專利名稱：：一種高質量低磷硫高合金鋼的混煉方法一種高質量低磷硫高合金鋼的混煉方法(-W支術領域本發明涉及冶金工業，是一種高質量^/粦硫高合金鋼的混煉方法。仁)
背景技術：
：高合金鋼主要指工模具鋼、不銹鋼、耐熱鋼、葉片鋼、閥門鋼、高速工具鋼、高溫合金及其新產品等。這些鋼、合金或其電渣母材的冶煉通常采取下列四種方法第一種方法非真空感應爐或真空感應爐。第二種方法非真空感應爐或真空感應爐+爐外精練(LF、VD、V0D、RH統稱為鋼包精煉爐，其操作稱二次冶煉或鋼包精煉；LF:精煉時鋼包底部吹氬氣，上部釆用三相電極加熱；VD:姊青煉時鋼包底部吹氬氣，再采用蒸汽噴射泵抽真空，稱鋼包真空處理；V0D:精煉時鋼包底部吹氬氣，在真空狀態下上部吹氧降碳，可完成真空氧化、真空還原操作；RH:精煉時快速循環的鋼液經過真空室達到去氣去夾雜的目的)。第三種方法電弧爐氧化法、返回吹氧法和裝入法。第四種方法電弧爐+爐外精練(LF、VD、V0D、RH)。隨著高合金鋼的反復使用，高合金鋼中的磷(P)、硫(S)、銅(Cu)、錫(Sn)、鉛(Pb)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)等微量有害元素愈來愈高，以致于超過國家標準，嚴重影響到鋼材質量和使用壽命，無論采取上述四種方法種的哪一種，要同時降低鋼中磷、硫、五害和微量有害元素的含量，技術難度較大，生產成本高，唯一的手段就是電弧爐釆用氧化法冶煉，這種冶煉方式只是對磷具有強效作用，對除去鋼中微量有害元素及五害元素的作用并不明顯，且合金元素的收得率、返回料的利用率、連續生產的作業率、合金元素回收率的穩定性都較低；冶煉成本、操作難度、勞動強度均比電弧爐返回吹氧法和裝入法要高。采用返回吹氧法、裝入法或感應爐冶煉，雖然返回料的利用率、連續生產的作業率4交高，j旦鋼中磷、銅及五害元素都無法去除，由于電弧爐的返回吹氧法和"法以及感應爐本身功能上的缺陷，鋼中磷、銅及五害元素含量的多少取決于返回料及各種鐵合金，通過工藝手段是無法控制和降低的，問題的關鍵+沐這些返回料在反復使用過程中磷、銅、五害元素及有害微量元素的累積越來越高，加上高合金鋼中加入的各種鐵合金較多，而常用的鐵合金中的磷普遍較高，如60°/"1^友鉻鐵中最低的磷含量為O.030%,最高為O.060%;60%高碳鉻鐵中磷為O.040%-0.060%;65%鉬4失為0.05%;30%4太4失為0.05%;40%4凡纟失為0.10%-0.20%;60%鈮鐵為0.05%-0.30%;80%鴒纟失為0.030-0.05%。顯然按照上述目前常用的四種冶煉方法生產高合金鋼，其鋼中磷、五害元素、微量有害元素等處于一種無法控制狀態，唯一能控制磷含量的氧化法則是一種低產出、高能耗、勞動強度大、生產成本高且不能連續作業的落后方式。要ii^同時降低鋼中磷、硫、五害及有害微量元素的高合金鋼，取代進口材料，必須采用新的冶煉方法。曰
發明內容本發明的目的就是要解決目前常用的四種冶煉方法生產高合金鋼，其中磷、五害元素、微量有害元素無法控制的問題，提供一種高質量低磷發u高合金鋼的混煉方法。資料報告顯示當鋼中磷含量在O.015°/。以下時，冷作模具鋼的力學性能和使用壽命提高近一倍；鋼中>克含量控制在0.005%以下，化工用304L、316L不銹鋼的休氏試驗合格率能達到90。/。以上；制管用H11芯棒，其Sn+Sb+As《0.035%、CiKO.07%、H+(K22x1()-6作為材料的重要驗收指標；高壓鍋爐管用T91、T92管坯，對鋼中微量元素的要求極為嚴格,五害要求As+Sn+Pb+Sb+Bi<0.035%、H+0<0.008%、Cu《0.16%、P+S<0.030%，這些我國主要依賴進口的材料，釆用目前常用的四種高合金鋼冶煉方法是難以滿足要求的。"