[发明专利]一种用氩氧脱碳炉冶炼低碳高锰含量钢水的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，尤其涉及一种钢的冶炼方法，具体来说是一种用氩氧脱碳炉冶炼低碳高锰含量钢水的方法。

背景技术

汽车轻量化是减少汽车尾气排放、降低油耗，实现生产环境友好型汽车的目标的主要措施。孪晶诱导塑性(TWIP)钢具有强度和塑性的良好配合，是目前已提出的各种汽车用钢方案中最适合用作汽车用钢的新钢种。

就世界各国研究的各种TWIP钢体系而言，都集中在含锰18％～33％的高锰Fe-Mn-C基体系，在此基础上加入不同量的Al、Si、Ni、V、Mo、Cu、Ti、Nb、Cr等元素。其中C≤0.06％，20％～30％Mn，2.0％～3.0％Si，2.5％～3.5Al的低碳高锰钢是最为典型的一种TWIP钢。

由于TWIP钢中含有大量的锰，锰具有与氧的亲和力比铁与氧的亲和力大得多的特点，如何低成本地进行合金化是其中一个十分重要的技术难题。

专利文献CN102312158A公开了一种Nb、Ti合金化低碳高强度高塑性TWIP钢及制备方法，采用感应炉进行熔炼。专利文献CN102690938A公开了一种低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢中试生产方法，采用感应炉和电渣重熔炉双联熔炼TWIP钢。专利文献CN1743489A公开了一种高锰钢熔炼工艺及高锰钢铸件，采用感应炉熔炼含10％～14％Mn，1％～1.4％C的高锰钢。专利文献CN102286704A公开了一种耐磨抗腐蚀高锰钢及其制备方法，提供了含12％～14％Mn，1.2％～1.3％C的耐磨高锰钢的铸造、热处理工艺，没有提供冶炼方法。专利文献CN103484777A公开了一种奥氏体锰钢及其制备方法，采用感应炉熔炼含16％～19％Mn，0.9％～1.5％C的高锰钢。这些方法均不适合于大规模的生产，不能满足汽车行业对该钢种的需求。专利文献CN101191180A公开了一种含10.5％～20.0％Mn，1.0％～1.5％C的超高性能耐磨高锰钢及其生产方法，只提供了除锰以外的元素的合金化工艺。专利文献CN101191180A公开了一种含23.5％～24.4％Mn，0.55％～0.64％C的汽车用高锰钢及其制造方法，提供了轧制工艺，没有提供相应的冶炼方法。专利文献CN103468874A公开了一种采用氩氧炉冶炼低碳TWIP钢的生产方法，TWIP钢中含锰20％～30％，碳小于或等于0.06％，采用价格昂贵的金属锰或电解锰进行锰的合金化，原料成本高；在吹氧脱碳期，采用AOD炉的最高氧/氩比进行吹氧脱碳，锰、硅等与氧亲和力大的元素会大量被氧化，收得率低。

如何降低低碳高锰TWIP钢生产过程中合金化的成本，提高合金收得率，寻找低成本大规模生产方法，是低碳高锰TWIP钢冶炼的重要技术和生产问题。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种用氩氧脱碳炉冶炼低碳高锰含量钢水的方法，所述的这种用氩氧脱碳炉冶炼低碳高锰含量钢水的方法解决了现有技术中的高锰TWIP钢冶炼时锰极易氧化，合金化时收得率低的技术问题，同时解决了低碳高锰TWIP钢冶炼成本高的技术问题。

本发明一种用氩氧脱碳炉冶炼低碳高锰含量钢水的方法，包括如下步骤：

1)一个装料的步骤，将液态金属原料、锰铁或者含锰材料、固态金属材料、造渣材料、增碳剂、石灰和/或白云石置于一个氩氧脱碳炉中；所述的液态金属原料包括电弧炉、转炉、感应炉冶炼得到的高碳钢水、高炉冶炼得到的铁水、或者经铁水预脱磷和预脱硫处理后的铁水中的任意一种或者两种以上的任意比例的混合；根据液态金属原料中锰的含量，用锰铁及其他含锰的固态金属材料将锰配到产品规格限内；根据液态金属原料中碳的含量及其他炉料带入的碳含量，用增碳剂，将碳的含量配到开吹钢水中碳含量要求的浓度以上；成品钢中除硅和铝以外的其他元素，用含该元素的固态金属材料配到产品规格的中下限；石灰和/或白云石的总加入量为装料重量的1～7％；

2)一个脱碳的步骤，脱碳期开吹钢水中碳含量大于或等于1.2％，钢水温度高于或等于1450℃；脱碳期包含至少三个阶段，第一个阶段的氧/氩比≤2:1，脱碳到0.2％～0.3％；第二个阶段的氧/氩比≤1:3，脱碳到0.1％～0.06％；第三个阶段的氧氩比≤1:6，脱碳到0.01％～0.04％；然后停止吹氧脱碳，改吹氩气；脱碳期的炉渣碱度，即CaO/SiO₂质量分数比控制在0.8到2.5范围内，以加强脱磷；