號: C22C33/04
• 分類號: C22C33/04;C21C7/06;C21C7/072;C22C38/02;C22C38/06;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/56
• 代理公司: 南寧勝榮專利代理事務所(特殊普通合伙) 45126
• 代理人: 鄧云書

本發明公開了一種低氧、氫含量高錳鋼的生產方法，包括以下步驟：(1)打結坩堝；(2)設計制造氣體擴散器；(3)連接吹氬氣系統；(4)準備材料；(5)加料熔煉；(6)調整化學成份；(7)爐內鎮靜；(8)控溫出鋼。采用本發明的生產方法，有效降低了氧、氫含量，提高了高錳鋼的綜合機械性能。

技術領域

本發明屬于高性能新材料和冶金技術領域，具體涉及一種低氧、氫含量高錳鋼的生產方法。

背景技術

高錳鋼是傳統的耐磨材料。經過一百多年的發展，形成了錳13、錳18和錳25三個系列。其中錳13形成了國際、國內標準，比較成熟。錳18只有國際標準，錳25制作難度較大，暫時只有企業內部標準。高錳鋼由于顯微組織中為單相奧氏體或奧氏體加少量碳化物，因此具有良好的韌性和塑性，而且裂紋擴展速率很低，使用安全可靠。其另一特點就是在較大的沖擊載荷或接觸應力的作用下，表面迅速加工硬化，表面硬度急劇上升起到了良好的抗磨作用，而內部仍然保持良好的韌性，在承受大的沖擊載荷時不出現斷裂。高錳鋼的這些特性使得它廣泛用于沖擊磨損和高應力磨料磨損工況條件下。如顎式破碎機顎板、圓錐式破碎機錐體、大型錘式破碎機錘頭、部分滾筒式磨機襯板、回旋破碎機襯板等，是目前世界上應用最為廣泛的耐磨材料之一。國內外對于高錳鋼的研究至今沒有停止過，但在實際生產中，能按要求生產出合符要求的高錳鋼還是不太容易的。主要問題在于感應電爐生產時沒有良好的造渣材料形成，錳是強氧化性元素，易于氧化形成氧化渣，同時也易于偏析，造成成分不均勻。這就是高錳鋼廣泛被使用，但使用效果總是不理想的主要原因。

高錳鋼液純凈程度直接影響鑄件質量，高錳鋼液中氧化物、夾雜物、氣體含量等雜質的多少直接影響材質性能。

氧是在鋼的凝固過程中偏析傾向最嚴重的元素之一，在鋼液的凝固和隨后的冷卻過程中，氧的溶解度急劇下降，鋼中原溶解的絕大部分氧以鐵氧化物、硫氧化物等微細夾雜物的形式在與γ或α晶界處富集，這些微細夾雜物會造成晶界脆化，使鋼的加工和使用過程中容易成為晶界開裂的起點，最終導致鋼材發生脆性破壞。

鋼中氧含量的增加會降低鋼材的延性、沖擊韌性、抗疲勞破壞性能，提高鋼的韌-脆轉換溫度，降低鋼材的耐腐蝕性能。此外，含氧高的鋼材還容易發生時效老化，在高溫加工時由于晶界處的雜質偏析形成了低熔點網膜，導致鋼產生熱脆。

鋼在冷卻過程中氫還會擴散析出，由于在固態鋼中擴散速度很慢，只有很少量擴散到連鑄坯(或鋼錠)表面，多數是擴散到顯微孔隙中、或夾雜物的附近、或晶界上的小孔中，形成氫分子。由于氫分子不斷地在析出的地方聚集，低溫下KH值很小，pH2卻很大，引起鋼的內應力。這種內應力再加上組織應力、熱應力、變形應力等的總和，超過了鋼的強度極限，就會破裂形成裂紋。

由于上述原因，氫會引起鋼材的如下缺陷：

(1)發裂。鋼在熱加工過程中，鋼中的含有氫氣的氣孔會沿加工方向被拉長形成發裂，進而引起鋼材的強度、塑性、沖擊韌性降低，這稱之為“氫脆”。氫脆對鋼材的橫向性能影響尤為突出。

(2)白點。在鋼材橫向斷口上，白點表現為放射狀或不規則排列的鋸齒形小裂縫；在縱向斷口上，有圓形或橢圓形的銀白色斑點，因此得名為“白點”。實際上白點是極細小的裂紋。

(3)層狀斷口。由于有些鋼中晶體結構的特點，使氫分子容易在樹枝晶或變形晶體邊界上聚集，由此引起內應力，導致晶間拉力的減弱，從而降低了鋼材橫向的塑性、沖擊韌性，此時在鋼材的斷口呈針狀疊層結構，稱做層狀斷口。鋼的樹枝晶越發達，越容易形成層狀斷口缺陷。

在高錳鋼液熔煉過程中因吸氣、氧化等作用，致使高錳鋼液中存在一定數量的氧化物、非金屬夾雜物、有害氣體等，為保證高錳鋼液以純凈狀態形成鑄件，需對熔融高錳鋼液進行精煉凈化處理，達到凈化效果。

目前國內外純凈鋼的制作工藝主要有三條：

1)高爐—鑄鋼液預處理—轉爐—爐外精煉(LF、RH)。這種工藝方法需配置爐外精煉設備，且過程繁瑣，操作復雜；