一種高質量低磷硫高合金鋼的混煉方法，，冶煉高合金鋼的主要任務是主控元素(C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、W、Nb、Ti等)符合國家標準、行業標準、國際標準的要求；充分降低標準中有明確要求的微量元素(如P、S、Cu等)、標準中未作具體要求的五害元素(Sn、Sb、As、Pb、Bi)及孩l量有害元素(如A1、Ti等)和氣體元素(N、H、0)在鋼中的含量，以便提高鋼或合金的綜合力學性能、材料的等向性和使用壽命。本發明的具體方案是首先選用礦石裝入高爐冶煉，再將高爐煉出的鐵水或生鐵裝入電爐或轉爐進行連續氧化法冶煉，其特征是同合進行爐外精煉，鋼錠模澆注。本發明的設計原理是建立在冶金熱力學、動力學理論J^出上，提高鋼鐵產品冶金質量、合金元素回收率和利用率。節能降耗，降低生產成本和人工勞動強度，充分發揮"混煉，，設備優勢，彌補上述四種冶煉方法的各自不足，操作簡單規范。以高爐鐵水熱裝或冷裝生鐵為主要鋼鐵料，稀釋鐵合金或返回料中的微量元素；利用轉爐或電爐氧化法具有較強脫磷降碳的功能，充分除去鐵水中的磷、碳；在氧化碳磷的過程中形成沸騰，去夾雜和氣體，并釋放出大量的熱能(節約電爐的電極消耗和電耗)最終獲取碳、磷小于O.05%,溫度大于167(TC的純凈鋼液。同時另一爐體感應爐或電弧爐按兩冶煉爐體的鋼水量熔化經計算后的鐵合金或返回料，這樣一爐體經過熔化、氧化、還原冶煉純凈鋼水，另一爐體僅是熔化低廉的高碳合金(對于易氧化的合金鈦、鋁、硼均在鋼包精煉后期加入，經VOD真空吹氧的高合金鋼除鈥、鋁、硼不能在此合金化外，其硅、錳還需控制)，將兩爐體的熔融液體在經烘烤具有吹氬功能的鋼包中混合，進行爐外鋼包精煉，當高合金鋼中的碳要求小于O.30%時，可采取V0D精煉(真空吹氧降碳保鉻)，當^_大于0.3(f/。時可釆取LF/VD精煉。各自爐體均可單獨連續生產，其冶煉時間約為150-180分鐘，基本上能匹配，達到提高冶金質量和合金元素回收率的目的。本申請人采用本發明對4Cr5MoSiVl模具鋼進行了工業化批量生產，其后擴大到521、Crl2、Crl2MoV等牌號上，均獲得成功，鋼中微量及五害元素的控制水平、合金元素回收率大幅度提高；生產成本，勞動強度明顯降低，采取本發明生產的4Cr5MoSiVl(H13)電爐鋼、電渣鋼成品材與采用電爐+爐外精煉+電渣生產的521(4Cr5MoSiVl加稀土)進行對比分析，結果如下1、化學成分4Cr5MoSiVl(H13)和521(4Cr5MoSiVl加稀土)標準和成品材化學成分如表1-表3。表l4Cr5MoSiVl模具鋼標準化學成分，％牌號代號標準CSiMnPsCrMoVCuRe4Cr5MoSiVlH13GB/T1299-20000.320.450.801.200.200.50《0.030《0.0304.755.501.101.750.801.20《0.304Cr5MoSiVl加稀土521(J/HY11-20000.370.450.80U50.150.50《0.030《0.0304.505.301.001.400.80].10《0.300.01表2不同冶煉方法生產的4Cr5MoSiVl模具鋼化學成分(主要元素)，％代號冶煉方法CSiMnPSCrMoVCuReH13本發明電爐鋼0.380.990.330.0130.0025.311.241.030.007521"單煉"電渣鋼0.421.020.440.0250.0104.981.231.000.14表3不同冶煉方法生產的4Cr5MoSiVl模具鋼化學成分(五害、氣體及微量元素)，10冶煉方法SnPbAsSbBiNHOAlTiCoNbCa本發明電爐鋼222242681902.1116.4420404001005"單煉"電渣鋼513025040101381.7816.91602080020082、力學性能試樣取自cj)190,鍛制成品，壓縮比6.2。