CN109097680B - 一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种50t中频感应炉制得高锰高铝无磁钢板及其制造方法，其中，所述使用50t中频感应炉冶炼制得高锰高铝无磁钢板的组分及重量百分比含量包括：C：0.08～0.25%，Si：0.25～0.40%，Mn：15～20%，P≤0.020%，S≤0.010%，Al：2～4%，Nb：0.02～0.04%，V：0.015~0.030%，Ti：0.014~0.018%，Cu：0.012~0.016%，其余为Fe和不可避免的杂质；本发明提供的钢板常温下的屈服强度Rp0.2≥340MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，断后伸长率A在45%~50%，断面收缩率Z≥65%，该钢板化学成分和显微组织均匀，力学性能优良，相对导磁率低，内应力较低，板形良好。

Description

一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制 造方法

技术领域

本发明涉及无磁钢制造技术领域，特别涉及一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制造方法。

背景技术

无磁钢作为一种钢铁功能材料，是一种在磁场作用下基本不产生磁感应的无磁钢铁材料，其室温组织要求为稳定的奥氏体，按使用性能分，无磁钢可分为奥氏体无磁不锈钢和无磁结构钢，无磁结构钢多采用Fe-Mn系无磁钢，锰含量可达17%以上，铝含量可达2%~4%，冶炼过程需加入大量锰和铝，铝密度小，会漂浮在钢液表面，难以熔化均匀，导致温度和成分不均，最终影响产品性能。

另外，真空处理时，由于锰的蒸汽压较高，易挥发形成锰蒸汽，导致收得率低下且对人体健康有害，严重时甚至存在爆炸的风险，钢液流动中也会导致质量较轻的铝上浮，上浮的铝与钢渣相接触后会导致铝损耗，降低铝收得率。

申请号为201010557779.9的中国专利公布了“一种真空感应炉冶炼含锰钢控制锰含量的方法”，提供了一种利用废钢冶炼且锰回收率高的真空感应炉冶炼钢水的控制锰含量的方法，该方法成本相对较低，但真空感应炉对操作要求高，计算相对复杂，若操作或计算出现误差，会使锰元素的回收率大打折扣。

申请号为201410763193.6的中国专利公布了“1000MPa级高强度高塑性含铝中锰钢及制造方法”，提到锰合金化优选为在转炉冶炼与炉外精炼的分配比例为4:1，解决了合金化温降的技术难点，但其锰含量仅为7~11%，加入的锰合金产生的温降相对较小，转炉吹氧过程中，锰被氧化，锰收得率较低的问题依然存在。

申请号为201510547982.0的中国专利公布了“一种高等轴晶率高锰钢钢锭及其冶炼方法”，涉及使用200kg级真空感应炉冶炼高锰钢钢锭的方法，钢锭其中Mn17.5%~18.5%，Als5.8%~6.2%，解决凝固过程中容易形成粗大等轴晶的问题，但感应炉仅为200kg，单次加入大量的锰、铝合金，仅靠摇炉熔化，温度和成分要达到足够均匀有一定的难度。

发明内容

本发明的目的是提出一种使用50t中频感应炉冶炼制得高锰高铝无磁钢板的制造方法，该钢板常温下的屈服强度Rp0.2≥340MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，断后伸长率A在45%~50%，断面收缩率Z≥65%，相对导磁率≤1.004，且制造工艺采用分批次加入锰合金，保证锰在冶炼过程中熔化均匀，同时模铸前插入稀土棒，得到化学成分均匀的铸坯，经控制轧制得到合格钢板，该制造方法生产的钢板化学成分和显微组织均匀，力学性能优良，相对导磁率低，内应力较低，板形良好。

为实现上述目的，本发明提出一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制造方法，所述钢板的组分及重量百分比含量包括：

