[发明专利]一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的方法

说明书

本发明属于真空冶金领域，具体涉及一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的方法。所述方法最终得到的是含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物，该方法工艺简单，可得到不同初始锰含量，不同真空条件，不同温度和不同合金化方式条件的锰挥发率和含锰挥发物。锰挥发率对锰元素高收得率、窄成分精准控制的含锰钢冶炼工序关键技术有着决定性作用，且含锰挥发物对耐材，钢液洁净度和大气的排放指标都有严重的影响，贴近工业生产实际背景，亦在中/高锰钢的真空精炼生产中具有重要的指导意义。

技术领域

本发明属于真空冶金领域，具体涉及一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的方法。

背景技术

钢中锰元素可以显著提高钢的强度和硬度、增加钢的淬透性、改善钢的热加工性能和韧性，锰是良好的脱氧剂更是钢中不可或缺的合金元素，也有“无锰不成钢”的说法：锰元素具有固溶强化、弥散强化、显著提高钢强度和增加韧性作用，锰元素可降低临界转变温度细化铁素体和珠光体晶粒，可稳定奥氏体组织，增加钢的淬透性；含锰钢(锰含量大于0.7％的碳素钢或合金钢)由于其良好的性能和性价比被广泛应用于各类汽车、低温容器、耐磨机械等领域；锰含量小于1％(例如IF钢，BH钢以及HSLA钢)时，锰元素主要起固溶强化及弥散强化作用；当锰含量大于1％时(如DP-CP钢、TRIP钢、TWIP钢)，锰元素主要提高奥氏体的稳定性，通过改变奥氏体相变温度加快残余奥氏体的形成，提高残余奥氏体在受力变形过程中的应变诱导以及孪晶诱导的强化和塑性化。相比于传统高强度钢，双相钢、复相钢、相变诱导塑性以及孪晶诱导塑性钢等先进高强钢，特别是15～33％锰含量的高锰TRIP/TWIP钢，由于其高的强塑积、高的能量吸收性，成为下一代汽车用钢主要发展方向目前，我国锰含量7％-10％的TRIP钢、锰含量18％-25％的TWIP钢大都停留在实验室阶段，批量连铸生产及锰的稳定化和高收得率控制仍有许多技术瓶颈。

高品质钢需经真空脱气，但真空过程造成锰元素不同程度的挥发，尤其含锰量高的钢种，冶炼各工序间锰元素控制的稳定性直接决定着成本和最终产品的性能波动；锰的蒸汽压仅次于Mg、Ca，而高于Al、Si，真空处理过程中，锰极易汽化，尤其在锰含量较高时，汽化损失更为严重。汽化损失不仅造成锰的收得率不稳定，而且锰的挥发相与耐材、粉尘颗粒间反应导致耐材寿命下降和排放物指标变差，导致真空室耐材侵蚀加重，真空管道泵抽气能力下降，对生产造成极大的安全隐患。更重要的是锰挥发相附着在真空室内壁，容易造成钢液的二次污染，使钢中的夹杂和氧含量升高，严重影响含锰钢质量。因此，了解真空处理含锰钢液的中锰挥发相的形成显得十分重要。

关于锰的挥发问题，近些年来只有少量文献提及，对于具体锰挥发率和含锰挥发物尚未见文献报道。本发明通过在真空感应炉中，控制一定的操作参数成功得到了锰挥发率和含锰挥发物，锰挥发率随温度升高，真空压力减小，初始锰含量的增大而增大。含锰挥发物主要为Mn/MnO/Mn₃O₄纳米级颗粒，且随着含锰钢中的初始锰含量增大，Mn增多。氧化物形成的主要原因是冷凝在炉壁的Mn纳米颗粒拥有大的比表面积，在一定温度接触到空气时会立刻被氧化成氧化物。这为含锰挥发物与耐火材料的侵蚀机理及与粉尘颗粒物的反应行为，真空过程含锰挥发相对耐材寿命、粉尘和气相排放物特性的定量影响规律及气体排放物超标造成的危害提供依据，对中锰/高锰钢的生产发展具有极其重要的理论和实际意义。经文献调研，未见真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰纳米挥发物的实验方法报道。

发明内容

为定性定量得到真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物，本发明提出一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的方法。所述方法工艺简单，可得到不同初始锰含量，不同真空条件，不同温度和不同合金化方式条件的锰挥发率和含锰挥发物。锰挥发率对锰元素高收得率、窄成分精准控制的含锰钢冶炼工序关键技术有着决定性作用，且含锰挥发物对耐材，钢液洁净度和大气的排放指标都有严重的影响，贴近工业生产实际背景，亦在中/高锰钢的真空精炼生产中具有重要的指导意义。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种获取真空处理含锰钢中锰挥发率和含锰挥发物的方法，所述方法包括如下步骤：