《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》是中國科學院合肥物質科學研究院於2012年5月18日申請的專利，該專利申請號：2012101563758，專利公布號：CN102851564A，專利公布日：2013年1月2日，發明人是：韓福生、王新福、王幸福。
《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》公開了一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法。該方法包括以下操作步驟：1、選擇原材料及布料；2、抽真空、預熱；3、充氬與熔化；4、精煉；5、合金料添加；6、靜置；7、調溫與澆注。通過對上述過程關鍵工藝參數的科學控制，保證最終材料內部冶金質量（化學成分及冶金缺陷）達到高標準。
2021年8月16日，《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法
- 公布號：CN102851564A
- 公布日：2013年1月2日
- 申請號：2012101563758
- 申請日：2012年5月18日
- 申請人：中國科學院合肥物質科學研究院
- 地址：安徽省合肥市蜀山湖路350號
- 發明人：韓福生、王新福、王幸福
- 專利代理機構：安徽合肥華信智慧財產權代理有限公司
- 代理人：余成俊
- 類別：類別
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
為了提高汽車的被動安全性能，要求汽車用鋼有儘可能高的吸能本領，即具有高強塑積。為實現這一目的，近年來世界主要汽車鋼生產企業及研究部門開展了集中攻關研究，開發出一系列兼有高強度和高塑性的汽車車身用鋼，如雙相（DP）鋼、相變誘發塑性（TRIP）鋼以及孿晶誘導塑性（TWIP）鋼，其中以TWIP鋼綜合性能最佳。該合金主要化學成分為：C0.02-0.03%，Mn:25-30%，Al3%，Si3%，其餘為Fe。其主要性能特點為：斷後伸長率一般80%，抗拉強度一般580兆帕，強塑積達45000兆帕％以上，是高強韌性TRIP鋼的2倍。此外，TWIP鋼還具有很高的吸能本領，室溫下吸能本領可達0.5焦/立方毫米，是傳統深沖鋼的2倍以上。除了在汽車領域有重要的套用以外，TWIP鋼在橋樑、建築、低溫容器等其它有高強韌性要求的結構中也有廣泛的套用前景。
截至2012年5月，關於TWIP鋼高塑性產生的機制已有較一致的認識，有關合金成分、組織與性能特點等方面也有一些研究報導。但是，有關TWIP鋼熔煉、鍛造和軋制等重要熱加工工藝的研究尚未見有報導，這些過程不僅是決定材料化學成分、晶體組織與力學性能的關鍵過程，還是實際材料和產品生產必不可少的工藝過程。對這些過程中材料成分和組織演化規律及其機制進行研究，獲得最佳化的工藝參數，從而為實際生產提供設計依據，是TWIP鋼走向套用亟待解決的問題。
對於熔煉過程而言，由於TWIP鋼含有高比例的Mn、Al和Si，這些元素在熔煉過程中彼此之間以及與熔煉環境（氣氛和爐襯）之間將產生複雜的物理化學反應，有很強的非金屬夾雜物形成傾向，同時熔煉過程中Mn還極易揮發，使熔體純淨度提高及合金成分精確控制非常困難。此外，Al和Si因與Fe有較大的密度差，在凝固過程中很容易發生巨觀偏析，導致材料組織和性能均勻性、一致性較差。為防止或減少上述缺陷的產生和殘留，須嚴格控制熔鍊氣氛、熔煉溫度、精煉及靜置時間、澆注溫度及速度等參數。高強塑積合金鋼是一種含有高濃度易揮發和易偏析合金元素的鐵基材料，熔煉過程中合金成分、非金屬夾雜物數量及分布精確控制非常困難。
由於熔煉過程關乎TWIP鋼組織和性能的基本工藝過程，最佳化並掌握其工藝技術，對於實現該材料及產品的高性能及可靠套用來說無疑是極其重要的。由於該材料成分的特殊性，熔煉加工工藝要求高、難度大，截至2012年5月，該領域尚無成熟的技術可以借鑑。近年來，結合中國重大科研任務的要求，對TWIP鋼相關熔煉工藝進行了探索和最佳化，獲得了可靠的工業化生產技術。
發明內容
專利目的
《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》提供了一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法
技術方案
1、選擇原材料及布料，分別為純鐵、純錳、純鋁、純矽，布料時，先將電解錳片置於坩堝底部，然後將純鐵棒料豎直置於電解錳片之上，結晶矽和純鋁置於料倉；
2、抽真空、預熱，關閉真空室，抽真空至10帕以下時，以80-100千瓦的功率送電加熱，繼續抽氣，使真空度應保持在10帕以下，該過程持續20-30分鐘；
3、充氬與熔化，抽氣結束後，向真空室內充入氬氣使之壓力達到-0.04-0.005兆帕，同時將電源功率加大至300-340千瓦，使爐料快速熔化，熔化時間40-50分鐘；
4、精煉，爐料熔清後，將電源功率減小至80-100千瓦，靜置10-15分鐘進行精煉；
5、合金料添加，精煉結束後，將電源功率增至200-240千瓦，加入料倉內的合金材料，熔煉8-10分鐘；
6、靜置，合金料全部熔清後，將電源功率降至60-80千瓦，靜置15-20分鐘；