C：0.08～0.25%，Si：0.25～0.40%，Mn：15～20%，P≤0.020%，S≤0.010%，Al：2～4%，Nb：0.02～0.04%，V：0.015~0.030%，Ti：0.014~0.018%，Cu：0.012~0.016%，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述制造方法的主要流程包括：感应炉冶炼→吹氩→LF炉精炼→模铸→锻造→轧制→冷却→热处理，所述感应炉冶炼步骤包括，将高锰废钢、石灰等原料装入50t中频感应炉加热冶炼，出钢前15min~30min内加入烘烤后的金属锰，加热熔化后出钢，控制锰含量为6~12%；所述LF炉精炼的步骤包括，加入石灰、萤石造渣，采用电石、碳粉、铝粉脱氧造好白渣并扒渣，再次加入烘烤后的金属锰，控制锰含量为15~20%。

优选地，所述钢板常温下的屈服强度Rp0.2≥340MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，断后伸长率A在45%~50%，断面收缩率Z≥65%。

优选地，所述金属锰加入感应炉之前需在300℃~500℃的高温下烘烤3h~5h。

优选地，所述吹氩步骤中保持吹氩时间3~7min。

优选地，所述LF炉精炼的步骤还包括：扒渣后将提前焊接在钢锭上的铝块加入LF炉，且使钢锭不与钢液接触，待铝块熔化完毕后，将钢锭吊离。

优选地，所述LF炉精炼的步骤中所述铝块熔化完毕后还包括：将稀土棒按0.4~0.8kg/t的比例插入钢液中，软吹5~12分钟后将钢液吊起进行模铸。

本发明提供的技术方案中，通过采用在感应炉阶段和LF炉精炼阶段分批次加入锰合金，并将锰在高温下烘烤数小时，保证锰在冶炼过程中熔化均匀，以提高锰的收得率，且在LF炉精炼阶段通过钢锭均匀加入Al，保证铝脱氧充分，同时模铸前插入稀土棒，得到化学成分均匀的铸坯，经控制轧制得到合格钢板。

该使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制造方法具有以下优点：1）该工艺不经过真空处理，避免了锰蒸汽挥发导致锰收得率降低甚至发生爆炸的风险；2）加入的金属锰和铝块熔化均匀，反应效率高，提高了锰的收得率和成分均匀性；3）缩短了冶炼时间，降低了劳动强度，提高了冶炼效率。

所述使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板常温下的屈服强度Rp0.2≥340MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，断后伸长率A在45%~50%，断面收缩率Z≥65%，相对导磁率≤1.004，该钢板化学成分和显微组织均匀，力学性能优良，相对导磁率低，内应力较低，板形良好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板经轧制和热处理后的金相组织图；

图2为本发明一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板及的制造方法一实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

下述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本文中，单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出的一种使用50t中频感应炉冶炼制得高锰高铝无磁钢板，其组分及重量百分比含量包括：

C：0.08～0.25%，Si：0.25～0.40%，Mn：15～20%，P≤0.020%，S≤0.010%，Al：2～4%，Nb：0.02～0.04%，V：0.015~0.030%，Ti：0.014~0.018%，Cu：0.012~0.016%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明中各组分的作用及控制具有以下特征：

C：碳对钢的强度、韧性、焊接性能和冶炼成本影响很大，碳即是保证钢强度的元素之一，也是稳定奥氏体的元素之一，当钢材中的锰含量较高时，碳元素含量的增加会使钢轧制后的硬度增加，焊接性能降低到导致不易加工，适量的碳元素含量可以保证钢具有足够的强度、足够的稳定性、良好的焊接性能和冷加工性能，因此，本发明C含量的合理范围控制为0.08～0.25%。

Si：Si是常用脱氧剂，并能够提高钢板淬火强度，但是硅含量过高时，对钢板的焊接性能不利，同时还会造成轧钢过程氧化铁皮难以除尽，影响钢板表面质量，本发明中Si的含量范围控制为0.25～0.40%。

Mn：锰是主要的奥氏体形成元素，较高的能含量使得钢中的奥氏体相稳定温度区间变大，以稳定奥氏体相组织，从而确保钢在较高的磁场强度下仍具有较低的相对导磁率，同时，较高的锰含量使得热加工过程中的奥氏体晶粒发生孪晶转变，起到细化晶粒的作用，以大幅度提高材料的强度和塑性，因此，本发明中Mn的含量范围控制为15～20%。

