专利名称：高纯净度无钴马氏体时效钢的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种金属冶炼方法，尤其涉及一种马氏体时效钢的制造方法。
背景技术：
ISNi马氏体时效钢以超低碳的Fe-Ni马氏体为基体组织，通过时效处理析出金属间化合物相进行强化，具有很高的强度和优异的综合性能，广泛应用于对强度、韧性有较高要求的领域，例如火箭壳体用薄壁筒体、离心机分离器、汽车用连续变速装置、模具等。18Ni系列马氏体时效钢分为含钴和无钴两大类。前者以N1-Co-Mo-Ti为基本成分，由于含有贵重元素Co，其价格高昂，例如C250、C300、C350等产品；后者则以N1-Mo-Ti (-W)等为基本成分，由于其不含Co，因此成本较低，如T250、T300。为了保证高强度下的高塑性与高韧性，马氏体时效钢对纯净度要求非常高，C、Mn、S1、P、S、0、N这些元素均属于有害杂质，对塑性、韧性影响极大，因此必须尽可能降低。C与Ti会生成非金属夹杂TiC，会降低钢的韧性；Mn、Si元素会损伤马氏体时效钢的韧性和范性；S、P元素则对热加工极为有害，其会增加马氏体时效钢的各向异性；0、N元素则在钢中形成氧化物、氮化物或碳氮化物等非金属夹杂，严重影响钢的韧性与疲劳性能。Ti是无钴马氏体时效钢中的主要强化元素之一，Ti与C、N之间有较强的亲和力，导致钢中极易形成如TiN、TiCN等夹杂物。在使用过程中，裂纹容易从粗大的TiN、TiCN夹杂部位萌生，进而扩展，影响到无钴马 氏体时效钢的品质。因此，采用适当的冶炼工艺，提高材料纯净度，降低钢中O、N含量，进而减少夹杂物数量及尺寸，对提高无钴马氏体时效钢的塑性以及韧性尤为重要。目前公开的中国专利大多数侧重在无钴马氏体时效钢的成分设计与热处理工艺方面，关于高纯净度的制造方法涉及较少。公开号为CNlOl 100728，
公开日为2008年I月9日，名称为“节镍型无钴马氏体时效超高强度钢”的中国专利文献公开了一种少镍无钴型马氏体时效钢，其屈服强度为1745 1800MPa，抗拉强度为1830 1880MPa。但是，该无钴马氏体时效钢的纯净度较低，其[O] ^ 30ppm、[N] < 30ppm。文献号为JP2001214212，
公开日为2001年8月7日，名称为“METHOD FORPRODUCING T1-CONTAINING STEEL IN WHICH TiN INCLUSIONS ARE REFINED” 的日本专利中，为了减少非金属夹杂物，使用不含TiN、TiCN等氮化物夹杂的高纯含Ti原材料来生产无钴马氏体时效钢，以减少钢中氮化物、碳氮化物的含量。但是不含氮化物杂质的高纯含Ti原材料价格昂贵，成本太高。文献号为EP1826282，
公开日为2007年8月29日，名称为“METHOD OF PRODUCINGA MARAGING STEEL”的欧洲专利中，使用N1-Mg合金添加一定含量的Mg到含钴马氏体时效钢中，以降低氧、氮的含量，从而获得
( IOppm, [N] ( 15ppm的高纯净度材料。但是Mg在1600°C下的蒸汽压很高，极易挥发。即使以N1-Mg合金的形式加入，也很容易挥发。若采用一定压力减轻Mg的挥发，则Mg的收得率不稳定，不易控制钢中Mg含量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高纯净度无钴马氏体时效钢的制造方法，该制造方法应当能够制备[O] ( 15ppm且[N] ( IOppm的高纯净度无钴马氏体时效钢，以满足制造高韧性的薄壁筒体、弹性零件等的要求。根据相关研究，马氏体时效钢的塑性、韧性与其纯净度密切相关，C、O、N、S、P等杂质元素含量越低，其纯净度越高，马氏体时效钢的塑性、韧性也就越好。大量研究证明，真空感应熔炼与真空电弧重熔的双重冶炼工艺能够有效地降低C、O、N、S、P等杂质元素含量，是生产纯净度较高的无钴马氏体时效钢的有效方法。根据上述发明目的及相关研究，本发明提供了一种高纯净度无钴马氏体时效钢的制造方法，其制造的高纯净度无钴马氏体时效钢的纯净度达到:C<0.010%、Si<0.10%,Mn ^ 0.10%, P ^ 0.008%, S ^ 0.005%, [O]彡 15ppm、[N]彡 IOppm ;制造这种高纯净度无钴马氏体时效钢的方法依次包括下列步骤:真空感应熔炼一浇注电极一电极空冷一真空电弧重熔一钢锭空冷。真空感应熔炼的核心是碳氧反应，碳氧反应的产物是CO气体，易于溢出钢水之外且不会形成夹杂物。钢水中的氢、氮将扩散到CO气泡内并随气泡上浮最后排出钢液。钢水和夹杂物不润湿，夹杂物会吸附于气泡表面而被去除。碳氧反应的热力学表达式如下:[C] +
= C0(g)(I)
权利要求
1.一种高纯净度无钴马氏体时效钢的制造方法，所述高纯净度无钴马氏体时效钢的纯净度达到C 彡 O. 010%、Si 彡 O. 10%、Mn 彡 O. 10%、P 彡 O. 008%、S 彡 O. 005%,[O]( 15ppm、[N] ( IOppm ;其特征在于,依次包括下列步骤真空感应熔炼一烧注电极一电极空冷一真空电弧重熔一钢锭空冷。
2.如权利要求I所述的高纯净度无钴马氏体时效钢的制造方法，其特征在于，在所述真空电弧重熔步骤中，稳定熔炼阶段平均熔速为3. 5 8. Okg/min。
3.如权利要求I或2所述的高纯净度无钴马氏体时效钢的制造方法，其特征在于 在所述真空感应熔炼步骤的精炼期，控制精炼期温度1580-1600°C， 真空度< 2Pa，精炼时间> 30分钟，期间多次搅拌； 当满足[N] ( 25ppm时,加入合金化元素； 在所述真空感应熔炼步骤的二次精炼期，控制坩埚内真空度< 2Pa， 钢水温度控制在1580 1600°C内，保持10 20min。
4.如权利要求I所述的高纯净度无钴马氏体时效钢的制造方法，其特征在于，在所述电极空冷和真空电弧重熔步骤之间，还包括电极表面磨光步骤。
5.如权利要求3所述的高纯净度无钴马氏体时效钢的制造方法，其特征在于，在所述真空感应熔炼步骤的熔化期，控制坩埚内的真空度< 5Pa。
全文摘要
本发明公开了一种高纯净度无钴马氏体时效钢的制造方法，其制造的高纯净度无钴马氏体时效钢的纯净度达到C≤0.010％、Si≤0.10％、Mn≤0.10％、P≤0.008％、S≤0.005％、[O]≤15ppm、[N]≤10ppm；制造这种高纯净度无钴马氏体时效钢的方法依次包括下列步骤真空感应熔炼→浇注电极→电极空冷→真空电弧重熔→钢锭空冷。采用本发明所述的技术方案制备无钴马氏体时效钢，能够有效地降低钢中有害杂质元素的含量，大幅提高了成品无钴马氏体时效钢的纯净度，从而大幅提高成品无钴马氏体时效钢的性能。
文档编号C22C38/02GK103255336SQ20121003408
公开日2013年8月21日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者郭军霞, 张景海, 田玉新, 杨庆, 俞忠明 申请人:宝山钢铁股份有限公司