毛坯試樣進行熱處理后制成標準^立伸和"V"型沖擊試樣，無缺口沖擊試樣尺寸為7x10(沖擊面)x55mm,分別在Instron5500R1186電子材料試寫全機、JB30B沖擊試驗機和HB3000布氏石t^計進行拉伸、沖擊和》^試驗，結果如表4。表4不同冶煉方法生產的4Cr5MoSiVl模具鋼力學性能(試驗溫度25。C)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>3、低倍組織及夾雜物低倍試樣取自鋼錠頭部橫截面(帽口端)，按GB1299-2000進行評級；夾雜物取自鋼錠頭部橫截面半徑l/2處縱向面，按JK圖評級，結果如表5。表5不同冶煉方法生產的4Cr5MoSiVl模具鋼低倍組織及夾雜物評定結果，級<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>綜上所述，釆用本發明生產的4Cr5MoSiVl(H13)電爐鋼中樣i:量有害元素(°/。)磷0.013、硫0.002、銅O.07、錫O.0005、鉛O.0022、砷O.0224、銻O.0026、鉍O.0008,夾雜物含量以及材料的綜合力學性能和等向性均優于"單煉，，的521電渣鋼，達到國外同類產品的水平；合金元素回收率(％):4各93、鉬98、釩96、硅89、錳100，分別比電弧爐返回吹氧法提高17%、3.5%、50°/。、16°/。和22%;噸鋼冶煉成本比電爐氧化法降低6300元、比電爐返回法降低850元。卿具體實施例方式采用本發明生產H13鋼管芯棒電渣鋼，其工藝操作工序如下計劃冶煉一爐，技術標準執行GB1299-2000。兩盤澆注，3tx4鋼錠一盤。剩余鋼水澆l.2t電極棒。一、化學成份(°/。)用戶對成品基本成分要求(％):<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>微量元素的要求(10-6):<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>精煉爐熔煉成品成分按下表要求控制(％):<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>二、材料準備1、爐料公司冶煉前準備優質生鐵20t(As《0.010%、Sn<0.010%、Sb《0.005%、CiK0.010%)、優質20管切頭10t。2、鐵合金高Crlt、低Cr1.5t(P、S含量要求P《0.025%、S<0.020%);Fe—Mo600kg、Fe-V500kg、中Mn200kg、Fe-Si600kg(選用P低的)。3、造渣材料用東鋼一級活性石灰(CaO>90°/。、活性度>300),510kg包裝2t提前一天到位，春天做好防潮；Ca-Si粉200kg、Ca-Si塊200kg;—級螢石。各種鐵合金及渣料的塊度要求在5080mm，粉末不得使用，且必須烘烤干燥。三、主要工藝流程10t感應爐與9并EAF爐同步冶煉—9井EAF爐裝20管切頭6t+10t優質生鐵氧化法冶煉(控制P《0.005%、(X0.07%、S<0.020%)—感應爐合金化—LF加熱調整溫度脫氧脫硫4或扒渣—換新渣按母材成品成分調整加合金—LF精煉—VD脫氣脫氧—凈處理出鋼—母材成品分析(微量及氣體元素符合要求后電渣，超過太多或超過的元素太多改H13)—電渣時釆取Ar氣保護—錠緩冷—退火、精整—轉一軋成材—退火精整—取l00~20Omm試驗用料—外委整體調質處理—矯直—砂輪扒皮—酸洗-精整—砂輪磨光-包裝入庫。四、裝入量感應爐裝入量合金+20管切頭共6t;EAF爐裝入量20管切頭6〖+10t優質生鐵共16t;進LF爐鋼水量21t,合金配料按21t。五、感應爐1、感應爐爐底墊活性石灰21kg，瑩石8kg。加料，加入順序優質20管切頭—Fe-Cr—Fe-V—中Mn—Mo-Fe—Fe-Si—20管切頭，金屬總加入量控制在6t。2、總配料C0.25。/。