P和S：都属于钢中有害夹杂元素，易形成夹杂、偏析等缺陷，影响钢板的冲击韧性、断后伸长率、焊接性和Z向性能。对于Z向钢，尤其要严格控制S含量，防止产生MnS，MnS夹杂极易引起钢板的层状撕裂，本发明控制P≤0.020％，S≤0.010％。

Al：Al是钢中的主要脱氧元素，同时能够固定N元素、细化晶粒，提高钢的韧性，也可抑制γ→ε的马氏体相变，同时促进形变孪晶的形成，降低钢的密度，本发明中Al含量范围控制为2~4%。

Nb：铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温轧制。铌还可以抑制奥氏体晶粒长大，具有显著地细晶强化和析出强化作用，这就为钢板在淬火加回火后仍然具有细小组织提供了基础，有利于提高韧性，但受到C含量的限值和加热温度的影响，过高的Nb无法固溶，而且恶化焊接性能，本发明的Nb控制含量在0.02～0.04%。

V：V的化合物仅在γ/α相变过程中或相变之后析出，析出物非常细小，有十分显著的析出强化效果，在钢中添加一定量的钒能够起到进一步细化经历的作用，本发明V含量范围控制在0.015~0.030%。

Ti：TiC比较稳定，可以抑制奥氏体晶粒长大，此外，Ti还具有强烈的固N作用，以避免形成B的氮化物，从而确保B元素的提高淬透性的效果，本发明Ti控制含量0.014～0.018%。

Cu：Cu可以提高钢的强度及耐大气和海洋腐蚀性能，钢中加入一定量的Cu，在提高钢的抗腐蚀性能的同时还能提高钢的抗疲劳裂纹扩展能力，本发明中，控制Cu的含量范围为0.012~0.016%。

按照上述组分及重量百分比含量制造的所述使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板，常温下的屈服强度Rp0.2≥340MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，断后伸长率A在45%~50%，断面收缩率Z≥65%，相对导磁率≤1.004，图1为本发明一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板经轧制和热处理后的金相组织图，该钢材显微组织均匀，为奥氏体，相对导磁率低。

本发明还提出一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制造方法，图2为本发明一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制造方法一实施例的流程示意图，其主要流程包括：S10，感应炉冶炼→S20，吹氩→S30，LF炉精炼→S40，模铸→S50，锻造→S60，轧制→S70，冷却→S80，热处理，所述感应炉冶炼步骤S10中包括，将高锰废钢、石灰等原料装入50t中频感应炉加热冶炼，出钢前15min~30min内加入烘烤后的金属锰，加热熔化后出钢，控制锰含量为6~12%；所述LF炉精炼步骤S30中包括，加入石灰、萤石造渣，采用电石、碳粉、铝粉脱氧造好白渣并扒渣，再次加入烘烤后的金属锰，控制锰含量为15~20%。该制造方法将锰的加入量分感应炉和LF精炼炉两阶段按比例加入，解决了大量锰加入后，钢液温度急剧下降，锰的收得率低的问题。

进一步地，所述感应炉冶炼步骤S10中还包括：步骤S11，所述金属锰加入感应炉之前需在300℃~500℃的高温下烘烤3h~5h。缩短金属锰熔化和均匀化的时间，提高锰的收得率，从而缩短冶炼时间，提高冶炼效率。

进一步地，所述吹氩步骤S20中保持吹氩时间3~7min。所述吹氩的步骤是为了均匀钢水成分和温度，在吹氩搅拌过程中可根据快速分析提供的钢水成分而进行成分微调，以使钢的成分控制范围更窄，以确保钢材性能均匀，同时促使夹杂物上浮排除渣层以除渣脱氧。

进一步地，所述LF炉精炼步骤S30还包括：步骤S31，扒渣后将提前焊接在钢锭上的铝块加入LF炉，且使钢锭不与钢液接触，待铝块熔化完毕后，将钢锭吊离。

该步骤需保证钢锭不与钢液接触，防止影响钢液成分，铝块焊接在钢锭下方是由于铝密度较低，直接加入大量的铝块会漂浮在钢液表面，难以熔化均匀，使铝与钢渣中的二氧化硅发生反应，使钢液中增硅明显，从而降低Al的收得率，且该加铝的方式避免了喂铝线加铝的繁重的劳动强度。

