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CN117701982B - 一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法 - Google Patents

一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及合金高强钢制备技术领域，公开了一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法，包括以下步骤；步骤一、选取含有锰和钒的废钢作为原始合金材料，其含有的其他合金元素包括铬、钼，且含量分别为0.3～0.7％的铬，0.1～0.5％的钼；步骤二、在原材料中进行预处理，包括热处理和氧化还原步骤，其中热处理将材料加热至800～1000℃并在此温度下保持1～3h，氧化还原过程中，采用还原剂将氧化物含量降至0.07～0.1％；步骤三、引入微量合金元素。通过控制合金元素含量和引入微量合金元素，调整合金组织结构，提高钢材的强度和性能，水淬和热处理工艺进一步优化组织结构，增强钢材的强度和硬度有助于提高合金的制备效果和质量。

Description

一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法
技术领域
本发明涉及合金高强钢制备技术领域，具体为一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法。
背景技术
建筑用的钢筋加固杆的材料为合金材料，主要用于矿山、边坡、隧道坝堤等工程进行主动加固。近十年来，加固杆的极限承载力、长度和锚固力的集中度均有稳步增长的趋势。随着高层及超高层建筑的崛起，矛头、隧道、坝堤的兴建，加固杆的应用越来越广泛，市场对高强度加固杆的需求增加，为提高工程结构的稳定，高强度加固杆对生产工艺提出新的要求。
传统高强钢制备方法中，合金元素的均匀性和组织结构的稳定性常常受到挑战，可能导致制品的不一致性，且在氮元素引入的技术虽然有助于提高氮化强化效果，但目前的方法在实现氮元素均匀分布和控制含量方面还存在改进的空间。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法，解决了现阶段高强度钢制备的过程中控制含量方面还存在改进的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法，包括以下步骤；
步骤一、选取含有锰和钒的废钢作为原始合金材料，其含有的其他合金元素包括铬、钼，且含量分别为0.3～0.7％的铬，0.1～0.5％的钼；
步骤二、在原材料中进行预处理，包括热处理和氧化还原步骤，其中热处理将材料加热至800～1000℃并在此温度下保持1～3h，氧化还原过程中，采用还原剂将氧化物含量降至0.07～0.1％；
步骤三、引入微量合金元素，采用离子注入技术或等离子体技术让微量元素Ti和Nb均匀分布，并使得锰和钒的含量分别控制在0.5～2％和0.1～0.5％之间；
步骤四、在电弧炉或感应炉中进行高温熔炼，通过实时监测合金成分和自适应控制技术，确保合金组织的均匀性和稳定性；
步骤五、采用快速冷却技术，使用水淬，结合后续热处理工艺，调整锰钒微合金高强钢的组织结构，其中水淬速度控制在5～20℃/s。
优选的，所述步骤一中，废钢原始合金材料中含有的其他合金元素包括镍，含量为0.1～0.4%。
优选的，所述步骤三中，离子注入技术或等离子体技术的微量合金元素包括钒、铌、钛，其含量分别为0.05～0.2%、0.01～0.1%和0.01～0.1%。
优选的，所述步骤二中，热处理工艺中的氧化还原步骤采用还原剂，包括氢气或碳。
优选的，所述步骤四中，高温熔炼过程中的温度维持在1600～1800℃之间，时间为1～2h。
优选的，所述步骤五中，快速冷却后的热处理工艺包括加热至1000～1200℃，保持时间为1～4h。
优选的，所述步骤五中，水淬速度随温度的变化以非线性方式变化，即随着温度的降低，水淬速度逐渐减小。
优选的，所述步骤四中，熔炼中采用石墨覆盖剂。
优选的，所述步骤四中，通过在熔炼过程中引入微量的氮元素，控制其含量在0.005～0.02%。
优选的，所述步骤四中，熔炼过程中需要对渣料进行定期清理。
本发明提供了一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法。具备以下有益效果：