7、調溫與澆注，將電源功率升至100-120千瓦，使鋼水溫度升高至結膜破裂，然後開始澆注，澆注時間控制在5-7分鐘之內；
8、鋼錠精整，將帶有錐度的圓柱形鋼錠進行切割和表面車削加工。切割面分別位於冒口根部以下40毫米處以及鋼錠底部向上20毫米處，表面車削加工量為15毫米；
9、取樣化驗用鑽床分別從鋼錠兩個切割面上鑽取鑽屑，混合後進行化學成分分析。
改善效果
《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》通過對布料、真空度、惰性氣氛、熔化、精煉、除渣與澆注等過程的控制，使合金元素在材料中得到均勻固溶，材料內部冶金質量（化學成分及冶金缺陷）達到設計要求。
附圖說明
圖1為《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》爐號V2011-112化學成分分析結果。
圖2為《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》爐號V2011-113化學成分分析結果。
圖3為《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》爐號V2011-114化學成分分析結果。
圖4為《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》爐號V2011-112-114鋼錠軋制線材無損探傷檢測結果。
圖5為《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》鋼錠（V2011-112）不同位置取樣的拉伸力學性能。
技術領域
《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》涉及合金鋼的冶金加工領域，屬於一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法。
權利要求
1.《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》其特徵在於：包括有以下操作步驟：
1.1選擇原材料及布料，分別為純鐵、純錳、純鋁、純矽；布料時，先將電解錳片置於坩堝底部，然後將純鐵棒料豎直置於電解錳片之上，結晶矽和純鋁置於料倉；
1.2抽真空、預熱，關閉真空室，抽真空至10帕以下時，以80-100千瓦的功率送電加熱，繼續抽氣，使真空度應保持在10帕以下，該過程持續20-30分鐘；
1.3充氬與熔化，抽氣結束後，向真空室內充入高純氬氣使之壓力達到-0.04-0.005兆帕，同時將電源功率加大至300-340千瓦，使爐料快速熔化，熔化時間40-50分鐘；
1.4精煉，爐料熔清後，將電源功率減小至80-100千瓦，靜置10-15分鐘進行精煉；
1.5合金料添加，精煉結束後，將電源功率增至200-240千瓦，加入料倉內的合金材料，熔煉8-10分鐘；
1.6靜置，合金料全部熔清後，將電源功率降至60-80千瓦，靜置15-20分鐘；
1.7調溫與澆注，將電源功率升至100-120千瓦，使鋼水溫度升高至結膜破裂，然後開始澆注，澆注時間控制在5-7分鐘之內；
1.8鋼錠精整，將帶有錐度的圓柱形鋼錠進行切割和表面車削加工；切割面分別位於冒口根部以下40毫米處以及鋼錠底部向上20毫米處，表面車削加工量為15毫米；
1.9取樣化驗，用鑽床分別從鋼錠兩個切割面上鑽取鑽屑，混合後進行化學成分分析。
實施方式
1、選擇原材料及布料，分別為純鐵、純錳、純鋁、純矽，布料時，先將電解錳片置於
坩堝底部，然後將純鐵棒料豎直置於電解錳片之上，結晶矽和純鋁置於料倉；
2、抽真空、預熱：關閉真空室，抽真空至10帕，以100千瓦的功率送電加熱，繼續抽氣，使真空度應保持在10帕以下，該過程持續18分鐘；
3、充氬與熔化：抽氣結束後，向真空室內充入氬氣使之壓力達到-0.04兆帕，同時將電源功率加大至320千瓦，45分鐘後爐料全部熔化；
4、精煉：爐料熔清後，將電源功率減小至100千瓦，靜置15分鐘進行精煉；
5、合金料添加：精煉結束後，將電源功率增至240千瓦，加入料倉內的合金材料，熔煉10分鐘；
6、靜置：合金料全部熔清後，將電源功率降至60千瓦，靜置15分鐘；
7、調溫與澆註：將電源功率升至100-120千瓦，使鋼水溫度升高至結膜破裂，然後開始澆注，澆注時間7分鐘；
8、鋼錠精整：將重約165公斤的圓柱形鋼錠進行切割和表面車削加工。上切割面距冒口根部41毫米，下切割面距鋼錠底面20毫米，表面車削量為15毫米；
9、取樣化驗：用鑽床分別從鋼錠兩個切割面上鑽取鑽屑，混合後進行化學成分分析。圖1、圖2、圖3可以看出，所煉合金成分一致性很好，證明材料成分控制精度很高，《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》技術可靠、成熟。
10、無損探傷試驗：圖4可以看出，含可識別缺陷材料只占總量的1%左右，說明材料內部冶金質量很高。
11.力學性能試驗：圖5可以看出，其均勻性、一致性是非常好的，其中編號由小到大表示取樣位置從鋼錠頂部至底部的順序。
榮譽表彰
2021年8月16日，《一種高強塑積合金鋼的真空熔煉方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