进一步地，所述LF炉精炼的步骤S30中所述铝块熔化完毕后还包括：步骤S32，将稀土棒按0.4~0.8kg/t的比例插入钢液中，软吹5~12分钟后将钢液吊起进行模铸。该步骤用于对钢液中的夹杂物改性处理，净化钢质，改善钢的冷成型性能。

所述使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制造方法，通过采用在感应炉阶段和LF炉精炼阶段分批次加入锰合金，并将锰在高温下烘烤数小时，保证锰在冶炼过程中熔化均匀，以提高锰的收得率，且在LF炉精炼阶段通过钢锭均匀加入Al，保证铝脱氧充分，同时模铸前插入稀土棒，得到化学成分均匀的铸坯，经控制轧制得到合格钢板。

该使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制造方法具有以下优点：1）该工艺不经过真空处理，避免了锰蒸汽挥发导致锰收得率降低甚至发生爆炸的风险；2）加入的金属锰和铝块熔化均匀，反应效率高，提高了锰的收得率和成分均匀性；3）缩短了冶炼时间，降低了劳动强度，提高了冶炼效率。

以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，不用于限定本发明。

实施例1

所述一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的组分及其重量百分比含量为：C：0.25%，Si：0.25%，Mn：15%，P≤0.020%，S≤0.010%，Al：2%，Nb：0.02%，V：0.015%，Ti：0.014%，Cu：0.012%，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制造方法的步骤为：

（1）将高锰废钢、石灰等原料装入50t中频感应炉加热冶炼，金属锰加入感应炉之前在400℃的高温下烘烤4h，出钢前20min内加入烘烤后的金属锰，加热熔化后出钢，控制锰含量为6%；

（2）保持吹氩时间4min；

（3）加入石灰、萤石造渣，采用电石、碳粉、铝粉脱氧造好白渣并扒渣，再次加入金属锰，控制锰含量为20%；

（4）将铝块加入LF炉，待铝块熔化完毕后，将稀土棒按0.5kg/t的比例插入钢液中，软吹6分钟后将钢液吊起进行模铸。

采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的高锰高铝无磁性钢板，常温下的屈服强度Rp0.2为341MPa，抗拉强度Rm为612MPa，断后伸长率A为49.5%，断面收缩率Z为68%，相对导磁率≤1.002。

实施例2

所述一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的组分及其重量百分比含量为：C：0.15%，Si：0.35%，Mn：16%，P≤0.020%，S≤0.010%，Al：3.5%，Nb：0.03%，V：0.02%，Ti：0.015%，Cu：0.014%，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制造方法的步骤为：

（1）将高锰废钢、石灰等原料装入50t中频感应炉加热冶炼，金属锰加入感应炉之前在420℃的高温下烘烤5h，出钢前16min内加入烘烤后的金属锰，加热熔化后出钢，控制锰含量为8%；

（2）保持吹氩时间5min；

（3）加入石灰、萤石造渣，采用电石、碳粉、铝粉脱氧造好白渣并扒渣，再次加入金属锰，控制锰含量为18%；

（4）将铝块加入LF炉，待铝块熔化完毕后，将稀土棒按0.6kg/t的比例插入钢液中，软吹8分钟后将钢液吊起进行模铸。

采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的高锰高铝无磁性钢板，常温下的屈服强度Rp0.2为369MPa，抗拉强度Rm为619MPa，断后伸长率A为45%，断面收缩率Z为65%，相对导磁率≤1.004。

实施例3

所述一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的组分及其重量百分比含量为：C：0.08%，Si：0.40%，Mn：20%，P≤0.020%，S≤0.010%，Al：4%，Nb：0.04%，V：0.03%，Ti：0.018%，Cu：0.016%，其余为Fe和不可避免的杂质。

所述一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制造方法的步骤为：

（1）将高锰废钢、石灰等原料装入50t中频感应炉加热冶炼，金属锰加入感应炉之前在430℃的高温下烘烤3h，出钢前28min内加入烘烤后的金属锰，加热熔化后出钢，控制锰含量为12%；