本发明通过选取含有锰和钒的废钢作为原始合金材料，利用了废钢资源，并在制备过程中实现了其他合金元素的有效利用，通过引入微量合金元素的均匀分布，以及控制锰、钒、钛、铌等元素的含量，有助于调整合金的组织结构，提高钢材的强度和性能，使用水淬和后续的热处理工艺，有助于调整锰钒微合金高强钢的组织结构，进一步提高钢材的强度和硬度，温度的维持、石墨覆盖剂的应用、引入微量的氮元素以及对渣料的定期清理等措施，都有助于提高合金的制备效果和质量。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明实施例提供一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法，包括以下步骤；
步骤一、选取含有锰和钒的废钢作为原始合金材料，其含有的其他合金元素包括铬、钼，且含量分别为0.5％的铬，0.3％的钼，废钢原始合金材料中含有的其他合金元素包括镍，含量为0.2%，通过这种废钢的再利用，实现了资源的综合利用，有助于减少对原始矿石的依赖，降低环境负担；
步骤二、在原材料中进行预处理，包括热处理和氧化还原步骤，其中热处理将材料加热至890℃并在此温度下保持2h，氧化还原过程中，采用还原剂将氧化物含量降至0.09％， 在原材料中进行的热处理和氧化还原步骤有助于净化原始合金材料，消除不良杂质和氧化物，这有助于提高合金的纯度，为后续工艺提供更有利的条件；
步骤三、引入微量合金元素，采用离子注入技术或等离子体技术让微量元素Ti和Nb均匀分布，并使得锰和钒的含量分别控制在1.6％和0.4％之间，离子注入技术或等离子体技术的微量合金元素包括钒、铌、钛，其含量分别为0.13%、0.08%和0.07%，热处理工艺中的氧化还原步骤采用还原剂，包括氢气或碳，实现了这些元素的均匀分布，这有助于在晶界和析出相中形成强化相，提高高强钢的性能；
步骤四、在电弧炉或感应炉中进行高温熔炼，通过实时监测合金成分和自适应控制技术，确保合金组织的均匀性和稳定性，高温熔炼过程中的温度维持在1650℃之间，时间为1.5h，确保合金组织的均匀性和稳定性，熔炼中采用石墨覆盖剂，通过在熔炼过程中引入微量的氮元素，控制其含量在0.01%，熔炼过程中需要对渣料进行定期清理，进一步优化了合金的熔炼过程，有助于提高成品质量；
步骤五、采用快速冷却技术，使用水淬，结合后续热处理工艺，调整锰钒微合金高强钢的组织结构，其中水淬速度控制在13℃/s，快速冷却后的热处理工艺包括加热至1100℃，保持时间为3h，水淬速度随温度的变化以非线性方式变化，即随着温度的降低，水淬速度逐渐减小，有助于调整锰钒微合金高强钢的组织结构，水淬速度的非线性调整，使得在不同温度下都能够获得理想的冷却效果，从而进一步提高材料的强度和韧性。
按照实施例一的步骤进行制备出高强度钢，并对该成品进行各方面性能进行测试，并将各方面性能数据记录至表一中。
实施例二：
本发明实施例提供一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法，包括以下步骤；
步骤一、选取含有锰和钒的废钢作为原始合金材料，其含有的其他合金元素包括铬、钼，且含量分别为0.5％的铬，0.3％的钼，废钢原始合金材料中含有的其他合金元素包括镍，含量为0.2%，通过这种废钢的再利用，实现了资源的综合利用，有助于减少对原始矿石的依赖，降低环境负担；
步骤二、在原材料中进行预处理，包括热处理和氧化还原步骤，其中热处理将材料加热至890℃并在此温度下保持2h，氧化还原过程中，采用还原剂将氧化物含量降至0.07％， 在原材料中进行的热处理和氧化还原步骤有助于净化原始合金材料，消除不良杂质和氧化物，这有助于提高合金的纯度，为后续工艺提供更有利的条件；
步骤三、引入微量合金元素，采用离子注入技术或等离子体技术让微量元素Ti和Nb均匀分布，并使得锰和钒的含量分别控制在1.6％和0.4％之间，离子注入技术或等离子体技术的微量合金元素包括钒、铌、钛，其含量分别为0.13%、0.08%和0.07%，热处理工艺中的氧化还原步骤采用还原剂，包括氢气或碳，实现了这些元素的均匀分布，这有助于在晶界和析出相中形成强化相，提高高强钢的性能；
步骤四、在电弧炉或感应炉中进行高温熔炼，通过实时监测合金成分和自适应控制技术，确保合金组织的均匀性和稳定性，高温熔炼过程中的温度维持在1650℃之间，时间为1.5h，确保合金组织的均匀性和稳定性，熔炼中采用石墨覆盖剂，通过在熔炼过程中引入微量的氮元素，控制其含量在0.01%，熔炼过程中需要对渣料进行定期清理，进一步优化了合金的熔炼过程，有助于提高成品质量；
步骤五、采用快速冷却技术，使用水淬，结合后续热处理工艺，调整锰钒微合金高强钢的组织结构，其中水淬速度控制在13℃/s，快速冷却后的热处理工艺包括加热至1100℃，保持时间为3h，水淬速度随温度的变化以非线性方式变化，即随着温度的降低，水淬速度逐渐减小，有助于调整锰钒微合金高强钢的组织结构，水淬速度的非线性调整，使得在不同温度下都能够获得理想的冷却效果，从而进一步提高材料的强度和韧性。
按照实施例二的步骤进行制备出高强度钢，并对该成品进行各方面性能进行测试，并将各方面性能数据记录至表一中。
实施例三：
本发明实施例提供一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法，包括以下步骤；
