[發(fā)明專利]一種超低氮含量的含鈦鋼及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210729256.0
• 申請日: 2022-06-25
• 公開（公告）號: CN115109980B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設計）人: 侯棟;王德永;呂銘;劉代潤;崔斌;孫海關;屈天鵬;王慧華;田俊;胡紹巖;李向龍
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;C22B9/18;C22F1/10;C22C1/03
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫周強;陶海鋒

本發(fā)明公開了一種超低氮含量的含鈦鋼及其制備方法，提供了一種采用真空感應熔煉、真空自耗、真空感應熔煉、電渣重熔、真空自耗制備超低氮含鈦鋼的方法，此外，在電渣重熔中開發(fā)了新的電渣重熔含鈦鋼用渣的含鈦輔料，該輔料與基礎預熔渣混合，可以獲得低熔點的CaFsubgt;2/subgt;?CaO?MgO?Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;?TiOsubgt;2/subgt;渣系，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)含鈦鋼鑄錠中鋁、鈦含量的精準控制，還改善了鑄錠的表面質(zhì)量。現(xiàn)有技術通過真空感應、電渣重熔、真空自耗生產(chǎn)含鈦鋼時，由于存在3000℃的高熔點TiN夾雜，使得真空自耗過程脫氮困難，最終產(chǎn)品的氮含量很高；同時現(xiàn)有鑄錠中鋁、鈦含量出現(xiàn)波動，嚴重時鋁、鈦超標。本發(fā)明開發(fā)的真空感應無鈦鋼、真空自耗脫氮、真空感應加高純鈦、電渣重熔、真空自耗的冶煉步驟，獲得了超低氮的含鈦鋼鑄錠。

技術領域

本發(fā)明屬于鋼冶金領域，特別屬于特種冶金制備的領域，具體涉及一種超低氮含量的含鈦鋼及其制備方法。

背景技術

含鈦鋼是用于600℃以上的一種金屬材料，常常被用于制造航空發(fā)動機、燃氣輪機的零部件。基體中γ`、γ``的Ni₃(Al,?Ti,?Nb)強化相使得含鈦鋼在高溫度下具有很高的強度，因此要求合金中鈦含量大于0.6，甚至高達5%。由此帶來的問題是形成了大顆粒的TiN夾雜物，成為航空發(fā)動機用含鈦鋼的失效源之一，因此必須將鋼中N含量將至0.0005%以下避免TiN夾雜物的產(chǎn)生。但現(xiàn)有的真空感應、電渣重熔、真空自耗的“三聯(lián)”技術很難實現(xiàn)超低氮的目標。真空自耗爐的電弧熱可以將2500℃的物質(zhì)熔化，但是TiN夾雜物的熔點高達2950℃，真空自耗爐并不具備熔化TiN夾雜物和脫除含鈦鋼中氮的能力，TiN夾雜物仍存留在最終的鑄錠中，影響了含鈦鋼產(chǎn)品的性能，降低航空發(fā)動機的使用壽命。此外，含鈦鋼在600℃以上使用時，晶界是導致含鈦鋼失效的薄弱環(huán)節(jié)，因此需要增強晶界結合力。各類含鈦鋼根據(jù)使用環(huán)境和服役性能的不同，其鋁鈦含量亦不同，但是由于含鈦鋼中Al、Ti的重要作用，必須嚴格控制含鈦鋼中的Al、Ti含量。此外，含鈦鋼中含有大量的合金元素，其熔點很低，部分含鈦鋼的熔點甚至低于1400℃，電渣重熔過程中嚴重影響了電渣錠的表面質(zhì)量，電渣錠在車光后用于真空自耗的電極母材，電渣錠表面質(zhì)量差易導致車削量的增加，降低成材率，這是現(xiàn)有渣系客觀特性缺陷導致的。

因此熔渣必須具備低熔點、且能夠精準控制鑄錠中鋁、鈦含量的特點，這也是目前制備含鈦鋼的難點。很多企業(yè)和科研人員對含鈦鋼的渣系進行了研究，但關于渣系的低熔點特性和鋁、鈦含量的控制方面，很難同時具備二者，往往是控制了鋁、鈦含量，鑄錠表面質(zhì)量卻很差，或者是表面質(zhì)量良好，鑄錠中鋁、鈦含量卻不達標。開發(fā)具備低熔點特性和控制鋁、鈦含量的渣系已成為電渣重熔制備含鈦鋼的關鍵問題。目前電渣重熔含鈦鋼的生產(chǎn)工藝為，電渣重熔化渣階段，先將少量的預熔渣置于結晶器底，在自耗電極與底板的電弧熱下熔渣逐步熔化，隨后持續(xù)加入剩余預熔渣和高熔點的鈦白粉末進行熔化。在熔渣+鈦白粉末加入過程中，由于鈦白粉末的揮發(fā)，造成CaF₂-CaO-MgO-Al₂O₃-TiO₂熔渣中TiO₂含量的不穩(wěn)定；同時還存在熔渣的混合不均勻現(xiàn)象，這是鋁、鈦含量波動的因素之一。

鑒于以上分析，需要研發(fā)新一代含鈦鋼提高其使用溫度和使用壽命，同時需要研發(fā)新工藝獲得超低氮的含鈦鋼鑄錠。此外，還需研發(fā)新的低熔點含鈦輔料，不僅需要解決鈦白粉的穩(wěn)定加入問題和含鈦輔料的快速熔化問題，同時還需滿足加入任意比例的含鈦輔料后的熔渣成分具備低熔點特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種超低氮含量的含鈦鋼及其制備方法，通過在含鈦鋼中加入適量的釔、鋯等元素，從而增加含鈦鋼的晶界結合力、服役溫度和使用壽命，并通過工藝控制氮、氧含量達到含鈦鋼的穩(wěn)定服役效果。