（2）保持吹氩时间6min；

（3）加入石灰、萤石造渣，采用电石、碳粉、铝粉脱氧造好白渣并扒渣，再次加入金属锰，控制锰含量为15%；

（4）将铝块加入LF炉，待铝块熔化完毕后，将稀土棒按0.8kg/t的比例插入钢液中，软吹12分钟后将钢液吊起进行模铸。

采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的高锰高铝无磁性钢板，常温下的屈服强度Rp0.2为384MPa，抗拉强度Rm为630MPa，断后伸长率A为45.5%，断面收缩率Z为66%，相对导磁率≤1.003。

本发明提供的实施例1~3的各项数据对照表请参见表1~4。

表1 本发明各实施例中的化学组分及重量百分比含量列表（wt%）

表2本发明各实施例中主要轧钢工艺参数列表

表3本发明各实施例中钢板的力学性能列表

表4本发明各实施例中钢板的相对导磁率列表

实施例	800A/m	4000A/m	8000A/m
				1	1.001	1.001	1.002
2	1.003	1.004	1.004
				3	1.001	1.002	1.003

从表1~4中可以看出，采用本发明提供的元素组分及重量百分比含量、以及制造方法制得的使用50t中频感应炉冶炼制得高锰高铝无磁钢板，进行常温拉伸试验和Z向拉伸试验，其结果为：常温下的屈服强度Rp0.2≥340MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，断后伸长率A在45%~50%，断面收缩率Z≥65%，相对导磁率≤1.004，该钢板化学成分和显微组织均匀，力学性能优良，相对导磁率低，内应力较低，板形良好。

Claims (6)

1.一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制造方法，其特征在于：所述钢板的组分及重量百分比含量包括：C：0.08～0.25%，Si：0.25～0.40%，Mn：15～20%，P≤0.020%，S≤0.010%，Al：2～4%，Nb：0.02～0.04%，V：0.015~0.030%，Ti：0.014~0.018%，Cu：0.012~0.016%，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述钢板的制造方法的主要流程包括：感应炉冶炼→吹氩→LF炉精炼→模铸→锻造→轧制→冷却→热处理，所述感应炉冶炼步骤包括，将高锰废钢和石灰的原料装入50t中频感应炉加热冶炼，出钢前15min~30min内加入烘烤后的金属锰，加热熔化后出钢，控制锰含量为6~12%；所述LF炉精炼的步骤包括，加入石灰、萤石造渣，采用电石、碳粉、铝粉脱氧造好白渣并扒渣，再次加入烘烤后的金属锰，控制锰含量为15~20%。

2.根据权利要求1所述的一种使用50t中频感应炉冶炼制得的高锰高铝无磁钢板的制造方法，其特征在于：所述钢板常温下的屈服强度Rp0.2≥340MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，断后伸长率A在45%~50%，断面收缩率Z≥65%，相对导磁率≤1.004。

3.根据权利要求1所述的一种使用50t中频感应炉冶炼制得高锰高铝无磁钢板的制造方法，其特征在于：所述金属锰加入感应炉之前需在300℃~500℃的高温下烘烤3h~5h。

4.根据权利要求1所述的一种使用50t中频感应炉冶炼制得高锰高铝无磁钢板的制造方法，其特征在于：所述吹氩步骤中保持吹氩时间3~7min。

5.根据权利要求1所述的一种使用50t中频感应炉冶炼制得高锰高铝无磁钢板的制造方法，其特征在于：所述LF炉精炼的步骤还包括：扒渣后将提前焊接在钢锭上的铝块加入LF炉，且使钢锭不与钢液接触，待铝块熔化完毕后，将钢锭吊离。

6.根据权利要求5所述的一种使用50t中频感应炉冶炼制得高锰高铝无磁钢板的制造方法，其特征在于：所述LF炉精炼的步骤中所述铝块熔化完毕后还包括：将稀土棒按0.4~0.8kg/t的比例插入钢液中，软吹5~12分钟后将钢液吊起进行模铸。

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