[发明专利]一种采用氩氧炉冶炼低碳TWIP钢的生产方法

说明书

技术领域：

本发明属于金属冶炼领域，主要涉及低碳TWIP钢氩氧炉（AOD）冶炼生产技术。

背景技术：

1997年，Grassel等在试验研究Fe—Mn—Si—Al系TRIP钢时发现，当锰含量达到25wt%，铝含量超过3wt%，硅含量在2～3wt%之间，碳含量较低时，具有中等的抗拉强度（约600Mpa）和极高的延伸率（80%），其抗拉强度和延伸率的乘积在50000MPa％以上，是高强韧性TRIP钢的两倍。由于该类合金的高强韧性来自形变过程中形变孪晶的形成，故命名为孪生诱发塑性钢，即TWIP钢（Twinning Induced Plasticity）。由于TWIP钢具有诸多优异性能，在机车、汽车、高架建筑、抗冲击钢板、低温容器等领域展示出广阔的应用潜力。

目前国内外对TWIP钢的研究主要集中在Fe-Mn-Al-Si系、Fe-Mn-Al-C系及Fe-Mn-C系。其中Fe-Mn-Al-Si系的碳含量较低，冶炼难度较大或成本较高。

专利文献CN102690938A公开了一种低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢的中试生产方法，采用纯铁在0.5吨非真空感应炉进行冶炼，试制成功了碳含量为0.052wt%的低碳TWIP钢；专利文献CN102312158A公开了一种Nb、Ti合金化低碳TWIP制备方法，采用真空感应炉熔炼了碳含量为0.05～0.08wt%的TWIP钢，具体原料没有说明。感应炉和真空感应炉一般容量较小，生产时间较长，能耗较高，生产效率低。迄今，低碳TWIP高效低成本大规模冶炼生产还存在许多难题。

难题之一，低碳TWIP钢碳含量较低，产品碳含量小于等于0.06%，而Mn、Si和Al含量较高，考虑到冶炼后期添加Mn、Si等合金增碳及耐材增碳等问题，需在合金化前将钢中碳降至0.03%以下；难题之二，该TWIP钢合金含量较高，冶炼后期需大量添加Mn、Si、Al等合金，温降较为严重，冶炼过程中只靠碳的氧化能量不够；难题之三，该TWIP钢合金含量较高，尤其是金属铝含量较高，钢液铝合金化时容易引起钢液增硅，成分控制较为困难。

发明内容

本发明的目的是提供了一种采用氩氧炉（AOD）冶炼低碳TWIP钢生产方法和工艺。该方法采用高炉铁水或感应炉、电弧炉提供的粗钢液；通过氩氧炉（AOD）吹氧脱碳，前期将碳脱至0.03%以下；采用金属锰或电解锰进行合金化；采用硅铁和金属铝调整温度和合金化；同时，还原炉渣中锰的氧化物，提高锰的收得率；通过彻底扒渣，防止铝合金化过程中钢液增硅，保证成分的稳定控制；并造还原渣进行脱硫，生产低碳TWIP钢。

一种采用氩氧炉冶炼低碳TWIP钢生产方法，其特征在于：采用氩氧炉冶炼TWIP钢，冶炼的TWIP钢成分按质量百分比为：C≤0.06%，Mn=20%～30%，Si=2.0～3.0%，Al=2.5～3.5%，余量为Fe；具体工艺步骤为：

1）通过氩氧炉吹氧脱碳，将钢液中碳降低到0.03%以下后进行合金化；

2）TWIP钢锰合金化后，采用硅铁或/和金属铝，还原炉渣中锰的氧化物，提高金属锰的收得率；依靠硅或/和铝的氧化发热调整钢液温度，补偿TWIP钢锰合金化造成的钢液温度下降。

做为更详细的技术方案为：

1）原料

TWIP冶炼的最主要原料为铁水或废钢熔化而成的粗钢液。铁水可为直接来自高炉的铁水，或经过铁水预处理后的铁水，采用铁水预处理后的铁水，由于硫和磷的含量较低，对冶炼TWIP钢更为有益。也可采用感应炉或电弧炉熔化的钢液。

采用的重要合金主要有三种：金属锰或电解锰、硅铁、金属铝或高硅硅锰合金。不采用锰铁，因为它们含有部分碳，容易引起TWIP钢碳含量超标。

采用的造渣原料主要为石灰、白云石。

2）吹氧脱碳

本发明采用氩氧炉（AOD）冶炼TWIP钢，在氩氧炉（AOD）中吹氧脱碳。

在向氩氧炉（AOD）中兑入钢水和铁水前，预先在炉中加入部分石灰。

在采用铁水冶炼TWIP钢时，由于铁水中碳含量较高，为了防止脱碳终点温度太高，可加入一定比例的废钢，废钢加入量根据铁水温度和含碳量而定，加入量为铁水质量的0～20%。但如果来料为废钢熔炼成的钢水，也须检测来料钢水的成分和温度，根据成分和温度计算脱碳终点温度，如终点温度大于1720℃，需在兑钢水前后、或氩氧炉（AOD）脱碳过程中向炉内加入废钢；如计算的脱碳终点温度低于1600℃，需在炉内添加增碳剂或硅铁。