(EAF爐出鋼C按0.07%考慮)、SiO.70°/。，其余合金元素按下限配，由技術中心復算。具體要求如下感應爐配料單，kg<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>3、化70。/。后分批加Ca-Si粉，間隔時間58分鐘，每次用量2kg、每爐>5次，精煉。4、爐前^#^析，滿A^感應爐威^^^"求，出鋼溫度1600。O1620。C。六、9#EAF:1、爐底墊活性石灰300kg。2、熔煉、形成熔池后停電吹氧、脫P、脫C、流渣，終點氧化渣要扒凈，取樣分析，當(XO.07%、P<0.007、還原。3、還原時加Fe-Si70kg、Ca-Si80kg、用Ca-Si粉擴散脫氧。4、渣白、取樣全分析、作為與感應爐成分混合后驗算依據，C<0.07、P<0.007、S<0.015、溫度達到1630。C~1650。C才能出鋼，出鋼量控制在15t。5、感應爐合金化。七、精煉爐(本實施例釆用LF+VD,當高合金鋼中的石友要求小于O.30y。時可釆取V0D精煉)1、充Ar加溫，用Ca-SW分、活性石灰、螢石調整渣白和流動性，力爭堿度大于3。2、渣白，測溫，取樣全分析。一見情況扒全渣或部分渣，造新渣，控制S《0.010%。當P大于O.012%小于0.015%時，控制S《0.008%,確保電渣后P+S《0.020°/。。按下表熔煉母材成品成分進行微調。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>3、成分進入規格，溫度大于162(TC,喂Ca-Si線lkg/t,換蓋抽真空，真空度抽至極限，真空度<10乇保持時間大于15分鐘。4、凈沸騰(調整Ar氣以鋼液不棵露渣面為準)，渣面用Ca-Si粉進行擴散脫氧，每次用量35kg,吹Ar靜沸騰至溫度到T-15501560°C(熔點T-1488。C)，起坑澆鋼。八、澆鑄1、澆鑄系統清潔、千燥；2、澆3tx4鋼錠一盤，剩余鋼水澆1.2t電極棒一盤，鑄速不得過快；3、嚴防短尺及打斷。九、其它1、爐前分析提前準備接近感應爐成分的標鋼，為合金化的感應爐作爐中分析(參考)。2、感應爐和9并EAF爐前必須達到工藝要求的出鋼成分和出鋼量，確保混沖后成分。3、各自爐體均可單獨連續生產，其冶煉時間為150-180分鐘。4、未盡事項同基本操作規程。權利要求1.一種高質量低磷硫高合金鋼的混煉方法，首先選用礦石裝入高爐冶煉，再將高爐煉出的鐵水或生鐵裝入電爐或轉爐進行連續氧化法冶煉，其特征是同時在另一感應爐或電爐中裝入鐵合金或返回料進行連續裝入法冶煉；將前述電爐或轉爐煉出的鐵水和感應爐或電爐煉出的鐵合金在鋼包混合進行爐外精煉，鋼錠模澆注。2.根據權利要求1所述的一種高質量低磷硫高合金鋼的混煉方法，其特征是當高合金鋼中的碳要求小于O.30%時，可釆取V0D精煉，當碳大于O.30。/。時可釆取LF/VD精煉。3.根據權利要求1所述的一種高質量低磷硫高合金鋼的混煉方法，其特征是各自爐體均可單獨連續生產，其冶煉時間為150-180分鐘。全文摘要一種高質量低磷硫高合金鋼的混煉方法，是將高爐煉出的鐵水或生鐵裝入電爐或轉爐進行連續氧化法冶煉，特別是同時在另一感應爐或電爐中裝入鐵合金或返回料進行連續裝入法冶煉；將前述電爐或轉爐煉出的鐵水和感應爐或電爐煉出的鐵合金在鋼包混合進行爐外精煉，鋼錠模澆注；本發明操作簡單規范，成本低，能高質量連續冶煉合金比大于5％的高合金鋼，徹底解決了采用普通冶煉方法生產高合金鋼時其鋼中磷、五害元素、微量有害元素無法控制的問題；特別適合于冶煉工模具鋼、不銹耐熱鋼、葉片鋼、閥門鋼、高速工具鋼、高溫合金等。文檔編號C21B5/00GK101328555SQ200710052539公開日2008年12月24日申請日期2007年6月22日優先權日2007年6月22日發明者劉文德,武文,柳學勝,陳長西申請人:大冶特殊鋼股份有限公司