步骤一、选取含有锰和钒的废钢作为原始合金材料，其含有的其他合金元素包括铬、钼，且含量分别为0.5％的铬，0.3％的钼，废钢原始合金材料中含有的其他合金元素包括镍，含量为0.2%，通过这种废钢的再利用，实现了资源的综合利用，有助于减少对原始矿石的依赖，降低环境负担；
步骤二、在原材料中进行预处理，包括热处理和氧化还原步骤，其中热处理将材料加热至890℃并在此温度下保持2h，氧化还原过程中，采用还原剂将氧化物含量降至0.1％，在原材料中进行的热处理和氧化还原步骤有助于净化原始合金材料，消除不良杂质和氧化物，这有助于提高合金的纯度，为后续工艺提供更有利的条件；
步骤三、引入微量合金元素，采用离子注入技术或等离子体技术让微量元素Ti和Nb均匀分布，并使得锰和钒的含量分别控制在1.6％和0.4％之间，离子注入技术或等离子体技术的微量合金元素包括钒、铌、钛，其含量分别为0.13%、0.08%和0.07%，热处理工艺中的氧化还原步骤采用还原剂，包括氢气或碳，实现了这些元素的均匀分布，这有助于在晶界和析出相中形成强化相，提高高强钢的性能；
步骤四、在电弧炉或感应炉中进行高温熔炼，通过实时监测合金成分和自适应控制技术，确保合金组织的均匀性和稳定性，高温熔炼过程中的温度维持在1650℃之间，时间为1.5h，确保合金组织的均匀性和稳定性，熔炼中采用石墨覆盖剂，通过在熔炼过程中引入微量的氮元素，控制其含量在0.01%，熔炼过程中需要对渣料进行定期清理，进一步优化了合金的熔炼过程，有助于提高成品质量；
步骤五、采用快速冷却技术，使用水淬，结合后续热处理工艺，调整锰钒微合金高强钢的组织结构，其中水淬速度控制在13℃/s，快速冷却后的热处理工艺包括加热至1100℃，保持时间为3h，水淬速度随温度的变化以非线性方式变化，即随着温度的降低，水淬速度逐渐减小，有助于调整锰钒微合金高强钢的组织结构，水淬速度的非线性调整，使得在不同温度下都能够获得理想的冷却效果，从而进一步提高材料的强度和韧性。
按照实施例三的步骤进行制备出高强度钢，并对该成品进行各方面性能进行测试，并将各方面性能数据记录至表一中。
表一
综上所述，选取含有锰和钒的废钢作为原始合金材料，利用了废钢资源，并在制备过程中实现了其他合金元素的有效利用，通过引入微量合金元素的均匀分布，以及控制锰、钒、钛、铌等元素的含量，有助于调整合金的组织结构，提高钢材的强度和性能，使用水淬和后续的热处理工艺，有助于调整锰钒微合金高强钢的组织结构，进一步提高钢材的强度和硬度，温度的维持、石墨覆盖剂的应用、引入微量的氮元素以及对渣料的定期清理等措施，都有助于提高合金的制备效果和质量。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤一、选取含有锰和钒的废钢作为原始合金材料，其含有的其他合金元素包括铬、钼，且含量分别为0.3～0.7％的铬，0.1～0.5％的钼，废钢原始合金材料中含有的其他合金元素包括镍，含量为0.1～0.4%；
步骤二、对原材料进行预处理，包括热处理和氧化还原步骤，其中热处理将材料加热至800～1000℃并在此温度下保持1～3h，氧化还原过程中，采用还原剂将氧化物含量降至0.07～0.1％，热处理工艺中的氧化还原步骤采用还原剂，包括氢气或碳；
步骤三、引入微量合金元素，采用离子注入技术让微量元素Ti和Nb均匀分布，并使得锰和钒的含量分别控制在0.5～2％和0.1～0.5％之间，离子注入技术的微量合金元素包括钒、铌、钛，其含量分别为0.05～0.2%、0.01～0.1%和0.01～0.1%；
步骤四、在电弧炉或感应炉中进行高温熔炼，通过实时监测合金成分和自适应控制技术，确保合金组织的均匀性和稳定性，高温熔炼过程中的温度维持在1600～1800℃之间，时间为1～2h，通过在熔炼过程中引入微量的氮元素，控制其含量在0.005～0.02%；
步骤五、采用快速冷却技术，使用水淬，结合后续热处理工艺，调整锰钒微合金高强钢的组织结构，其中水淬速度控制在5～20℃/s，快速冷却后的热处理工艺包括加热至1000～1200℃，保持时间为1～4h。
2.根据权利要求1所述的一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法，其特征在于，所述步骤五中，水淬速度随温度的变化以非线性方式变化，即随着温度的降低，水淬速度逐渐减小。
3.根据权利要求1所述的一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法，其特征在于，所述步骤四中，熔炼中采用石墨覆盖剂。
4.根据权利要求1所述的一种锰钒微合金高强钢制备工艺方法，其特征在于，所述步骤四中，熔炼过程中需要对渣料进行定期清理。
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