[发明专利]一种含易氧化元素的高合金钢的还原精炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及高合金钢，特别涉及一种易氧化元素含量较高（易氧化元素含量之和>3%）的高合金钢的精炼去除硫、磷、氧等有害元素的还原精炼方法。

背景技术

含有较高含量易氧化合金元素如Mo、Cr、Ti、Nb、V、Ta、Zr等的高合金钢的精炼脱磷问题一直困扰着冶金工作者，因为这种含易氧化元素高合金钢不能通过氧化除磷的方法实现，这是由于氧化脱磷过程这些易氧化的合金元素会先于磷氧化而损失量很大；从冶金热力学的角度考虑，磷元素可以以+3价态与活泼元素Ca、Ba等结合成磷化物从而实现与合金分离，因此要想降低这类高合金钢中的磷元素，采用还原脱磷的精炼方式是一个比较理想的选择。

另外，含易氧化元素高合金钢中的氧和硫也要通过还原的方法去除，即加入与氧和硫结合能力超强的元素，使它们结合成氧化物和硫化物从而将合金中多余的有害元素硫和氧去除。

目前，含易氧化元素高合金钢的冶炼方法是先通过氧化法将钢中多余杂质元素如Si、C、P去除，通过造高碱度渣也能脱除大部分硫，然后通过还原熔炼，进一步脱除钢中的硫和氧，然后加入易氧化的合金元素进行合金化，对于合金化后的钢，再想脱磷就十分困难或说不能实现，而且，脱硫和脱氧的还原熔炼过程中不可避免的发生“回磷”现象，最终的合金化过程中合金元素还会向钢中带入较多的硫、磷等有害元素，因此必须尽量降低合金中磷和硫到尽可能低的水平。

研究实践证明：高合金钢中的磷、硫、氧等元素，已经成为限制高合金材料性能进一步提高的重要瓶颈，特别是磷会引起材料的冷脆，而硫和氧则引起材料的热裂，给材料性能带来致命危害；对于含易氧化元素的高合金钢，采用现有的冶炼方法，即氧化-还原-合金化方法，无法将高合金钢中的磷降低到0.03%以下的水平；仅以镍基高温合金为例，合金中P的含量由0.03%降低到0.02%，合金的高温力学性能将提高30%以上。[引自国家最高科学技术奖获得者师昌绪院士的报告]，因此，要想提高材料的综合性能，必须采用新的方法以进一步降低含易氧化元素高合金钢中硫、磷、氧等有害元素的含量。

发明内容

本发明的目的是：发明一种针对具有高含量易氧化元素的高合金钢的精炼去除硫、磷、氧等有害元素的还原精炼方法，解决目前含易氧化合金元素高合金钢难以实现硫、磷和氧等有害元素含量高、无法实现同时去除的问题。

实现本发明目的的方案设想是：对于传统方法冶炼含易氧化合金元素的高合金钢熔体采用还原精炼的二次精炼工艺，即向熔体内加入与磷、硫和氧结合能力非常强的合金元素，使其与磷、硫和氧分别结合成磷化物、硫化物和氧化物，通过加入熔剂造渣将生成的磷化物、硫化物和氧化物去除，考虑到与磷、硫和氧结合能力强的元素都非常活泼，因此选择在真空炉内进行还原精炼。

基于上述设想，实现本发明的技术方案是：

对于传统方法冶炼含易氧化合金元素的高合金钢熔体，熔炼到成分和温度达到待精炼要求，在真空炉内采用还原精炼的二次精炼工艺，并采用如下步骤实现：

a、待精炼熔体准备

通过常规的感应炉或电弧炉熔炼方法将待二次精炼的高合金熔体熔炼到温度为1500-1600℃范围，并进行脱氧合金化到主要合金成分达到目标合金的范围，即符合真空精炼要求；

 b、加入熔剂

为吸收精炼过程中产生的磷化物、硫化物和氧化物，采用CaO-BaO-CaF₂粉剂作为熔剂，该熔剂用工业纯级别的CaO、BaO和CaF₂配制，其组成范围为(质量分数%)：35-45% CaO、40-50% BaO、10-20% CaF₂；CaO-BaO-CaF₂粉剂的加入量为待精炼合金钢熔体重量的1-2%；该粉剂经混匀磨细到小于200目，通过喷粉装置用Ar气作载气，喷吹到合金熔体内，使渣熔化并覆盖在熔池表面，不仅可以吸收精炼产物和合金钢中的夹杂物，也减少合金的吸气和氧化，并具有保温作用；

c、抽真空

将装有待精炼的高合金熔体钢包置于真空室内，或用真空熔炼炉直接熔炼，真空室的压力低于10^-3Pa；

d、加入Mg-Ca-Ba合金精炼